Khí quyển là gì? Khí quyển gồm gì? Tác dụng của khí quyển?

1. Khí quyển là gì? 

Khí quyển là lớp khí bao quanh Trái đất. Nó rất quan trọng vì nó giữ cho tất cả chúng ta còn sống! Tất cả các loài động vật và thực vật sống trên hành tinh đều cần bầu khí quyển để tồn tại. Bầu khí quyển được giữ với Trái đất bằng lực hấp dẫn.

Một hỗn hợp khí tạo nên bầu khí quyển, bao gồm:

– 78% nitơ

– 21% oxy

– 0,9% argon

– ~ 0,1% carbon dioxide, oxit nitơ, metan và ozone

– Hơi nước cũng có trong khí quyển, với số lượng khác nhau tùy thuộc vào vị trí của bạn và thời gian. Ví dụ, các vùng nhiệt đới ẩm có nhiều hơi nước trong khí quyển hơn (lên đến 4%) và các vùng Bắc Cực lạnh có ít hơi nước hơn (thường dưới 1%).

– Ngoài ra còn có một số bụi trong bầu khí quyển của Trái đất. Loại bụi này bao gồm hỗn hợp các hạt rắn và lỏng, bao gồm các hạt do ô nhiễm, núi lửa phun trào và đất bị gió cuốn đi.

Phần dưới của bầu khí quyển nặng hơn phần trên. 98% khối lượng của khí quyển được chứa trong 30 km dưới cùng. Nó mỏng dần ở độ cao lớn hơn cho đến khi đạt đến không gian nơi không có bầu khí quyển. Không có ranh giới rõ ràng giữa bầu khí quyển và không gian bên ngoài; càng lên cao nó càng mỏng dần, cho đến khi hòa lẫn với không gian bên ngoài.

Chúng ta không nhận thấy bầu khí quyển vì nó trải rộng và hình thành từ các loại khí vô hình, nhưng nó thực sự khá nặng! Trọng lượng của nó tương đương với lớp nước sâu 10 mét bao phủ toàn hành tinh.

Các nhà khoa học tin rằng hầu hết khí trong bầu khí quyển của Trái đất đến từ những ngọn núi lửa sơ khai và oxy đến sau này từ các sinh vật nguyên thủy, chẳng hạn như vi khuẩn, trong quá trình quang hợp: quá trình mà thực vật sử dụng để tạo ra thức ăn từ ánh sáng mặt trời và các thành phần khác. Khi đời sống thực vật phức tạp hơn phát triển, nhiều oxy sẽ được bổ sung vào bầu khí quyển, cho đến khi chúng ta đạt được 21% oxy tạo nên bầu khí quyển ngày nay. Lượng oxy này mất hàng triệu năm để tích lũy.

2. Khí quyển gồm gì?

Bầu khí quyển của Trái đất được tạo thành từ các lớp kéo dài từ mặt đất lên bầu trời. Ranh giới giữa các lớp này khá linh hoạt, vì chúng thay đổi tùy thuộc vào vĩ độ và mùa. Các lớp của khí quyển từ dưới lên là: tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng trung lưu, tầng điện ly, tầng nhiệt và tầng ngoài.

2.1. Tầng đối lưu là gì?

Tất cả thời tiết phát triển trong tầng đối lưu, là tầng thấp nhất của khí quyển. Điều này là do hầu hết tất cả hơi nước trong khí quyển đều ở tầng đối lưu. Gió trong lớp khí quyển này di chuyển các khối không khí và các vùng áp suất cao và áp suất thấp khác nhau, gây ra những thay đổi và kiểu thời tiết. Tầng đối lưu có thể thay đổi một cách đột ngột và dữ dội.

Lớp này bắt đầu từ mặt đất và kéo dài khoảng 6 km ở hai cực và khoảng 16 km ở Xích đạo. Khi chúng ta đi xa hơn trong tầng đối lưu, không khí loãng đi và nhiệt độ giảm xuống. Đây là lý do tại sao đỉnh núi lạnh hơn các thung lũng bên dưới.

Nhiệt từ Mặt trời có thể xuyên qua tầng đối lưu một cách dễ dàng. Gió cao trong tầng đối lưu rất hữu ích cho máy bay! Điều này là do các luồng phản lực có mặt ở phần trên của tầng đối lưu, là những luồng gió chuyển động nhanh mà máy bay có thể bay vào để tiết kiệm thời gian và tiền bạc. Bay trong luồng phản lực sẽ nhanh hơn và hiệu quả hơn so với trong không khí dày hơn bên dưới.

2.2. Tầng bình lưu là gì?

Lớp khí quyển bình lưu này kéo dài từ tầng đối lưu đến độ cao khoảng 50 km so với bề mặt Trái đất. Đó là một lớp rất khô không có nhiều mây. Bất kỳ đám mây nào trong tầng bình lưu đều mỏng và mỏng. Khi bạn lên cao hơn trong tầng bình lưu, nhiệt độ tăng lên: ngược lại với tầng đối lưu! Những chiếc máy bay có thể bay trong lớp này là may mắn vì có những cơn gió ngang mạnh hỗ trợ chuyến bay nhưng ít nhiễu động.

Chúng ta cũng may mắn rằng tầng bình lưu tồn tại vì nó giúp bảo vệ chúng ta khỏi bức xạ tia cực tím có hại từ Mặt trời, do chứa một lượng nhỏ ozone (một dạng oxy). Phần tầng bình lưu có lớp ôzôn mỏng này được gọi là tầng ôzôn. Lượng ôzôn trong bầu khí quyển của Trái đất đang giảm dần, mà các nhà khoa học tin rằng đó là do các chất hóa học có tên CFC được giải phóng vào khí quyển từ các bình xịt aerosol. Việc sử dụng CFC đã bị cấm ở hầu hết các quốc gia trên thế giới và hiện nay tầng ozone đang dần phục hồi.

