Atmosfæren – jordas usynlege livsrom
Atmosfæren er noko vi sjeldan tenkjer over, men som vi er heilt avhengige av, kvart einaste sekund. Han er usynleg, men livsnødvendig. Han gir oss luft å puste i, vernar oss mot farleg stråling, og skaper vêr og klima. I denne artikkelen skal vi utforske kva atmosfæren eigentleg er, korleis han fungerer, og kvifor han er så viktig for livet på jorda.
Kva er atmosfæren?
Sjå for deg at du står ute ein tidleg morgon. Du kjenner vinden stryke over huda, kanskje lukta av regn i lufta, og sola er på veg opp over horisonten. Alt dette skjer i det vi kallar atmosfæren – det tynne, men livsviktige laget av gassar som omgir jorda.
Atmosfæren er ikkje berre «luft». Han er eit dynamisk og sjølvregulerande system som vernar oss, varmar oss, gir oss vêr og klima, og som vi menneske påverkar meir enn nokon gong før. Han er både skjold og livsgrunnlag. Utan han ville jorda vore ein livlaus steinplanet, anten glovarm som Venus eller iskald som Mars.
Men atmosfæren er også ein del av eit større samspel. Han er kopla til havet, isen, alt som lever og jordas indre krefter. Når sola varmar opp jordoverflata, blir luftmassane sette i rørsle. Dette skaper vind, skyer og nedbør, og det heile blir drive av forskjellar i temperatur og trykk. Dette blir kalla konveksjon, og det er ein av dei viktigaste prosessane i atmosfæren.
Eit konkret døme er passatvindane, som blæs jamt frå 30 grader N og S mot ekvator. Desse oppstår fordi sola varmar opp lufta ved ekvator meir enn ved høgare og lågare breiddegrader. Den varme lufta stig, og kjøligare luft blir trekt inn frå sidene. Atmosfæren er altså ikkje statisk, han er i konstant rørsle, driven av temperaturforskjellar og jordrotasjonen.
1 / 4
Visuell fremstilling av jordas fem lag med atmosfære.
Kvifor forsvinn ikkje lufta ut i verdsrommet?
Det kan verke rart at noko så lett og usynleg som luft ikkje berre forsvinn. Kvifor blir lufta verande rundt jorda, i staden for å sive av garde ut i verdsrommet? Svaret er like lett som det er fascinerande: tyngdekrafta.
Jorda er stor og tung, og ho trekkjer til seg alt med masse, også gassmolekyl i lufta. Det er derfor atmosfæren held seg på plass. Som fysikar Bjørn Samset seier til forskning.no: «Desse gassane kan ikkje stikke av så lenge det er ei jord som held dei på plass.»
Men det er faktisk ikkje heilt tett. Kvar dag forsvinn omtrent 90 tonn av atmosfæren ut i verdsrommet. Det høyrest dramatisk ut, men det er berre ein mikroskopisk del av heile luftlaget. Ifølgje forskarar ville det ha teke over 150 milliardar år før heile atmosfæren forsvann på denne måten, og innan den tid har sola for lengst gjort jorda ubueleg.
Korleis forsvinn lufta? Jo, sola sender ut energi og partiklar som varmar opp atmosfæren. I tillegg til lys og varme sender sola ut ein straum av lada partiklar som blir kalla solvind. Denne vinden består hovudsakleg av proton (positivt lada partiklar), elektron (negativt lada partiklar) og nokre gonger heliumkjernar (alfa-partiklar).
Desse partiklane bevegar seg med svært høg fart og kan påverke atmosfæren når dei treffer jordas magnetfelt. Spesielt over polområda kan solvinden føre til at enkelte gassmolekyl i dei øvste laga av atmosfæren får så mykje energi at dei slepp unna jorda si tyngdekraft. Dette blir kalla termisk rømming.
Det blir danna «fontener» av gass som siv ut i rommet som ein slags usynleg lekkasje, og dei lettaste gassane; hydrogen og helium er mest utsett.
Men heldigvis, det aller meste av lufta blir verande. Atmosfæren er nemleg ikkje berre eit skal, han er eit system i konstant rørsle og balanse der tyngdekraft, temperatur og kjemiske prosessar speler saman.
