Atmosféra

Atmosféra je najmenej stála a rýchlo sa meniaca časť klimatického systému. Je zložená z rôznych plynov, predovšetkým z dusíka (78 %), kyslíka (21 %), argónu (0,093 %), oxidu uhličitého (0,03 %) a iných vzácnych plynov, ako sú napr. hélium či vodík. Podiel plynov sa mení na rôznych úrovniach v atmosfére. Jej úloha spočíva v ochrane Zeme pred prichádzajúcim žiarením zo Slnka a zároveň pomáha regulovať teplotu zemského povrchu.

Okrem týchto plynov sa v atmosfére nachádzajú pevné a kvapalné častice (aerosóly) a oblaky, ktoré sa vzájomne ovplyvňujú. Aerosóly sa dostávajú do atmosféry z prirodzených zdrojov (napr. častice morskej soli, častice z pôdy, z vulkanickej činnosti, peľové zrnká a pod.) alebo z antropogénnych zdrojov (z činnosti človeka). Okrem tvorby oblačnosti aerosóly priamo ovplyvňujú radiačnú bilanciu, t. j. rozptyl a absorpciu slnečného žiarenia (Lapin, 2004).

Voda

Najviac premenlivou zložkou atmosféry je voda, ktorá sa vyskytuje vo všetkých svojich skupenstvách, ako je para, kvapky a kryštály ľadu. Voda je v atmosfére rozložená časovo a priestorovo nerovnomerne (viac ako 80 % medzi obratníkmi v trópoch a vyše 50 % do výšky 1,5 km nad zemským povrchom). Voda v atmosfére priamo vplýva na viacero meteorologických procesov(ako napr. frontálne systémy, oblačnosť, zrážky, evapotranspirácia – výdaj vody v podobe vodnej pary povrchom (spravidla listami) rastlín atď.) alebo ich významne ovplyvňuje (skleníkový efekt, radiačná a energetická bilancia zemského povrchu a pod.). (Lapin, 2004).

Procesy v atmosfére

Viac ako 99 % energie na Zemi pochádza zo Slnka. Zem ale tiež vracia časť energie späť do vesmíru, najmä ako infračervené žiarenie.

Obrázok 41: Energia zo Slnka

(zdroj: http://www.energoportal.org/obnovitelne-zdroje/energia-zo-slnka)

Slnečná energia dopadá na Zem vo forme žiarenia. Skladá sa z tepelnej a svetelnej energie. Prichádza vo forme elektromagnetických vĺn.

Žiarenie zo Slnka, ktoré preniká na zemský povrch členíme na:

priame (insolácia)
rozptýlené (difúzne) – tu zohrávajú dôležitú úlohu aerosóly, ktoré rozptyľujú a zároveň zoslabujú slnečné žiarenie
celkové (globálne) – predstavuje súčet priameho a difúzneho žiarenia
odrazené (albedo) – podiel odrazeného slnečného žiarenia od planetárneho povrchu

Obrázok 42: Druhy slnečného (krátkovlnného) žiarenia

(zdroj: https://bioclio.com/druhy-ziarenia-v-klimatologickej-praxi/)

Koľko energie zo Slnka sa vráti späť do atmosféry ovplyvňuje vegetácia a pôda. Počas dňa atmosféra prevažne prepúšťa krátkovlnné slnečné žiarenie, ktoré ohrieva zemský povrch.

Časť energie sa vracia do atmosféry ako dlhovlnné žiarenie (infračervené), ktoré ohrieva atmosféru. Časť slúži na odparovanie vody buď v pôde, alebo v listoch rastlín, čím sa voda vracia späť do atmosféry. Keďže odparovanie pôdnej vlhkosti vyžaduje energiu, vlhkosť pôdy má silný vplyv na povrchovú teplotu. Textúra povrchu pôdy (jej hrubosť) ovplyvňuje atmosféru dynamicky prostredníctvom pôsobenia vetra. Charakter pôdy je určený topografiou aj vegetáciou. Vietor tiež odnáša prach zo zemského povrchu do atmosféry (prirodzené aerosóly), ktorý interaguje s atmosférickým žiarením.

Keď tepelné žiarenie zasiahne povrch telesa, časť energie teleso pohltí (absorbuje), časť energie sa odrazí a časť prepustí. Absorbované svetlo sa mení na tepelnú energiu. Schopnosť absorbovať množstvo svetla závisí od farby – čím je predmet tmavší, tým viac svetla absorbuje, naopak, čím je svetlejší, tým menej svetla pohlcuje. Preto nám bude počas slnečného letného dňa v čiernom tričku teplejšie ako v bielom. Rovnako aj iné čierne predmety sa na slnku rozpália do horúca. Je to preto, lebo čierna farba pohlcuje infračervené žiarenie a biela ho naopak odráža.

