Suasana
Bumi dikelilingi oleh atmosfer yang relatif tipis (umumnya disebut udara) yang terdiri dari campuran gas, terutama molekul nitrogen (78 persen) dan molekul oksigen (21 persen). Juga terdapat jumlah gas yang jauh lebih kecil seperti argon (hampir 1 persen), uap air (rata-rata 1 persen tetapi sangat bervariasi dalam waktu dan lokasi), karbon dioksida (0,0395 persen [395 bagian per juta] dan saat ini naik), metana (0,00018 persen [1,8 bagian per juta] dan saat ini naik), dan lainnya, bersama dengan partikel padat dan cair dalam suspensi.
geoid: Penentuan sosok Bumi
Penghargaan atas gagasan bahwa Bumi itu bulat biasanya diberikan kepada Pythagoras (berkembang pada abad ke-6 sM) dan
Karena Bumi memiliki medan gravitasi yang lemah (berdasarkan ukurannya) dan suhu atmosfer yang hangat (karena kedekatannya dengan Matahari) dibandingkan dengan planet-planet raksasa, ia tidak memiliki gas yang paling umum di alam semesta yang mereka miliki: hidrogen dan helium. Meskipun Matahari dan Yupiter sebagian besar terdiri dari dua elemen ini, mereka tidak dapat dipertahankan lama di Bumi awal dan dengan cepat menguap ke ruang antarplanet. Kandungan oksigen yang tinggi dari atmosfer bumi tidak seperti biasanya. Oksigen adalah gas yang sangat reaktif yang, dalam sebagian besar kondisi planet, akan dikombinasikan dengan bahan kimia lain di atmosfer, permukaan, dan kerak bumi. Ini sebenarnya disediakan terus menerus oleh proses biologis; tanpa kehidupan, hampir tidak ada oksigen gratis. 1,8 bagian per juta metana di atmosfer juga jauh dari keseimbangan kimia dengan atmosfer dan kerak bumi: metana juga berasal dari biologis, dengan kontribusi aktivitas manusia jauh melebihi yang lainnya.
Gas-gas atmosfer memanjang dari permukaan bumi hingga ketinggian ribuan kilometer, akhirnya menyatu dengan angin matahari — aliran partikel bermuatan yang mengalir keluar dari daerah terluar Matahari. Komposisi atmosfer lebih atau kurang konstan dengan ketinggian hingga ketinggian sekitar 100 km (60 mil), dengan pengecualian khusus adalah uap air dan ozon.
Atmosfer umumnya digambarkan dalam hal lapisan yang berbeda, atau daerah. Sebagian besar atmosfer terkonsentrasi di troposfer, yang memanjang dari permukaan ke ketinggian sekitar 10–15 km (6-9 mil), tergantung pada garis lintang dan musim. Perilaku gas di lapisan ini dikendalikan oleh konveksi. Proses ini melibatkan gerakan bergolak dan terbalik yang dihasilkan dari daya apung udara dekat permukaan yang dihangatkan oleh Matahari. Konveksi mempertahankan penurunan gradien suhu vertikal — yaitu penurunan suhu dengan ketinggian — sekitar 6 ° C (10,8 ° F) per km melalui troposfer. Di bagian atas troposfer, yang disebut tropopause, suhu turun menjadi sekitar -80 ° C (-112 ° F). Troposfer adalah wilayah di mana hampir semua uap air ada dan pada dasarnya semua cuaca terjadi.
Stratosfer yang kering dan renggang terletak di atas troposfer dan memanjang hingga ketinggian sekitar 50 km (30 mil). Gerakan konvektif lemah atau tidak ada di stratosfer; sebaliknya gerakan cenderung berorientasi horizontal. Suhu di lapisan ini meningkat seiring ketinggian.
Di daerah stratosfer atas, penyerapan sinar ultraviolet dari Matahari memecah molekul oksigen (O 2); rekombinasi atom oksigen tunggal dengan molekul O 2 menjadi ozon (O 3) menciptakan lapisan ozon pelindung.