1 / 4
Illustrasjon av jorden sett fra verdensrommet hvor man ser gravitasjonseffekten.
Kva består atmosfæren av?
Atmosfæren er ei blanding av mange gassar, men dette er dei viktigaste:
- Nitrogen (N₂ – 78 %) – den mest vanlege gassen. Han er ganske passiv, men viktig for balansen.
- Oksygen (O₂ – 21 %) – den gassen vi treng for å puste og for at ting skal kunne brenne.
- Argon (Ar – 0,93 %) – ein edelgass som ikkje reagerer med så mykje.
- Karbondioksid (CO₂ – ca. 0,04 %) – finst i små mengder (rundt 0,04 %), men har likevel stor betydning for klimaet.
- Vassdamp (H₂O) – varierer mykje, men er heilt avgjerande for vêr og klima.
I tillegg finst det sporgassar som metan (CH₄), ozon (O₃) og lystgass (N₂O), og dessutan aerosolar som støv, pollen, salt og forureining. Desse små mengdene kan ha stor effekt, både på klima, helse og vêr. La oss sjå litt nærare på vassdamp og ozon!
Illustrasjon av hva luften inneholder.
Vassdamp – vêrmaskinens drivstoff
Vassdamp er spesielt viktig. Han varierer frå nesten null i kalde, tørre område til fleire prosent i tropane. Vassdamp er også ein kraftig drivhusgass, og han er med på å danne skyer, regn, snø, tåke og torevêr. Utan vassdamp ville faktisk vêret vore ganske kjedeleg, og jorda ville hatt ein kaldare, tørr og stabil atmosfære med lite variasjon.
Det er fordi vassdamp er sjølve drivstoffet i vêrmaskina vår. Vassdamp er nemleg ein drivhusgass som held på varme, og han er heilt avgjerande for at det skal dannast konveksjon, altså at varm luft stig og kald luft søkk. Det er denne rørsla som set i gang skyutvikling og nedbør. Utan vassdamp ville himmelen vore stort sett skyfri, og vêret ville vore monotont og føreseieleg – ingen regnbogar, ingen snøstormar og ingen dramatiske skyer. Berre blå himmel og stilleståande luft.
Regnbue og truende skyer over et jorde.
Ozon – vernar høgt oppe, skadar nær bakken
Eit anna viktig stoff i atmosfæren er ozon (O₃). I stratosfæren, omtrent 15–35 kilometer over bakken, dannar ozon eit tynt, men livsviktig lag som vernar oss mot farleg ultrafiolett stråling (UV-stråling) frå sola. Utan dette laget ville farleg UV-stråling nådd bakken i langt større mengder, og det kunne ført til auka førekomst av hudkreft, augeskadar og skadar på plantar og plankton i havet.
Men ozon er eit godt døme på at plassering betyr alt. For nærare bakken, i troposfæren, kan ozon vere skadeleg. Her blir ozon danna når sollys reagerer med nitrogenoksid (#NOₓ) og flyktige organiske samband (VOC) frå eksos, industri og forbrenning. Dette blir kalla fotokjemisk smog, og det kan gi pustevanskar, irritasjon i auge og hals og forverre astma og andre luftvegssjukdommar.
Eit konkret døme er storbyar som Los Angeles eller Beijing, der høge temperaturar og mykje biltrafikk kan føre til høge ozonnivå på varme sommardagar. Då kan luftkvaliteten bli så dårleg at folk blir tilrådde å halde seg innandørs.
Ozon er altså eit stoff med to ansikt: I stratosfæren er det ein vernar, i troposfæren ein forureinar. Det viser kor viktig det er å forstå ikkje berre kva eit stoff er, men også kvar det er, og korleis det oppfører seg i ulike delar av atmosfæren.
1 / 3
Illustrasjon av ozonlag.
Lag på lag – atmosfærens struktur
Atmosfæren er ikkje éin jamn masse. Den er delt inn i lag, nesten som ein løk, og kvart lag har sine eigne eigenskapar. Laga skil seg frå kvarandre mellom anna ved korleis temperaturen endrar seg med høgda.