Transformácia energie

Energia je transformovaná medzi zemským povrchom a atmosférou kondukciou, konvenciou a radiáciou:

Kondukcia (vedenie) je proces, ktorým sa prenos energie uskutočňuje medzi stýkajúcimi sa časticami s rozdielnymi teplotami. Vzduch a voda sú relatívne slabé vodiče. Vyskytuje sa v tuhých telesách, v kvapalinách, ale aj v plynoch. Najviac energie sa vedením prenáša na zemskom povrchu. V noci sa zemský povrch ochladzuje a odvádza teplo zo vzduchu. Počas dňa slnečné žiarenie otepľuje zemský povrch, ktorý opäť vplýva na teplotu vzduchu.
Konvencia (prúdenie) prenáša teplo prostredníctvom pohybu skupiny molekúl z miesta na miesto v substancii. Vyskytuje sa v látkach, ako napr. voda a vzduch, ktorých molekuly sa voľne pohybujú. V atmosfére zahŕňa stúpanie a klesanie vzdušných hmôt a menších vzdušných parciel. Tieto vertikálne pohyby účinne distribuujú teplo a vlhkosť v celom atmosférickom stĺpci a prispievajú k rozvoju oblačnosti a búrok.
Radiácia (žiarenie) je prenos energie bez účasti hmotnej látky v prenose. Radiáciou sa môže prenášať teplo cez vákuum. Väčšina slnečnej energie je koncentrovaná vo viditeľných a takmer viditeľných častiach spektra. Kratšie než viditeľné vlnové dĺžky predstavujú malé percento z celkového množstva, ale sú mimoriadne dôležité, pretože majú oveľa vyššiu energiu. Hovoríme o ultrafialovom žiarení. Čím kratšia je vlnová dĺžka, tým vyššia energia, ktorá je s ňou spojená.

Obrázok 43: Transformácia energie

(zdroj:http://kudzuacres.com/wwow/lessons/climate/atmospheric.html)

Vplyv energie zo Slnka na zemský povrch:

ovplyvňuje kolobeh vody
ohrieva atmosféru a zemský povrch
ovplyvňuje počasie a podnebie nerovnomerným zahrievaním povrchu Zeme
poskytuje potrebnú energiu pre fotosyntetizujúce rastliny

Obrázok 44: Energia zo Slnka

(zdroj: http://docplayer.cz/5057-11-obnovitelne-zdroje-energie-energie-vody-a-vetru-11-1-obnovitelny-a-neobnovitelny-zdroj-energie.html)

Skleníkový efekt

Príčina vzniku skleníkového efektu súvisí s hromadením tzv. skleníkových plynov (označovaných aj ako radiačne aktívne plyny – GHGs) v atmosfére, ktoré absorbujú tepelné vyžarovanie Zeme, čím spôsobujú zohrievanie atmosféry. Týmto spôsobom sa stabilizuje určitá priemerná teplota vzduchu v prízemnej vrstve Zeme (teraz je to asi +15 °C).

Skleníkový efekt sa väčšine ľudí spája s niečím negatívnym. Avšak rozlišujeme aj tzv. prirodzený skleníkový efekt atmosféry, ktorý predstavuje zvýšenie teploty prízemnej vrstvy atmosféry na Zemi o 33 °C. Ak by prirodzený skleníkový efekt neexistoval, na Zemi by bola teplota mínus 18 °C (Lapin, 2004).

Najvýznamnejším skleníkovým plynom v atmosfére je vodná para. Rozhodujúci faktor, ktorý vplýva na jej obsah v atmosfére je teplota vzduchu, pri ktorom dochádza k vyrovnaniu medzi vyparovaním vody a množstvom zrážok. Logicky z toho vyplýva, že čím viac sa zvyšuje teplota vzduchu, tým viac bude vodnej pary v atmosfére.

Okrem vodnej pary zaraďujeme k skleníkovým plynom napr. oxid uhličitý, metán, oxid dusný, ozón a freóny. Skleníkové plyny môžu vznikať z prirodzených zdrojov (napr. pri dýchaní živých organizmov, pri hnilobných procesoch, vulkanickej činnosti atď.) a z antropogénnych zdrojov, t. j. vplyvom činnosti človeka (napr. pri spaľovaní fosílnych palív, výrobe cementu, ako dôsledok odlesňovania, spaľovania biomasy atď.).

Skleníkové plyny sa však z atmosféry dokážu aj odstrániť, a to napríklad ich premiestnením do vyšších vrstiev atmosféry, ich uskladnením na zemský povrch alebo do oceánu, ale aj ich chemickou premenou.