2.3. Tầng trung lưu là gì?

Tầng trung lưu là tầng lạnh nhất của khí quyển với nhiệt độ tối thiểu là -120 độ C. Nó trải dài ở độ cao khoảng 85 km so với bề mặt Trái đất và những đám mây cao nhất trong bầu khí quyển hình thành ở đây, trông giống như những đám mây bạc mà bạn có thể nhìn thấy sau khi Mặt trời lặn. Những đám mây này được làm từ băng vì tầng trung lưu rất lạnh! Khi chúng ta nhìn thấy những ngôi sao băng, chúng ta đang nhìn thấy chúng ở tầng trung lưu.

Đây là lớp mà các nhà khoa học ít biết nhất vì nó quá cao đối với máy bay hoặc khí cầu thời tiết, nhưng lại quá thấp đối với tàu vũ trụ. 

2.4. Tầng điện ly là gì?

Đây là nơi hình thành cực quang phương Bắc và phương Nam: các kiểu ánh sáng đầy màu sắc trên bầu trời mà bạn có thể nhìn thấy từ các cực. Những màn trình diễn ánh sáng tuyệt đẹp này được tạo ra bởi các hạt tích điện trong tầng điện ly phản xạ gió Mặt trời.

Sóng vô tuyến dội lại các hạt trong tầng điện ly. Điều này đã được chứng minh bởi một người đàn ông tên là Marconi, người đã gửi tín hiệu vô tuyến từ Anh đến Canada vào năm 1901. Marconi đã chứng minh rằng tín hiệu vô tuyến dội ra khỏi tầng điện ly, thay vì truyền theo đường thẳng.

2.5. Tầng nhiệt điện là gì?

Tầng đối lưu là lớp dày nhất trong khí quyển, kéo dài tới 690 km trên bề mặt Trái đất. Đây là nơi có thể tìm thấy các loại khí nhẹ nhất, bao gồm oxy, heli và hydro.

Lớp này là nhà của Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) và Kính viễn vọng Không gian Hubble! Những vệ tinh này nằm trong cái được gọi là ‘quỹ đạo thấp của Trái đất’. Các phân tử khí rất lan rộng trong tầng nhiệt. Nhiệt độ ở đây có thể rất cao, lên tới 1500 độ C, nhưng không quá nóng ở tầng nhiệt vì không có nhiều áp suất. Nhiệt sinh ra khi các phân tử truyền năng lượng cho nhau trong vùng có áp suất cao.

2.6. Ngoại quyển là gì?

Đây là lớp khí quyển mà bạn có thể nhìn thấy trong ảnh vệ tinh của Trái đất dưới dạng lớp màu xanh lam mờ bao quanh hành tinh của chúng ta. Tầng ngoài vũ trụ là nơi có nhiều vệ tinh thời tiết, nằm trong ‘quỹ đạo Trái đất thấp’ hoặc ‘quỹ đạo Trái đất trung bình’.

Hydro là nguyên tố chính trong tầng ngoài, chỉ có một lượng nhỏ helium, carbon dioxide, oxy và các loại khí khác. Tầng ngoài trải dài và co lại tùy thuộc vào những gì đang xảy ra với Mặt trời. Khi các cơn bão mặt trời xảy ra, tầng ngoài vũ trụ bị nén lại ở độ cao khoảng 1000 km so với Trái đất. Khi Mặt trời lặng, tầng ngoài trải dài khoảng 10.000 km.

3. Tác dụng của khí quyển:

Bầu khí quyển cho phép sự sống tồn tại trên Trái đất vì:

– Không khí chúng ta hít thở là trong khí quyển.

– Bức xạ tia cực tím có hại từ Mặt trời bị tầng khí quyển chặn không cho đến bề mặt Trái đất.

– Nhiệt từ Mặt trời bị khí quyển giữ lại nên không thoát trở lại không gian và Trái đất không bị quá lạnh.

– Khí hậu trái đất được điều hòa bởi khí quyển.

– Nó là một yếu tố chính của vòng tuần hoàn nước.

Bầu khí quyển hoạt động như một bộ lọc khổng lồ, ngăn bức xạ có hại từ Mặt trời gây cháy nắng và có thể làm hỏng các sinh vật sống. Nhưng nó cho phép nhiệt mặt trời (các tia ấm từ Mặt trời), cần thiết cho sự sống tồn tại trên Trái đất.

4. Khí hậu thay đổi liên quan gì đến khí quyển?

Hiệu ứng nhà kính là một quá trình xảy ra trong khí quyển làm Trái đất nóng lên, dẫn đến biến đổi khí hậu. Hiệu ứng nhà kính là khi các khí nhà kính trong khí quyển, chẳng hạn như carbon dioxide và metan, bẫy năng lượng từ Mặt trời. Con người đã làm tăng lượng khí nhà kính trong khí quyển thông qua việc đốt nhiên liệu hóa thạch, như than đá và dầu mỏ. Chúng ta cần một lượng khí nhất định trong bầu khí quyển để giữ nhiệt từ Mặt trời đủ để làm Trái đất nóng lên. Nhưng quá nhiều không phải là tin tốt! Điều này là do quá nhiều nhiệt có thể khiến Trái đất nóng lên quá nhiều, điều này rất có hại cho hành tinh và sự sống trên Trái đất.