Di atas stratopause yang relatif hangat adalah mesosfer yang bahkan lebih renggang, di mana suhu kembali menurun dengan ketinggian 80-90 km (50-56 mil) di atas permukaan, tempat ditentukannya mesopause. Suhu minimum yang dicapai di sana sangat bervariasi dengan musim. Suhu kemudian naik dengan meningkatnya ketinggian melalui lapisan atasnya yang dikenal sebagai termosfer. Juga di atas sekitar 80–90 km terdapat peningkatan fraksi partikel bermuatan, atau terionisasi, yang dari ketinggian ini menentukan ionosfer. Aurora yang terlihat spektakuler dihasilkan di wilayah ini, khususnya di sekitar zona melingkar di sekitar kutub, oleh interaksi atom nitrogen dan oksigen di atmosfer dengan semburan partikel energetik episodik yang berasal dari Matahari.
Sirkulasi atmosfer umum bumi didorong oleh energi sinar matahari, yang lebih berlimpah di garis lintang khatulistiwa. Gerakan panas ke kutub ini sangat dipengaruhi oleh rotasi Bumi yang cepat dan gaya Coriolis yang terkait di garis lintang jauh dari Khatulistiwa (yang menambahkan komponen timur-barat ke arah angin), menghasilkan banyak sel udara yang bersirkulasi di setiap kutubnya. belahan bumi. Ketidakstabilan (gangguan dalam aliran atmosfer yang tumbuh seiring waktu) menghasilkan karakteristik daerah bertekanan tinggi dan badai tekanan rendah dari midlatitudes serta aliran jet cepat yang bergerak ke timur dari troposfer atas yang memandu jalur badai. Lautan adalah tempat penampungan panas yang sangat besar yang bertindak sebagian besar untuk menghaluskan variasi suhu global Bumi, tetapi arus dan temperaturnya yang perlahan berubah juga mempengaruhi cuaca dan iklim, seperti dalam fenomena cuaca El Niño / Osilasi Selatan (lihat iklim: Sirkulasi, arus, dan interaksi atmosfer lautan: iklim: El Nino / Osilasi Selatan dan perubahan iklim).
Atmosfer bumi bukanlah fitur statis dari lingkungan. Alih-alih, komposisinya telah berkembang seiring waktu geologis seiring dengan kehidupan dan berubah lebih cepat hari ini sebagai respons terhadap aktivitas manusia. Kira-kira setengah jalan dalam sejarah Bumi, kelimpahan oksigen bebas yang sangat tinggi di atmosfer mulai berkembang, melalui fotosintesis oleh cyanobacteria (lihat ganggang biru-hijau) dan saturasi permukaan oksigen alami (misalnya, mineral dan hidrogen yang relatif miskin oksigen) gas kaya yang keluar dari gunung berapi). Akumulasi oksigen memungkinkan sel-sel kompleks, yang mengonsumsi oksigen selama metabolisme dan yang menyusun semua tumbuhan dan hewan, untuk berkembang (lihat eukaryote).
Iklim bumi di lokasi mana pun bervariasi menurut musim, tetapi ada juga variasi jangka panjang dalam iklim global. Ledakan gunung berapi, seperti letusan Gunung Pinatubo tahun 1991 di Filipina, dapat menyuntikkan partikel debu dalam jumlah besar ke dalam stratosfer, yang tetap ditangguhkan selama bertahun-tahun, mengurangi transparansi atmosfer dan menghasilkan pendinginan yang dapat diukur di seluruh dunia. Yang jauh lebih jarang, dampak raksasa asteroid dan komet dapat menghasilkan efek yang lebih mendalam, termasuk pengurangan parah sinar matahari selama berbulan-bulan atau bertahun-tahun, seperti yang banyak ilmuwan yakini menyebabkan kepunahan massal spesies hidup di akhir Zaman Kapur, 66 juta tahun. lalu. (Untuk informasi tambahan tentang risiko yang ditimbulkan oleh dampak kosmik dan kemungkinan terjadinyanya, lihat Bahaya dampak bumi.) Variasi iklim yang dominan yang diamati dalam catatan geologis baru-baru ini adalah zaman es, yang terkait dengan variasi kemiringan Bumi dan orbitnya. geometri sehubungan dengan Matahari
Fisika hidrogen fusi membuat para astronom menyimpulkan bahwa Matahari 30 persen lebih sedikit bercahaya selama sejarah Bumi paling awal daripada saat ini. Karena itu, semua sederajat, lautan seharusnya membeku. Pengamatan tetangga planet Bumi, Mars dan Venus, dan perkiraan karbon yang terkunci di kerak bumi saat ini menunjukkan bahwa ada lebih banyak karbon dioksida di atmosfer bumi selama periode sebelumnya. Ini akan meningkatkan pemanasan permukaan melalui efek rumah kaca dan membiarkan lautan tetap cair.