Troposfæren (0–12 km)
Dette er laget nærast bakken, og her skjer alt vêret. Skyer, regn, snø og vind. Temperaturen søkk med høgda, og lufta er tett og rik på vassdamp. Det er i troposfæren vi lever, og øvst her flyg vanlege passasjerfly. Troposfæren inneheld omtrent 80 % av den totale massen til atmosfæren, det vil seie størstedelen av alle gassmolekyla, atoma og iona som utgjer lufta rundt oss.
Stratosfæren (12–50 km)
Over troposfæren ligg stratosfæren, eit rolegare lag i atmosfæren som mellom anna inneheld det viktige ozonlaget, men også gassar som nitrogen, oksygen og andre partiklar. Her skjer det lite vêr, og temperaturen stig med høgda på grunn av ozonens evne til å absorbere UV-stråling. Langdistanseflyging skjer ofte i nedre stratosfære for å unngå turbulens.
Eit laboratorium i høgda
Stratosfæren er ikkje berre eit roleg lag for flytrafikk, den er også eit viktig laboratorium for å forstå atmosfæren og klimaendringar. Her blir målingar utførte med vêrballongar og satellittsensorar som gir data om ozon, vassdamp, partiklar og stråling. Fordi stratosfæren er stabil og har lite vêr, eignar han seg godt til presise observasjonar over tid.
Forskarar bruker altså denne delen av atmosfæren til å overvake ozonlaget, studere effekten av vulkanutbrot og analysere korleis menneskeskapte utslepp påverkar klimaet.
1 / 4
Jordas lag med atmosfære.
Mesosfæren (50–80 km)
Her blir det kaldt, faktisk den kaldaste staden i heile atmosfæren, med temperaturar ned mot –90 °C. Det er her meteorar brenn opp når dei nærmar seg jorda, og det er derfor vi ser stjerneskot. I dette laget kan vi også oppleve sjeldne fenomen som lysande nattskyer, som blir danna av iskrystall i ekstremt tynn luft og lyser opp himmelen om sommaren.
Mesosfæren er for høg til at fly kan nå han, og for låg til at satellittar kan gå i bane her. Derfor er det eit av dei minst utforska laga. Vi har derimot vêrballongar og rakettar som har gitt oss viktig informasjon om temperatur og partiklar.
Bilde av meteorer i mesosfæren
Termosfæren (80–700 km)
I termosfæren stig temperaturen igjen, heilt opp mot 1500 °C, men lufta er så tynn at det ikkje ville ha kjendest varmt for oss. Her dansar nordlyset når lada partiklar frå sola kolliderer med gassmolekyl i atmosfæren. Det er også her vi finn den internasjonale romstasjonen (ISS), som går i bane rundt jorda i omtrent 400 km høgd.
Termosfæren overlappar med ionosfæren, eit område som er viktig for radiokommunikasjon og GPS-signal. Mange satellittar som gir oss mobildekning, internett og 5G er i den nedre delen av termosfæren, i det som blir kalla LEO – Low Earth Orbit. Døme er Starlink-satellittar og andre kommunikasjonssatellittar som gir dekning til område utan mobilmaster.
Jorda fra Termosfæren med nordlys og satelitt. Boble på bilde: Visste du at thermo er gresk og betyr varme?
Eksosfæren (700–10 000 km)
Dette er det ytste laget av atmosfæren, der lufta er så tynn at molekyla kan bevege seg hundrevis av kilometer utan å kollidere. Her glir atmosfæren gradvis over i verdsrommet, og nokre molekyl slepp heilt unna jordas tyngdekraft.
I eksosfæren finn vi satellittar som går i MEO – Medium Earth Orbit, som mellom anna blir brukt til GPS. Desse satellittane gir nøyaktig posisjon til mobiltelefonar, bilar, fly og skip – og er heilt avgjerande for navigasjon. Høgare oppe, i det som blir kalla GEO – Geostationary Earth Orbit, finn vi geostasjonære satellittar som blir brukte til TV-sendingar, vêrvarsling og kommunikasjon. Dei ligg ca. 36 000 km over ekvator og «heng stille» over same punktet på jorda.
