ILMAKEHÄ

Millainen ilmakehä on?

Ilmakehä ympäröi maapalloa ohuena, noin sadan kilometrin paksuisena kerroksena. Ilmakehällä ole mitään selvää ylärajaa, vaan ylöspäin mentäessä ilman tiheys pienenee pienenemistään ja lopulta siellä vallitsee lähes täydellinen tyhjiö. Jo Mount Everestin (8850 m), maailman korkeimman vuoren, huipulla ilmakehä on liian ohutta ihmisen selviytymiseen, koska ilman tiheys on vain noin yksi kolmasosa maanpinnalla olevasta. Vain harjaantuneet henkilöt voivat nopeasti käydä kyseisissä korkeuksissa ilman happilaitteita.

Ihminen huomaa ympärillään olevan ilman parhaiten sääilmiöistä, joita ovat mm. tuuli sekä veden olomuodon muutokset ja kiertokulku ilmakehässä. Vettä on ilmakehässä näkymättömänä vesihöyrynä, tiivistyneinä pilvi- ja sadepisaroina sekä kiinteinä jää- ja lumikiteinä. Tuuli toimii vesihöyryn kuljettajana kosteilta alueilta kuivemmille sekä on itsessään maanpintaan ja vesistöihin vaikuttava tekijä.

Ilmakehä



Ilmakehä muodostuu pääasiassa kaasuista. Eniten ilmassa on typpeä ja happea, muita kaasuja on vain prosentin verran. Lisäksi maanpinnan pöly ja merien suola tuottavat ilmakehään kiinteitä hiukkasia, ns. aerosoleja. Eräs ilmakehän kaasuista on otsoni, jota on erityisesti stratosfäärissä. Otsoni on kolmen happiatomin muodostama molekyyli O3.

Ilmakehä on välttämätön elämälle maapallolla. Ilmakehä suojaa meitä auringon haitalliselta säteilyltä ja toisaalta pitää maapallon riittävän lämpöisenä.

Ilmakehän kerrokset

Ilmakehässä on pystysuunnassa selvästi toisistaan poikkeavia kerroksia eli sfäärejä. Kerrostuneisuus on seurausta lämpötilan pystysuuntaisista vaihteluista, joihin vaikuttaa etenkin otsonin määrän vaihtelu pystysuunnassa.

Ilmakehän kerrokset voidaan havaita Envisat-satelliitin GOMOS-instrumentin mittaaman lämpötilaprofiilin avulla. Piirrä profiili mittausdatasta painamalla tästä.

Viereisessä kuvassa näkyvät ilmakehän eri kerrokset. Alin kerros, troposfääri, ulottuu noin 10 km:n korkeuteen. Pääosa sääilmiöistä, kuten tuuli ja sade tapahtuvat tässä kerroksessa. Päiväntasaajalla troposfäärin yläraja, tropopaussi, on n. 12 km:n korkeudessa, napa-alueilla n. 8 km:n korkeudessa. Noin 90% ilmakehän massasta on troposfäärissä, sen yläpuolella ilma on hyvin ohutta. Lämpötila laskee maanpinnalta troposfäärin ylärajaan asti, tropopaussin kohdalla lämpötila on vain n. -60 astetta.

Troposfäärin yläpuolella on noin 40 km:n korkuinen stratosfääri. Siellä ilma on ohutta, vaikka lähes 10% ilmakehän massasta on siellä. Stratosfäärissää lämpötila nousee ylöspäin mentäessä ja on nollan tuntumassa stratosfäärin ylärajassa, stratopaussissa. Noin 90 % ilmakehän otsonista sijaitsee stratosfäärissä 15-40 km:n korkeudessa. Tiheimmillään otsonikerros on n. 30 km:n korkeudessa.

Mesosfääri ulottuu 80 km:n korkeuteen maan pinnasta. Siellä lämpötila alkaa taas vähitellen laskea. Mesosfäärin ylärajassa, mesopaussissa, ilmanpaine on enää 0,001 % maanpinnan ilmanpaineesta.

Mesosfäärin yläpuolella ovat termosfääri, ionosfääri, eksosfääri ja magnetosfääri. Näiden kerrosten määritelmät menevät osittain päällekäin. Näissä kerroksissa ilma on jo niin ohutta, että kerrokset ovat jo käytännössä avaruutta. Revontulet syntyvät ionosfäärissä.

Ilmakehän rakenne



Ilmakehä on hyvin ohut kerros, kun ottaa huomioon, että maapallon säde on noin 6378 km, ja ilmakehä on vain noin 100 km. Havainnollisen kuvan ilmakehän ohuudesta saa "Ilmakehä ja sää" -kirjaa (Karttunen, Koistinen, Saltikoff, Manner 1998) lainaten:

"Jos ajattelee ilmakehän pystyprofiilin käännetyksi vaakasuoraan vaikkapa pitkin nelostietä niin, että Helsingin keskusta vastaa maanpintaa. Kun lähdemme ajamaan kohti pohjoista, maailman korkeimmat vuorenhuiput jäävät taakse Kehä I:n paikkeilla. Saapuessamme Kehä III:lle olemme jo ohittaneet kaikki pilvet, sateet ja muut sääilmiöt. Keravan-Järvenpään välillä taaksemme katoaa uhanalainen otsonikerros. Lahden paikkeilla vastaan tulee satunnaisia tähdenlentoja ja revontulia, mutta muuten meitä ympäröi jo lähes täydellinen tyhjiö: olemme saapuneet ulkoavaruuteen."

© Ilmatieteen laitos