Saat ini ada 100.000 kali lebih banyak karbon dioksida yang terkubur dalam batuan karbonat di kerak bumi daripada di atmosfer, berbeda dengan Venus, yang evolusi atmosfernya mengikuti jalur yang berbeda. Di Bumi, pembentukan cangkang karbonat oleh biota laut adalah mekanisme utama untuk mengubah karbon dioksida menjadi karbonat; proses abiotik yang melibatkan air cair juga menghasilkan karbonat, meskipun lebih lambat. Namun, di Venus, kehidupan tidak pernah memiliki kesempatan untuk muncul dan menghasilkan karbonat. Karena lokasi planet di tata surya, Venus awal menerima 10-20 persen lebih banyak sinar matahari daripada jatuh di Bumi bahkan hari ini, meskipun matahari muda lebih redup pada saat itu. Sebagian besar ilmuwan planet percaya bahwa suhu permukaan yang ditinggikan yang dihasilkan menjaga air dari kondensasi menjadi cairan. Sebaliknya, ia tetap berada di atmosfer sebagai uap air, yang, seperti karbon dioksida, adalah gas rumah kaca yang efisien. Bersama-sama kedua gas tersebut menyebabkan suhu permukaan naik lebih tinggi sehingga sejumlah besar air keluar ke stratosfer, di mana ia dipisahkan oleh radiasi ultraviolet matahari. Dengan kondisi sekarang yang terlalu panas dan kering untuk memungkinkan pembentukan karbonat abiotik, sebagian besar atau semua persediaan karbon di planet ini tetap berada di atmosfer sebagai karbon dioksida. Model memperkirakan bahwa Bumi mungkin mengalami nasib yang sama dalam satu miliar tahun, ketika Matahari melebihi kecerahannya saat ini sebesar 10-20 persen.
Antara akhir 1950-an dan akhir abad ke-20, jumlah karbon dioksida di atmosfer Bumi meningkat lebih dari 15 persen karena pembakaran bahan bakar fosil (misalnya, batubara, minyak, dan gas alam) dan perusakan hutan hujan tropis, seperti lembah sungai Amazon. Model komputer memprediksi bahwa penggandaan karbon dioksida pada pertengahan abad ke-21 dapat menyebabkan pemanasan global 1,5–4,5 ° C (2,7–8,1 ° F) rata-rata di atas planet ini, yang akan memiliki efek mendalam pada permukaan laut dan pertanian. Meskipun kesimpulan ini telah dikritik oleh beberapa orang atas dasar bahwa pemanasan yang diamati sejauh ini tidak sejalan dengan proyeksi, analisis data suhu lautan telah menyarankan bahwa banyak dari pemanasan selama abad ke-20 sebenarnya terjadi di lautan itu sendiri — dan akan akhirnya muncul di atmosfer.
Kekhawatiran lain saat ini mengenai atmosfer adalah dampak dari aktivitas manusia pada lapisan ozon stratosfer. Reaksi kimia kompleks yang melibatkan jejak klorofluorokarbon (CFC) buatan manusia ditemukan pada pertengahan 1980-an untuk menciptakan lubang sementara di lapisan ozon, terutama di Antartika, selama musim semi kutub. Namun yang lebih mengganggu adalah penemuan semakin menipisnya ozon di atas daerah beriklim sedang yang berpenduduk padat, karena radiasi ultraviolet gelombang pendek yang diserap lapisan ozon secara efektif telah ditemukan menyebabkan kanker kulit. Perjanjian internasional yang berlaku untuk menghentikan produksi CFC perusak ozon yang paling mengerikan pada akhirnya akan menghentikan dan membalikkan penipisan, tetapi hanya pada pertengahan abad ke-21, karena waktu tinggal yang lama dari bahan kimia ini di stratosfer.