Over omtrent 100 kilometers høgd finn vi også Kármánlinja, som ofte blir rekna som grensa til verdsrommet. Dette er ikkje ei fysisk grense, men ei definert høgd der atmosfæren blir så tynn at vanlege fly ikkje lenger kan halde seg oppe med aerodynamisk løft.
1 / 3
Satelitt som kretser rundt jorda fra verdensrommet, eksosfæren.
Trykk, tettleik og temperatur – atmosfærens fysiske eigenskapar
Atmosfæren er i stadig endring, og for å forstå korleis han fungerer, må vi kjenne til tre grunnleggjande eigenskapar: lufttrykk, tettleik og temperatur. Desse heng tett saman, men beskriv ulike sider ved lufta rundt oss.
Lufttrykk – vekta av atmosfæren over deg
Lufttrykk er det trykket som atmosfæren utøver på alt han omgir, inkludert deg. Det kjem av at luft består av gassmolekyl (t.d. karbondioksyd, nitrogen, oksygen og argon), og desse har mykje vekt. Tyngdekrafta trekkjer desse molekyla ned mot jordoverflata, og summen av alle molekyla over eit gitt punkt skaper eit trykk, det vi kallar atmosfærisk trykk.
Ved havnivå er lufttrykket høgast, fordi heile atmosfæresøyla pressar nedover. Di høgare opp du kjem, dess færre molekyl er det over deg, og dermed søkk trykket. Dette følgjer ein eksponentiell samanheng, ikkje ein jamn lineær, fordi trykket fell raskt i dei første kilometrane og deretter gradvis.
På toppen av Mount Everest, nesten 9000 meter over havet, er lufttrykket berre omtrent ein tredel av det ved havnivå. Det betyr at det er langt færre oksygenmolekyl i kvar innanding. Fjellklatrarar må ofte bruke oksygenmasker, ikkje fordi oksygendelen i lufta endrar seg, men fordi det atmosfæriske trykket søkk med høgda. Dermed inneheld kvart pust færre oksygenmolekyl, noko som kan føre til oksygenmangel i kroppen.
1 / 4
Sherpa som bærer oksygenflasker opp til foten av de høye fjellene.
Tettleik – kor tett luftmolekyla ligg
Tettleik handlar om kor mange gassmolekyl som finst i eit gitt volum luft. Når vi seier at lufta er «tynn» i høgda, meiner vi at det er færre molekyl per kubikkmeter. Ved bakken er lufta tettpakka med molekyl, hovudsakleg nitrogen (N₂) og oksygen (O₂), men også argon, karbondioksid og vassdamp. Desse molekyla blir pressa saman av vekta av lufta over, og derfor er tettleiken høgast ved jordoverflata.
Di høgare opp du kjem i atmosfæren, dess færre molekyl er det i kvar liter luft. Det betyr at både lufttrykket og tettleiken søkk med høgda. Dette er grunnen til at det blir vanskelegare å puste i fjellet: Det er ikkje fordi oksygenet forsvinn, men fordi det er færre oksygenmolekyl i kvar innanding. Lungene må jobbe hardare for å hente ut nok oksygen til kroppen.
Tettleik påverkar også korleis lyd bevegar seg, korleis fly held seg oppe, og korleis vêr blir danna. Varm luft er til dømes mindre tett enn kald luft – noko som kjem av at molekyla i varm luft rører raskare på seg. Når luft blir varma opp, får molekyla meir energi og byrjar å røre meir på seg. Dei støyter oftare og hardare mot kvarandre, og det gjer at dei spreier seg utover og tek meir plass. Dermed blir det færre molekyl per kubikkmeter – altså lågare tettleik.
Når lufta blir mindre tett, blir ho også lettare enn lufta rundt. Og fordi tyngdekrafta verkar sterkare på den kaldare, tettare lufta, vil den varme lufta stige oppover. Dette blir kalla konveksjon, og det er ein av dei viktigaste prosessane i atmosfæren. Det er slik vi får skydanning, vind og torevêr.
