Légkör

Léon Teisserenc de Bort lett kinevezve 1892-ben a francia Nemzeti Meteorológiai Adminisztrációs Központ élére. Hamar felismerte, hogy az időjárás előrejelzéséhez nem elég a legfeljebb 3–4 km magasságig emelkedő hőlégballonok által szolgáltatott adatmennyiség. Akkoriban ennél magasabbra nem emelkedhettek az embert szállító léggömbök, mert feljebb nem volt elég oxigén a légzéshez.

1895-ben otthagyta állását, és versailles-i villájában teljes idejében nagy magasságot elérő léggömböket tervezett és szerkesztett. A következő öt évben Teisserenc de Bort egy általa tervezett kosarat használt a mérőműszerek felvitelére, amik között olyan hőmérő és nyomásmérő is volt, ami a mért adatokat rögzítette. Arra is gondolt, hogy a ballon emelkedése után a műszereket egy ejtőernyő segítségével biztonságosan visszahozza a földre, hiszen az adatok csak így voltak hozzáférhetők.

A műszereket tartalmazó, ejtőernyővel leereszkedő kosár követése még távcsővel is nehézségekbe ütközött, előfordult, hogy a csomagot nem találta meg, vagy az folyóba, tóba esett. Az is előfordult, hogy az ejtőernyő nem működött megfelelően, és a műszerpark összetört.

Mindezek ellenére Teisserenc de Bort kitartott, és megállapította, hogy a levegő hőmérséklete 6,5 °C-kal csökken kilométerenként (ahogyan ez várható is volt). 11 km-es magasságnál azonban a csökkenés megállt és –53 °C állandó értéken maradt 15 km-ig (az általa használt léggömbök nagyjából eddig tudtak emelkedni).

Eleinte Teisserenc de Bort nem hitte el, hogy a hőmérséklet csökkenése meg tud állni, arra gondolt, hogy nagy magasságban a Nap melegítő hatása jobban érvényesül, és ez okozza a csökkenés megállását. Emiatt elkezdte éjszaka felbocsátani a léggömbjeit, hogy ezt a hatást kiküszöbölje. Azonban a mérések éjszaka is azonosak voltak, a hőmérséklet csökkenése megállt 11 km-es magasságnál.

234 kísérlet után Teisserenc de Bort megállapíthatta, hogy a mérései pontosak és ez azt jelenti, hogy a légkör legalább két elkülönülő részből áll: a felszíntől kezdve 11 km-es magasságig terjedő rétegben a hőmérsékletváltozások hozzák létre az áramlásokat, a felhőket, a szelet és végső soron az időjárást. E fölött egy állandó hőmérsékletű réteg található, amiben a levegő gyakorlatilag zavartalan. Az alsó réteget troposzférának nevezte, görög szavakból összerakva, ami „a változások rétege” jelentéssel bír, míg a felső réteget sztratoszférának nevezte, aminek jelentése: „rétegek gömbje”.

Teisserenc de Bort felfedezése ma is a légkör megértésének alapjait jelenti.^[3]

A rétegek termikus felosztása, a nyomás- és hőmérsékleti adatok szerepelnek a hivatkozott ábrán.
A Mars légkörének rétegződése, termikus és nyomásviszonyai

A rétegeket, a nyomás- és hőmérsékleti adatokat egyaránt mutatja az ábra.

Az alábbi táblázat részletesen tartalmazza az egyes magasságokhoz tartozó nyomás- és hőmérsékleti értékeket.

Magasság km	Hőmérséklet °C	Légnyomás atm
0	462	92,10
5	424	66,65
10	385	47,39
15	348	33,04
20	306	22,52
25	264	14,93
30	222	9,851
35	180	5,917
40	143	3,501
45	110	1,979
50	75	1,066
55	27	0,5314
60	-10	0,2357
65	-30	0,09765
70	-43	0,03690
80	-76	0,004760
90	-104	0,0003736
100	-112	0,00002660

