Mục Lục
1. Khái Niệm Chung Về Khí Quyển
Khí quyển là lớp vỏ khí bao quanh Trái Đất, liên tục chịu tác động từ vũ trụ, đặc biệt là Mặt Trời. Các đặc tính của khí quyển phụ thuộc vào khối lượng và thành phần của nó. Với khối lượng khoảng 5,29 x 10^21 gram, khí quyển tương đối nhỏ so với tổng khối lượng của Trái Đất (5,98 x 10^27 gram) và đại dương (1,35 x 10^24 gram). Do đó, ngay cả những thay đổi nhỏ ở Trái Đất và đại dương cũng có thể gây ra những biến đổi đáng kể trong khí quyển.
Chiều dày của khí quyển vượt quá 10.000 km. Tuy nhiên, phần lớn khối lượng tập trung ở các lớp thấp hơn: 50% khối lượng nằm dưới độ cao 5 km, 75% dưới 10 km và 90% dưới 16 km. Ở độ cao trên 3.000 km, mật độ không khí rất thấp, gần như không khác gì không gian giữa các hành tinh, mặc dù dấu vết của nó có thể được phát hiện ở độ cao trên 10.000 km.
Ranh giới dưới của khí quyển khó xác định do sự trao đổi liên tục về vật chất, năng lượng và động lượng giữa khí quyển và đại dương. Sự tương tác này gắn kết nước, lục địa và khí quyển thành một hệ thống thống nhất. Trong một số trường hợp, đại dương và khí quyển có thể được xem như những thành phần không thể tách rời của một hệ thống duy nhất.
Khí quyển trái đất
2. Thành Phần Hóa Học của Khí Quyển
Khí quyển là một hỗn hợp phức tạp của nhiều loại khí. Các thành phần khí này có thể được chia thành hai nhóm chính: các khí có nồng độ tương đối ổn định và các khí có nồng độ thay đổi.
Không khí khô và sạch, trong điều kiện tự nhiên, thường chỉ tồn tại ở nhiệt độ thấp. Ngoài ra, không khí còn chứa một nhóm các khí có nồng độ biến đổi, chịu ảnh hưởng của các quá trình tự nhiên và hoạt động của con người.
Thành phần và mật độ của không khí thay đổi theo độ cao. Ở độ cao dưới 120 km, không khí tương đối đồng nhất do sự lưu thông. Từ 120 km trở lên, không khí trở nên không đồng nhất và xảy ra hiện tượng khuếch tán. Ở độ cao 200-250 km, nitơ và oxy chiếm ưu thế. Ở độ cao 250-700 km, oxy, heli và hydro là những thành phần chính.
Khí quyển cũng biến đổi theo thời gian, song hành với sự phát triển của vũ trụ và Trái Đất. Ban đầu, khí quyển sơ khai chứa chủ yếu hydro và amoniac, có nguồn gốc từ đám mây nguyên thủy của hành tinh. Sau đó, carbon dioxide xuất hiện. Qua quá trình tiến hóa lâu dài, đến cuối Paleozoi, thành phần khí quyển gần giống với khí quyển hiện đại, được gọi là khí quyển nitơ-oxy. Sự phát triển của khí quyển gắn liền với sự phát triển của sinh vật sống, và thành phần khí quyển hiện nay tiếp tục được điều chỉnh bởi sinh vật. Khi sinh quyển đạt đến giai đoạn cây xanh, bắt đầu từ thời kỳ Devon, quá trình quang hợp trở nên quan trọng và khí quyển oxy hiện đại được hình thành.
Quá trình quang hợp có thể được biểu diễn bằng phương trình tổng quát sau:
6 CO2 + 6 H2O —Năng lượng—» C6H12O6+ 6 O2.
Trong quá trình quang hợp, nước và khí carbon dioxide được hấp thụ, và oxy tự do được giải phóng. Nước là nguồn cung cấp chính oxy tự do. Khí quyển chứa khoảng 10^15 tấn oxy, đóng vai trò quan trọng trong tự nhiên. Oxy cho phép cơ thể nhận năng lượng để thực hiện các chức năng sinh học.
Oxy cũng tồn tại trong khí quyển dưới dạng ozone (O3). Ozone được hình thành khi tia cực tím và các điện tích tách phân tử oxy (O2) thành các nguyên tử oxy, sau đó các nguyên tử này kết hợp với các phân tử oxy khác.
O2 = O + O , O2 + O = O3.
Lượng ozone lớn nhất nằm ở độ cao từ 10-16 km, tập trung tối đa ở độ cao 22-25 km, tạo thành một lớp ozone quan trọng bao quanh Trái Đất.
Lớp ozone này hấp thụ bức xạ tử ngoại có bước sóng 0,29 mm, rất nguy hiểm cho sinh vật. Tuy nhiên, một lượng nhỏ tia này vẫn lọt qua, có tác dụng tiêu diệt vi sinh vật có hại. Sự quang hợp của thực vật và hô hấp của động vật duy trì sự cân bằng oxy và carbon dioxide trong khí quyển.