Eit konkret døme er ein varm sommardag: Sola varmar opp bakken, bakken varmar opp lufta, og den varme lufta byrjar å stige. Når ho stig, blir ho kjølt ned, og vassdampen i lufta kan kondensere og danne skyer. Alt dette startar med at molekyla rører meir på seg.
1 / 5
Flyvinge i solnedgang
Temperatur – kor mykje molekyla bevegar seg
Temperatur er eit mål på den gjennomsnittlege rørsleenergien til gassmolekyla i lufta. Når molekyla bevegar seg raskt, er temperaturen høg. Når dei bevegar seg sakte, er temperaturen låg. Det er altså ikkje temperaturen i seg sjølv vi måler, men kor mykje molekyla «dansar rundt» i lufta.
I troposfæren, der vi bur, søkk temperaturen med høgda, omtrent 6,5 grader per kilometer. Det er fordi sola først varmar opp jordoverflata, og det er bakken som igjen varmar opp lufta nedanfrå. Di lenger unna bakken du kjem, dess mindre varme får lufta, og dess kaldare blir det.
Men høgare opp skjer det noko interessant: I stratosfæren stig temperaturen igjen. Det kjem av at ozonlaget absorberer UV-stråling frå sola og gjer strålinga om til varme. I termosfæren blir det endå varmare, faktisk fleire tusen grader, fordi oksygen- og nitrogenmolekyl tek opp svært energirik stråling som røntgen og ekstrem UV. Likevel er lufta der så tynn at det ikkje ville ha kjendest varmt for oss. Det er som å vere i ei badstove med nesten ingen damp, temperaturen er høg, men det er for få molekyl til å overføre varmen til huda di.
1 / 3
Modell av gassmolekyler
Atmosfæren i endring – menneskets fotavtrykk
Atmosfæren har eksistert i milliardar av år, men dei siste par hundre åra har vi menneske byrja å setje tydelege spor. Gjennom industri, transport, jordbruk og energibruk slepper vi ut store mengder klimagassar, altså gassar som påverkar jordas evne til å halde på varme. Dette endrar balansen i atmosfæren og fører til klimaendringar.
Den viktigaste klimagassen vi menneske bidreg med, er karbondioksid (CO₂). Den blir danna når vi brenn fossile brensel som kol, olje og gass, til dømes i bilar, fabrikkar og kraftverk. CO₂ finst naturleg i atmosfæren, men nivåa har auka dramatisk sidan den industrielle revolusjonen. I dag er konsentrasjonen over 420 ppm (parts per million), noko som er meir enn 50 % høgare enn før vi byrja med storskala forbrenning av fossilt brensel.
Andre viktige klimagassar er metan (CH₄) og lystgass (N₂O). Metan blir sleppt ut frå husdyrhald, risdyrking og lekkasjar frå olje- og gassproduksjon. Lystgass kjem mellom anna frå kunstgjødsel og industri. Sjølv om desse gassane finst i mindre mengder enn CO₂, er dei mykje kraftigare per molekyl. Metan er over 25 gonger sterkare enn CO₂, og lystgass over 250 gonger sterkare, målt over 100 år.
Desse gassane forsterkar drivhuseffekten, som er ein naturleg prosess der atmosfæren held på noko av varmen frå sola. Utan drivhuseffekten ville gjennomsnittstemperaturen på jorda vore rundt –18 °C. Men når vi legg til for mykje drivhusgassar, blir det som å leggje på eit ekstra teppe, til slutt blir det for varmt.
Ifølgje FNs meteorologiorganisasjon (WMO) er vi på veg mot temperaturaukar som overstig måla i Paris-avtalen, som har som mål å avgrense oppvarminga til under 2 °C. Konsekvensane kan bli meir ekstremvêr, hetebølgjer, tørke, flaum og stigande havnivå. Europa er blant dei områda som blir varma opp raskast.
1 / 5
KFK-gassar og hol i ozonlaget – eit døme på at det nyttar
Eit av dei mest kjende døma på menneskeleg påverking – og løysing – er historia om KFK-gassar (klorfluorkarbon). Desse gassane vart tidlegare brukte i sprayboksar, kjøleskap og aircondition. Problemet var at når KFK-gassane lak ut i atmosfæren, steig dei opp til stratosfæren og braut ned ozonlaget, det laget som vernar oss mot farleg UV-stråling frå sola.
