Atmosfer bumi adalah sekitar 300 mil (480 kilometer) tebal, tetapi sebagian besar adalah dalam 10 mil (16 km) permukaan. tekanan udara menurun dengan ketinggian. Di permukaan laut, tekanan udara adalah sekitar 14,7 pon per inci persegi (1 kilogram per sentimeter persegi). Pada 10.000 kaki (3 km), tekanan udara adalah 10 pound per square inch (0,7 kg per cm persegi). Ada juga yang kurang oksigen untuk bernapas.
Komposisi dan Temperatur Atmosfer
Tanpa atmosfer, manusia, hewan dan tumbuh-tumbuhan akan mati. Atmosfer bertindak sebagai pelindung kehidupan bumi dari radiasi matahari yang kuat pada siang hari dan mencegah hilangnya panas ke ruang angkasa pada malam hari.
Atmosfer menyebabkan hambatan benda-benda yang bergerak melaluinya sehingga sebagian meteor yang melalui atmosfer akan menjadi hancur sebelum mencapai permukaan bumi. Atmosfer bersifat dapat dimampatkan (kompresibel) sehingga lapisan atmosfer bawah lebih padat daripada lapisan di atasnya, akibatnya tekanan udara berkurang sesuai dengan ketinggian. Massa total atmosfer sekitar 56 x 1014 ton, setengah dari massanya kira-kira terletak dibawah 6.000 m dan lebih dari 99% terletak di dalam lapisan 35.000 m dari permukaan bumi.
Atmosfer adalah lapisan udara yang terdiri dari beberapa ga yang dipertahankan oleh gravitasi bumi dan digunakan untuk melindungi bumi dari serangan luar. Udara kering pada atmosfer mengandung gas nitrogen ± 78%, atmosfer semakin ke atas cenderung berubah menjadi atom-atom gas.
Lapisan atmosfer merupakan campuran dari gas yang tidak tampak dan tidak berwarna. Empat gas, nitrogen, oksigen, argon dan karbondioksida meliputi hampir seratus persen dari volume udara kering, lihat tabel 1. Gas lain yang stabil adalah neon, helium, metana, kripton, hidrogen, xenon dan yang kurang stabil termasuk ozon dan radon juga terdapat di atmosfer dalam jumlah yang sangat kecil.
Selain udara kering, lapisan atmosfer mengandung air dalam ketiga fasanya dan aerosol atmosfer.
Oleh karena itu, udara kering yang murni di alam tidak pernah ditemui karena 2 alasan, yakni adanya uap air di udara yang jumlahnya berubah-ubah dan selalu ada injeksi zat ke dalam udara, misalnya asap dan partikel debu. Udara seperti ini disebut udara alam.
Tabel 1. Gas utama dalam udara kering
Gas atmosfer yang penting dalam proses cuaca adalah uap air (H2O) karena dapat berubah fasa menjadi fasa cair dan padat, karbondioksida (CO2) karena bertindak sebagai gas rumah kaca dan ozon (O3) karena dapat menyerap radiasi ultraviolet matahari berenergi tinggi yang sangat berbahaya bagi tubuh manusia.
Oksigen (O2) sangat penting bagi kehidupan, yaitu untuk mengubah zat makanan menjadi energi hidup. Oksigen dapat bergabung dengan unsur kimia lain yang dibutuhkan untuk pembakaran.
Karbondioksida (CO2) dihasilkan dari pembakaran bahan bakar, pernafasan manusia dan hewan, kemudian dibutuhkan oleh tanaman. Karbon dioksida menyebabkan efek rumah kaca (greenhouse) transparan terhadap radiasi gelombang pendek dan menyerap radiasi gelombang panjang. Kenaikan konsentrasi CO2 di dalam atmosfer akan menyebabkan kenaikan suhu permukaan bumi dan menimbulkan pemanasan global. Sejak revolusi industri, konsentrasi CO2 terus naik yang antara lain disebabkan kenaikan pemakaian bahan bakar karbon dan hidrokarbon.
Nitrogen (N2) terdapat di udara dalam jumlah yang paling banyak yaitu, meliputi 78 bagian. Nitrogen tidak langsung bergabung dengan unsur lain, tetapi pada hakikatnya unsur ini penting karena bagian dari senyawa organik.
Neon (Ne), argon (Ar), xenon (Xe) dan krypton (Kr) disebut gas mulia, karena tidak mudah bergabung dengan unsur lain. Meskipun gas ini kurang penting di atmosfer, namun neon biasanya dipakai dalam iklan dan argon dipakai untuk bola lampu cahaya listrik.
Helium (He) dan hidrogen (H2) sangat jarang di udara kecuali pada paras yang tinggi. Gas ini adalah yang paling ringan dan sering dipakai untuk mengisi balon meteorologi.
Ozon (O3) adalah gas yang paling aktif dan merupakan bentuk lain dari oksigen. Gas ini terdapat terutama pada ketinggian antara 20 dan 30 km di atas permukaan laut (dpl). Ozon dapat menyerap radiasi ultra violet yang mempunyai energi besar dan berbahaya bagi tubuh manusia.
Uap air (H2O) sangat penting dalam proses cuaca atau iklim karena dapat berubah fasa (wujud) menjadi fase cair atau padat melalui kondensasi dan deposisi. Perubahan fase air yang mungkin dapat dilukiskan pada gambar 1. Uap air terdapat di atmosfer sebagai hasil penguapan dari laut, danau, kolam, sungai dan transpirasi tanaman.
Dari waktu tinggal di atmosfer, maka unsur-unsur udara dapat diklasifikasikan menjadi 3 golongan:
- Gas permanen dengan waktu tinggal sangat lama, misalnya waktu tinggal He = 2 juta tahun.