A Föld légkörének összetétele egyáltalán nem hasonlít más bolygókéhoz. E tekintetben a Vénusz és a Mars adódik összehasonlítási alapként. Azonban elméleti úton is kiszámítható, hogy milyen lenne a Föld légkörének összetétele kémiai egyensúly esetén. Egy ilyen modell számításai alapján a Föld légköre tényleg hasonlítana a Mars és a Vénusz légköréhez. Legnagyobb mennyiségben szén-dioxid alkotná, oxigén csak nyomokban lenne fellelhető. Nitrogént nem tartalmazna, mivel az a tengerekben oldódva nitrátként jóval stabilabb, mint a légkörben dinitrogén molekulaként. Egy ilyen légkör a magas üvegházhatás miatt az élet számára elviselhetetlenül magas hőmérsékletet tartana fenn. A Föld légkörének ettől az állapottól való eltérése elsősorban a bioszféra (az élőlények összessége) működéseinek köszönhető. Ezen kívül antropogén hatások is kimutathatók: például a CFC-k (klórozott-fluorozott szénhidrogének) jelenléte, a szén-dioxid és metán kibocsátásának növekedése. A szén-dioxid visszatartja a Földről kisugárzó hőt, ezért nagyban hozzájárul a klímaváltozáshoz.

Homokvihar a Marson. A képet a Hubble űrtávcső készítette 2005. október 28-án
Szén-dioxid	95,32%
Nitrogén	2,7%
Argon	1,6%
Oxigén	0,13%
Szén-monoxid	0,07%
Vízgőz	0,03%
Nitrogén-oxidok	0,013%
Neon	2,5 ppm
Kripton	300 ppb
Formaldehid	130 ppb [1]
Xenon	80 ppb
Ózon	30 ppb
Metán	10,5 ppb

A légkör rétegződését a felszínre leszálló és leereszkedés közben nyomás-, hőmérséklet- és sűrűségméréseket végző műholdak adataiból ismerjük (Viking–1, Viking–2, MPF, MER). Ezen adatok alapján a marsi légkör három részre oszlik: alsó, középső és felső légkörre.

Az alsó légkör a felszíntől 40 km-es magasságig terjed. A nyomás és a hőmérséklet a magassággal csökken. Az energiatranszportban a konvekció a meghatározó kb. 10 km-es magasságig. A konvekció éjszaka megszűnik és erős hőmérsékleti inverzió lép fel a felszín közelében. Az alsó légkör nyomása és hőmérséklete a földi sztratoszféráéhoz hasonló értékű. Az alsó atmoszféra sűrűsége a szén-dioxid és a víz szublimálása, illetve a sarkokon való kicsapódása eredménye, ami az évszakoktól függ. Ez ahhoz vezet, hogy a felszíni nyomás is évszaktól függően ingadozik, 700-900 Pa között.

Az alsó légkört két folyamat melegíti. A légkörben lévő szén-dioxid egy nagyon gyenge üvegházhatást vált ki, mivel ez akadályozza az infravörös sugarak távozását a világűrbe. Ezen felül az alsó légkörben nagy mennyiségű finom porszemcse található, amik elnyelik a Napból érkező infravörös sugárzást, és újra kisugározzák azt. Ez a porréteg fontos szerepet játszik az alsó légkör hőmérsékletének meghatározásában. (a felszínről a „porördögök” gyakorlatilag folyamatosan emelik a légkörbe a finom porszemcséket).

Télen az ózon is hozzájárul kis mértékben a sarkok feletti légkör melegítéséhez azzal, hogy a Napból érkező UV-sugárzás hatására ózon keletkezik. Az ózon viszonylag ritka a légkörben, mivel kevés a rendelkezésre álló oxigén, és mivel reakcióba lép a légkörben lévő hidrogénnel (ami a vízpára fotolízise során keletkezik). A sarkok felett téli időszakban kevés a légkörben a vízpára, így ilyenkor több ózon keletkezik (Perrier et al., 2006). Ózont az alsó és a középső légköri rétegben is észleltek (Blamont and Chassefière, 1993; Novak et al., 2002; Lebonnois et al., 2006).