På 1980-talet oppdaga forskarar eit stort hol i ozonlaget over Antarktis. Dette førte til internasjonal bekymring og rask handling. I 1987 vart Montreal-protokollen vedteken, ein global avtale der landa vart samde om å fase ut bruken av KFK-gassar. Dette har vist seg å vere eit av dei mest vellykka miljøtiltaka nokosinne.
Sidan då har ozonlaget gradvis byrja å reparere seg igjen. Ifølgje FN kan det vere tilbake til normalen i store delar av verda innan midten av dette hundreåret. Dette viser at når vi samarbeider og handlar i tide, kan vi faktisk snu utviklinga.
Andre tiltak som har hjelpt
KFK-historia er ikkje det einaste dømet på at vi har klart å rydde opp etter oss. Her er nokre andre tiltak som har hatt positiv effekt:
Svovelforureining og sur nedbør
På 1970- og 80-talet var sur nedbør eit stort problem i Europa og Nord-Amerika. Det kom av utslepp av svoveldioksid (SO₂) frå kolkraftverk. Etter innføring av reinseteknologi og strengare utsleppskrav, har nivåa av SO₂ falle kraftig, og mange innsjøar og skogar har byrja å komme seg.
Bly i bensin
Tidlegare inneheldt bensin blysamband som var skadelege for både menneske og miljø. Etter internasjonale forbod og overgang til blyfri bensin, har blynivåa i luft og blod sokke dramatisk.
Sjølv om vi framleis har ein lang veg å gå, har avtalar som Paris-avtalen og EUs klimamål ført til auka satsing på fornybar energi, energieffektivisering og grøn teknologi.
1 / 5
Illustrasjon av ozonlaget som dannes når UV-stråling splitter oksygenmolekyler og danner ozon, mens nedbrytning skjer på grunn av forurensninger som KFK-gasser, noe som reduserer beskyttelsen mot skadelige UV-stråler.
Eit skjold vi må forstå og ta vare på
Som vi no har sett, er atmosfæren meir enn berre luft. Han er eit levande system i konstant rørsle, i samspel med havet, sola og jorda sjølv. Han vernar oss mot farleg stråling, held på varmen og gir oss vêr og klima, og nettopp dette gjer det mogleg å leve på jorda.
Men atmosfæren er også sårbar. Han reagerer på det vi gjer, på utslepp, avskoging, forureining og endringar i arealbruk. Alt vi gjer i dag, påverkar korleis atmosfæren vil fungere i framtida.
Derfor er det viktig at vi forstår atmosfæren. Ikkje berre for å kunne føreseie vêret eller forstå klimaendringar, men for å kunne ta kloke val. For å kunne bruke energiressursar på ein berekraftig måte. For å kunne vurdere risiko ved naturfarar. Og for å kunne leve i balanse med planeten vår.
1 / 2
Temperatur på jorda
Kjelder:
Forskning.no. (2021). Hvorfor forsvinner ikke all lufta ut i verdensrommet? https://www.forskning.no/romforskning/hvorfor-forsvinner-ikke-all-lufta-ut-i-verdensrommet/1863284
Miljødirektoratet. (u.å.). Klimagasser og klimasystemet. Henta frå: https://www.miljodirektoratet.no/ansvarsomrader/klima/fns-klimapanel-ipcc/dette-sier-fns-klimapanel/sjette-hovedrapport/klimagasser-og-klimasystemet/
Met office What are the layers of the atmosphere Henta frå: https://www.youtube.com/watch?v=LPHF323XlWw
NASA Earth Observatory (2011) The Carbon Cycle Henta frå: https://earthobservatory.nasa.gov/features/CarbonCycle
Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC (2023) Climate Change 2023: Synthesis Report. Intergovernmental Panel on Climate Change. https://www.ipcc.ch/report/ar6/syr/
Store norske leksikon. (u.å.). Atmosfæren. Henta frå: https://snl.no/atmosf%C3%A6ren