Ngày nay, lượng carbon dioxide thải vào khí quyển tăng khoảng 0,5% mỗi năm do hoạt động công nghiệp và đốt phá rừng. Điều này góp phần vào sự biến đổi khí hậu toàn cầu do “hiệu ứng nhà kính”.
“Hiệu ứng nhà kính” phá vỡ cân bằng bức xạ nhiệt, tạo ra nhiệt lượng dư thừa và làm tăng nhiệt độ không khí.
Theo IPCC (Ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu), nhiệt độ trung bình toàn cầu đã tăng 0,3°C – 0,6°C trong 100 năm qua và tốc độ này đang tăng nhanh.
Nhiệt độ tăng dẫn đến sự giãn nở nhiệt của đại dương, làm tan băng vĩnh cửu ở vùng núi cao và vùng cực, gây ra sự dâng mực nước biển.
IPCC báo cáo rằng ở Bắc bán cầu, từ năm 1973, diện tích tuyết phủ đã giảm. Trong 200 năm qua, mực nước biển đã tăng trung bình 1-2 mm/năm. Dự báo đến năm 2030, nhiệt độ toàn cầu có thể tăng từ 1,5°C đến 4,5°C, và mực nước biển có thể dâng cao từ 20 đến 140 cm.
Biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng
3. Cấu Trúc Tầng của Khí Quyển
Dựa trên sự thay đổi nhiệt độ theo độ cao, khí quyển được chia thành năm tầng chính: tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng giữa (trung lưu), tầng nhiệt và tầng ngoài (ngoại quyển).
-
Tầng đối lưu: Là tầng thấp nhất, tiếp giáp với bề mặt Trái Đất. Độ cao của tầng đối lưu thay đổi theo vĩ độ: khoảng 17 km ở xích đạo, 10-12 km ở vĩ độ trung bình và 8 km ở vùng cực. Tầng này chứa khoảng 80% khối lượng khí quyển và gần như toàn bộ hơi nước. Nguồn nhiệt chính cho tầng đối lưu là nhiệt từ bề mặt Trái Đất được Mặt Trời đốt nóng, với nhiệt độ trung bình +14,3°C. Nhiệt độ trong tầng đối lưu giảm dần từ bề mặt lên đến đỉnh tầng, trung bình 0,6°C cho mỗi 100 mét tăng độ cao.
-
Tầng bình lưu: Đặc trưng bởi không khí loãng, rất ít hơi nước và nồng độ ozone cao, đạt cực đại ở độ cao 22-25 km. Mây ở tầng này thường là mây bạc, cấu tạo từ các tinh thể băng nhỏ. Nhiệt độ ở đáy tầng bình lưu khoảng -74°C ở xích đạo và thấp hơn ở vùng cực. Tuy nhiên, nhiệt độ tăng lên đến 0°C hoặc +10°C ở đỉnh tầng bình lưu do sự hấp thụ bức xạ Mặt Trời, đặc biệt là tia cực tím, bởi ozone.
-
Tầng giữa (trung lưu): Đỉnh của tầng này ở độ cao 80-90 km, nơi nhiệt độ đạt khoảng -75°C ở độ cao 75 km. Do tác động của bức xạ tử ngoại và hồng ngoại, không khí ở đây bị ion hóa mạnh và có sự biến động nhiệt độ bất thường. Nhiệt độ ở đỉnh tầng giữa (90 km) tương đối ổn định, khoảng +180°C.
-
Tầng nhiệt: Kéo dài đến độ cao khoảng 800 km. Không khí bị ion hóa mạnh do bức xạ hạt và tia cực tím, tồn tại ở trạng thái plasma. Nhiệt độ tăng nhanh theo độ cao: 0°C ở 100 km, +240°C ở 150 km, +500°C ở 200 km và +1.500°C ở 600 km.
-
Tầng ngoài (ngoại quyển): Là vùng chuyển tiếp giữa khí quyển Trái Đất và không gian. Nhiệt độ có thể đạt tới +2.000°C. Hydro chiếm ưu thế và thoát ra ngoài không gian, tạo thành một lớp vỏ hydro bao quanh Trái Đất, kéo dài đến độ cao 20.000 km.
Các tầng khí quyển (nguồn ảnh: vnexpress)
4. Tầm Quan Trọng Của Khí Quyển
Khí quyển Trái Đất là một hiện tượng độc đáo trong vũ trụ. Nó là môi trường sống của sinh vật trên Trái Đất, bảo vệ bề mặt khỏi các thiên thạch, hấp thụ tia cực tím từ Mặt Trời và giữ lại bức xạ sóng dài, tạo điều kiện thuận lợi cho sự sống. Thông qua trao đổi năng lượng và vật chất, khí quyển tương tác liên tục với các lớp vỏ địa lý khác và chịu ảnh hưởng của vũ trụ, đặc biệt là Mặt Trời.