בואו נדבר לרגע על אוויר. רוב הזמן איננו מודעים בכלל לקיומו, אך הוא נוכח סביבנו תמיד, חודר לריאותינו ולוחץ על איברינו בלי הפסקה. מבחינה מדעית, האוויר הוא כלל הגזים שנמצאים סביבנו בכדור הארץ. מעטפת הגזים הזאת היא האטמוספרה של כדור הארץ, והרכבה ייחודי ושונה מזה של כוכבי לכת אחרים בעלי אטמוספרה במערכת השמש.
מנין באה האטמוספרה? התשובה לכך טמונה באותו כוח שהפיל, על פי האגדה, את התפוח על ראשו של אייזק ניוטון – כוח הכבידה. מסת כדור הארץ יוצרת שדה כבידה שגורם לכל הגופים סביב כדור הארץ להימשך אליו. הדבר הזה נכון לכל חומר בעל מסה, החל מהסלעים המוצקים שמתחתינו, דרך האוקיינוסים המלאים במים נוזליים, וכלה באטמוספרה, שנמצאת ברובה הגדול במצב צבירה גזי.
הרכב הגזים
רוב האטמוספרה של כדור הארץ, כ-78 אחוז מסך הגזים, הם חנקן: היסוד השביעי בטבלה המחזורית, גז חסר טעם, ריח וצבע, ולא פעיל במיוחד מבחינה כימית. הגז השני בריכוזו - כ-21 אחוז מסך הגזים באטמוספרה - הוא החמצן. בני אדם, ורוב היצורים החיים בעולמנו, זקוקים לחמצן עבור תהליכי הפקת האנרגיה שלהם, כך שבלעדיו לא ייתכנו חיים מורכבים כפי שאנו מכירים אותם. לכן, כשאסטרונומים מנסים לאתר סימני חיים בכוכבי לכת אחרים, "האקדח המעשן" יהיה בדרך כלל שיעור החמצן באטמוספרה שלהם, או כמות המים, שבעצמם מכילים חמצן.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:
ציידי הנמרים של מדבר יהודה
משלוח עד המוח
על שרכים ונמלים
הריכוז המשותף של כל יתר הגזים באטמוספרה מסתכם באחוז בודד, שמורכב בעיקר מהגז האציל ארגון. ראוי לציון גם הגז פחמן דו-חמצני, שאף על פי שריכוזו נמוך מאוד, ועומד על כארבע מאיות האחוז בלבד, השפעתו על עולמנו רבה מאוד. חשיבותו הגדולה היא היותו גז החממה העיקרי באטמוספרה. גזי חממה הם מולקולות שמפריעות לקרינת השמש המגיעה לכדור הארץ להיפלט בחזרה לחלל, כך שאלמלא הם הטמפרטורה הממוצעת בעולמנו הייתה נמוכה יותר בכ-30 מעלות צלזיוס, וכלל לא ברור אם ואיך היינו מסוגלים לחיות כאן. גזי חממה, אם כך, חשובים לחיים - הבעיה היא שמאז המהפכה התעשייתית האנושות פולטת גזי חממה בקצב הולך וגובר, וכתוצאה מכך כדור הארץ מתחמם עוד יותר. בעקבות זאת האקלים העולמי כולו משתנה, ואירועים כמו הצפות, סופות ובצורות נהיים נפוצים יותר.
מרכיב חשוב נוסף באטמוספרה הוא המים שבה. מים יכולים להימצא באוויר בתור גז (אדים), נוזל (טיפות, למשל בעננים) ואפילו מוצק (גבישי קרח בחלק מהעננים). ריכוז המים באטמוספרה, שנקרא "לחות", משתנה ממקום למקום ומעונה לעונה. לדוגמה, אין כמעט ישראלי שלא חווה בחודשי הקיץ את ההבדל החד בין מזג האוויר ההביל בתל אביב הלחה לבין היובש האופייני לירושלים ההררית. בשכבות האטמוספרה הנמוכות כמעט תמיד יש כמות כלשהי של אדי מים, וריכוזם יכול להגיע עד ארבעה אחוזים.