- Gas semi permanen dengan waktu tinggal beberapa bulan sampai tahun misal: CO2 = 0,35 tahun dan CH4 = 3 tahun.
- Gas variabel dengan waktu tinggal dari beberapa hari sampai minggu. Unsur-unsur ini adalah gas aktif secara kimia. Siklusnya berkaitan dengan siklus air (cuaca),misalnya waktu tinggal uap air berorde 10 hari.
Sampai pada ketinggian lebih dari 60 km, proporsi gas relatif masih tetap, kecuali fasa gas air (uap air). Sekitar 99% didominasi oleh gas nitrogen dan oksigen, dan yang paling banyak jumlahnya di atmosfer adalah nitrogen. Proporsi gas atmosfer berubah jika udara ditinjau bersama dengan komposisi uap airnya.
Secara praktis, atmosfer dapat berada pada tempat yang langka uap air (kebasahan) dapat mencapai 4%. Meskipun berat molekuler uap air lebih kecil daripada berat molekuler beberapa gas lain, namun uap air ini berada dalam ketebalan beberapa kilometer atmosfer paling bawah. Hal ini dapat dimengerti bila disadari bahwa sumber uap air atmosferik secara langsung adalah lautan yang mencakup 70% luas permukaan bumi dan bahwa suhu udara di dalam troposfer sangat dingin sehingga air tak dapat mempertahankan wujudnya dalam bentuk gas. Air dalam atmosfer dapat berada dalam ketiga wujud (fasa). Perubahan fasa cair (air) menjadi gas (uap air) disebut penguapan (evaporasi) dan sebaliknya disebut pengembunan (kondensasi). Perubahan fasa cair menjadi fasa padat (es) disebut pembekuan dan sebaliknya disebut pencairan. Perubahan fasa es menjadi fasa uap disebut sumblimasi dan sebaliknya disebut deposisi (Gambar 1).
Gambar 1. Perubahan fasa air
Atmosfer selalu dikotori oleh debu. Debu ialah istilah yang dipakai untuk benda yang sangat kecil sehingga sebagian tidak nampak kecuali dengan mikroskop. Di pegunungan jumlah debu hanya beberapa ratus partikel tiap cm3, tetapi di kota besar, daerah industri dan daerah kering jumlah debu dapat mencapai 5 juta tiap cm3. Konsentrasi debu pada umumnya berkurang dengan bertambahnya ketinggian, meskipun debu meteorik dapat dijumpai pada lapisan atmosfer atas. Partikel debu yang bersifat higroskopis akan bertindak sebagai inti kondensasi. Debu higroskopis yang penting adalah partikel garam, asap batu bara atau arang. Kabas (smog) singkatan dari kabut dan asap (smoke and fog) adalah kabut tebal yang sering dijumpai di daerah industri yang lembap. Debu dapat menyerap, memantulkan dan menghamburkan radiasi yang datang. debu atmosferik dapat tersapu turun ke permukaan bumi oleh curah hujan, tetapi kemudian atmosfer dapat terisi partikel debu kembali.
Atmosfer juga mengandung jenis bahan yang bukan bagian dari komposisi gas. Beberapa jenis dari bahan ini adalah partikel garam, partikel debu dan tetes air. Bila uap air yaitu bagian dari udara natural (alam) berubah menjadi cair atau padat (partikel air dan es) maka partikel-partikel ini menjadi benda asing dalam atmosfer,dan menyebabkan awan, kabut, hujan, salju, embun atau batu es (hailstone). Perubahan wujud (fasa) uap air di udara sangat penting dalam menentukan kondisi cuaca.
Temperatur Atmosfer
Perbandingan 1962 Standard US Suasana grafik ketinggian geometris terhadap densitas udara, tekanan, yang kecepatan suara dan suhu dengan ketinggian perkiraan berbagai objek. [1]
Suhu atmosfer adalah ukuran suhu pada tingkat yang berbeda dari atmosfer bumi. Hal ini diatur oleh banyak faktor, termasuk masuk solar radiasi, kelembaban dan ketinggian. Ketika mendiskusikan suhu permukaan, tahunan rentang suhu atmosfer pada setiap lokasi geografis tergantung pada jenis bioma, yang diukur dengan klasifikasi iklim Köppen.
Suhu terhadap ketinggian
Gambar-gambar ini menunjukkan tren suhu di dua lapisan tebal atmosfer yang diukur dengan serangkaian instrumen berbasis satelit antara Januari 1979 dan Desember 2005. Pengukuran diambil oleh Unit Microwave Sounding Unit dan Advanced Microwave Sounding terbang pada serangkaian Kelautan dan Nasional atmospheric Administration (NOAA) satelit cuaca. Energi gelombang mikro instrumen record yang dipancarkan dari molekul oksigen di atmosfer.
Dalam atmosfer bumi, suhu bervariasi pada ketinggian yang berbeda relatif terhadap Bumi permukaan ‘s. Suhu terdingin terletak dekat mesopause, area sekitar 85 km (53 mil) ke 100 km (62 mil) di atas permukaan. Sebaliknya, beberapa suhu terpanas dapat ditemukan di termosfer, yang menerima kuat radiasi pengion pada tingkat Van Allen sabuk radiasi.
Suhu bervariasi sebagai salah satu bergerak vertikal ke atas dari permukaan bumi.
Temperatur global
Konsep suhu global yang umumnya digunakan dalam klimatologi, dan menunjukkan suhu rata-rata bumi berdasarkan permukaan, [2] dekat permukaan atau troposfer pengukuran. Ini catatan suhu dan pengukuran biasanya diperoleh dengan menggunakan satelit atau tanah berperan suhu pengukuran, maka biasanya disusun menggunakan database atau komputer Model. Suhu global jangka panjang di paleoklimatik yang dilihat menggunakan proxy data.