A középső légkör (vagy mezoszféra) 40–100 km között helyezkedik el. Itt a hőmérséklet erősen időfüggő. A hőmérséklet-változások a közeli infravörös sugárzás elnyelődéséből származnak, és a napsugárzásból eredő másodlagos sugárzásból, amit a szén-dioxid bocsát ki. Hatással van rá az alsó légkörben kialakuló hullámmozgás, ami a középső légkörben felerősödik az éjszakai és nappali oldal közötti hőmérsékletkülönbségek hatására (Schofield et al., 1997).

A felső légkör (vagy termoszféra) a 110 km fölötti magasságokon található. A termoszférát a Nap 10-100 eV közötti energiájú extrém UV-sugárzása gerjeszti (ez 10-100 nm közötti hullámhosszat jelent). A Nap extrém UV-sugárzásának erőssége a napciklustól függ. A hőmérséklet alacsonyabb, ha a Nap aktivitása alacsonyabb, és növekszik, ha a napfoltok száma növekszik. A 130 km feletti réteget ionoszférának nevezik, mert a Napból eredő sugárzás ionizálja a légkörben lévő gázokat. A Mars ionoszférájában lévő elektronok nagy része szén-dioxidból származik, és a nappali oldal felett a fényelektromos jelenség miatt nagyobb számban fordulnak elő.

A 130–150 km fölötti rétegben (ezt exobase-nek nevezik) a részecskék az alacsony sűrűség és a magas hőmérséklet miatt el tudnak szökni a világűrbe (Mantas and Hanson, 1979).^[4]

A Naprendszerben a Földnek, a Vénusznak, a Marsnak, a Plútónak és három holdnak – Titan, Enceladus (Szaturnusz) és Triton (Neptunusz) – van jelentős légköre a gázbolygókon kívül. Több más égitesten is van ritka légkör (Hold, Merkúr, Europa, Io).

• Nap
• Merkúr – időszakos légkör, amelyet főleg a napszél részecskéi alkotnak;
• Vénusz – a kőzetbolygók közül a Vénusznak van a legvastagabb légköre;
• Föld – nitrogénben gazdag levegő;
• Mars – vékony szén-dioxid légkör;
• Jupiter – a gázbolygókra jellemző légkör;
• Europa – ritka oxigén légkör;
• Szaturnusz – a gázbolygókra jellemző légkör;
• Titan – az egyetlen hold a Naprendszerben, amely jelentős légkörrel rendelkezik;
• Uránusz – a gázbolygókra jellemző légkör;
• Neptunusz – a gázbolygókra jellemző légkör;
• Pluto

• A Föld légkörének rétegződése, termikus és nyomásviszonyai. physics.uoregon.edu. (Hozzáférés: 2012. április 15.)
• Bérczi Sz. Hargitai H., Illés E., Kereszturi Á., Opitz A., Sik A., Weidinger T. (2002): Kis Atlasz a Naprendszerről (4): Bolygólégkörök atlasza. ELTE TTK Kozmikus Anyagokat Vizsgáló Űrkutató Csoport, UNICONSTANT, Budapest-Püspökladány (ISBN 963-00-6314-X Ö ISBN 963 00 6315 8)
• Emanuel, Kerry: Atmospheric Convection. New York: Oxford University Press, 1997
• Hewitt, C. N., ed.: Handbook of Atmospheric Science: Principles and Applications. Boston: Blackwell Publishers, 2003
• Jones, Phil: History and Climate. London: Kluwer Academic Press, 2001
• Parker, Sybil, ed.: McGraw-Hill Encyclopedia of Ocean and Atmospheric Sciences. New York: McGraw-Hill, 1997
• Stull, Ronald: Introduction to Boundary Layer Meteorology. London: Kluwer Academic Press, 1998
• Wallace, John: Atmospheric Science, First Edition: An Introductory Survey. New York: Academic Press, 1997
• Mészáros Ernő: Légkörtan. Környezettudományi és környezetmérnök hallgatók számára; VEK, Veszprém, 2003
• Mészáros Ernő: Az éltető semmi: a levegő. Légkörtudomány mindenkinek; Pannon Egyetemi, Veszprém, 2017
• Mészáros Ernő: A földi légkör története. Az atomoktól a különleges gázkeverékig; Akadémiai, Bp., 2018