3 צפייה בגלריה
נהיית יותר ויותר דלילה ככל שעולים גבוה. שכבות האטמוספרה
(צילום: gritsalak karalak, Shutterstock, תרגום: מכון דוידסון)
שכבות על גבי שכבות
הלחות מלמדת אותנו דבר חשוב על מבנה האטמוספרה - היא לא בהכרח אחידה. למשל, בקרבת מקורות מים חמים ריכוז אדי המים בה נוטה להיות גבוה. תכונה נוספת של האטמוספרה היא שהיא נהיית יותר ויותר דלילה ככל שעולים גבוה יותר. לכן בהרים גבוהים, שהאוויר בהם דליל, קשה לפעמים לנשום ועלולים ללקות במחלת גבהים.
נהוג לחלק את האטמוספרה לכמה שכבות. השכבה הנמוכה ביותר, שבה מתקיימים אנחנו וכל שאר היצורים החיים, היא הטְרוֹפּוֹספרה. בשכבה הזאת נמצאים 80-75 אחוזים מהאוויר שבאטמוספרה, וגובהה מגיע עד שבעה קילומטרים בקטבים, וכ-17 קילומטר באזור קו המשווה. ככל שמתרוממים בה, טמפרטורת האוויר יורדת עם הגובה - לכן בפסגות הרים גבוהים קר מאוד – ומזג האוויר משתנה בה בלי הרף, לפעמים אפילו בתוך שעות ספורות. רוב הלחות באטמוספרה נמצאת בטרופוספרה, בין השאר בצורת עננים וגשם.
מעל הטרופוספרה, עד לגובה של כ-50 קילומטר, נמצאת הסְטְרָטוֹספרה. בסטרטוספרה נמצאת שכבת האוזון, שבולעת את רוב קרינת השמש בטווח העל-סגול, המסוכן לנו. בעקבות זאת, הטמפרטורה בסטרטוספרה דווקא עולה ככל שמתרוממים גבוה יותר בה. התופעה הזאת, שנקראת אינברסיה (היפוך), מייצבת את הסטרטוספרה, כלומר מאיטה את קצב השינויים בה. לתכונה הזאת עשויות להיות השלכות מרחיקות לכת במהלך התפרצויות געשיות, למשל. כשהאפר מההתפרצות נשאר בטרופוספרה בלבד, השפעתו נותרת קצרת מועד והיא חולפת כלעומת שבאה. לעומת זאת, כשהאפר הגעשי חודר לסטרטוספרה השפעתו עשויה להימשך שנים ארוכות.
מעל הסטרטוספרה יש שלוש שכבות נוספות: המזוספרה, התרמוספרה והאקסוספרה. מבחינת מסה, השכבות האלה שוליות לעומת שתי אלה שמתחתיהן, כי כמות הגז בהן מסתכמת בכאחוז אחד בלבד ממסת האטמוספרה כולה. ובכל זאת, יש להן חשיבות רבה בסינון קרינה מסוכנת באורכי הגל הקצרים מהקרינה העל-סגולה (תרמוספרה) ובלימת מטאוריטים שאלמלא כן היו פוגעים בכדור הארץ (מזוספרה).
לרוב איננו מקדישים מחשבה לאוויר שמסביבנו, אולם חשיבותו אינה מוטלת בספק. חמש שכבות האטמוספרה מהוות לא רק מגן מפני טמפרטורות קיצוניות, קרינה ומטאוריטים, אלא גם בסיס לקיומנו - אוויר לנשימה במלוא מובן המילה. כל שכבה ושכבה ממנה היא חלק מהותי במערכת המורכבת ששומרת עלינו ועל כל החיים בעולמנו.
איתמר קרבי, מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
