Atmosferimizde Neler Oluyor? - Milli Güç

Atmosferimizde Neler Oluyor?

(Bazı Atmosfer Olaylarının Açıklaması)

Günlük yaşantımızda mesleğimiz ve eğitim alanımızla ilgili olmayan bazı olayları anlamakta zorlanır, cevabını nasıl ve nereden öğreneceğimizi de çoğunlukla akıl edemeyiz. Bazı olayları ise aslında biliriz de açıklamamız istendiğinde zorlanırız. Cevabını merak ettiğimiz bazı soruları şöyle sıralayabiliriz: Yeryüzünden yükseklere, mesela dağ başlarına çıktıkça güneşe yaklaştığımız halde sıcaklık niçin düşer?  Özellikle uçakta 10 bin m yükseklikte uçarken pilotun hava sıcaklığının -45 oC olduğunu söylediğinde şaşırırız. Zira güneş tüm bulutların üzerinde çok parlak görünür.

Çok daha yükselsek sıcaklık hep düşmeye devam eder mi? En düşük sıcaklık niçin -273,16 oC dır?  Güneşli havada aynı süre güneşe maruz kaldığımızda dağ başında deniz kenarından daha çok yanılır ve daha kısa sürede bronzlanılabilir. Niçin?  Su berrak ve renksiz olduğu halde ırmaklar ve denizlerdeki sular mavi görülür. Denizler derinleştikçe renkleri niçin koyulaşır? Ozon tabakası nedir? Niçin ve nasıl delinir? Küresel ısınma sonucu iklimler nasıl değişir? Bir taraftan kuraklık geleceği ve hava sıcaklığının yükselmesi beklendiği halde niçin bazı bölgelerde yağışlar azalırken bazı bölgelerde sel basacak şekilde yağmurlar artmakta, kutuplarda buzlar erirken, bazı bölgelerde havaların soğuyacağı hatta buzulların oluşacağı söylenmektedir. Bunlar tezat değil mi? Daha benzeri birçok soru bizi meşgul eder.

Aslında bu soruların meteorologlar, fizikçiler, çevre bilimciler, biyologlar ve kimyacılar için basit ve doğal olmakla beraber bu meslekler dışındakiler için o kadar kolay değildir. Bu yazıda bu sorulara kısaca basit cevaplar aramaya çalışalım.

Dünyamızda tüm canlı yaşamı mümkün kılan, diğer yıldız ve gezegenlerden ayıran, ona ayrıcalık kazandıran dünyanın atmosferidir. Yukarıdaki soruların birçoğunun cevabını da atmosfer ve yapısını kısaca anlatarak daha kolay verebiliriz. Zira iklimleri oluşumundan da atmosfer sorumludur. Dünyamızı meteor yağışından koruyan da yine atmosferdir. Dünyaya doğru hızla gelen meteor atmosferle karşılaşınca ısınır ve parçalanır. Etkisi azalır. Ancak çok büyükler yer yüzeyine ulaşabilir.

Dünya hepimizin bildiği gibi başlıca azot (% 78.08) ve oksijenden (%20.95) oluşan, daha az miktarda karbon dioksit (%0.036)  ve başta argon (%0.93) olmak üzere soy gazları içeren atmosfer olarak adlandırılan bir gaz kütleye sahiptir. Dünya atmosferi ana yapısını oluşturan gazlar dışında bölgelere göre değişiklik gösteren su buharı ( %0- 5), hidrokarbonlar ( çok az), azot oksitleri ve yer kabuğundan havaya geçen tozları, denizlerden geçen tuzları da içerir.

Atmosfer tabakası, yer yüzeyinden başlayarak 500 km, hatta bazı kaynaklara göre 3200 km kalınlığında bir tabaka olup,  sıcaklık değişimi, güneş ışınları ile etkileşim özelliklerine göre birçok tabakalara ayrılarak incelenir. Yer yüzünden itibaren bu tabakalar troposfer (0-15 km), stratosfer (15-50km), mezosfer (50-85 km), termosfer (85-50 km) ve iyonosfer ( 500 km üzeri) olarak adlandırılır. Bu verilen değerler kesin olmayıp %10-15 değişiklik gösterebileceği gibi keskin bir bitiş noktası da yoktur. Kural olarak yer kabuğuna yaklaştıkça yer çekiminin de etkisi ile yoğunluğu ve basıncı artar. Deniz seviyesinde 1.0 atmosfer ( 76 cm cıva sütunu veya 10,33 m su sütunun ağırlığı) olan basınç, 5000 m yükseklikteki bir dağ başında yarı değere kadar düşer. Yer yüzünden itibaren yükseldikte basıncın düşmesi doğrusal olmayıp, her bir atmosfer katmanında farklı eğim gösterir. Atmosferi oluşturan tüm gazların % 75-80 i 15 km kalınlığındaki ilk tabakada, yani troposferde, %99’u ise ilk 32 km de bulunur.

Dünya atmosferine düşen güneş ışınları dıştan itibaren atmosferi oluşturan gazlarla etkileşimlerine göre enerjilerinin bir kısmını kaybederek yeryüzüne kadar ulaşır. Yeryüzüne ulaşan ışınlar ise denizler ve karalar tarafından absorplanır veya kısmen yansıtılır. Güneş ışınları ile etkileşimle çevreye aktarılan enerji atmosfer boyunca sıcaklık değişimini de belirler.

Genellikle X-ışınları, UV-ışınları gibi yüksek enerjili ve düşük dalga boylu güneş ışınları atmosferin üst katmanlarında, o tabakaları oluşturan gazlarla tepkimelerle soğurulurken, görünür bölge ve kırmızı ötesi ışınlar yer kabuğuna kadar ulaşırlar.  Burada tutulurken alınan enerji çevreye ısı şeklinde yayılır. Yer yüzünden yayılan bu sıcak ışınlar ve enerji troposfer tabakasındaki gazlar tarafından tutulduğundan yer kabuğuna yakın atmosfer daha sıcaktır. Yer kabuğundan yükseldikçe gaz yoğunluğu azaldığından sıcaklık da her km de 6,5 oC düşer. Bu düşüş troposfer boyunca devam eder ve -60 oC a kadar ulaşır.

Stratosfer boyunca yükseldikçe 15-50 km arasında bu katmanda geçen olaylardaki enerji aktarımı ile sıcaklık da tekrar 0 oC’a kadar yükselir. Bunu izleyen mezosfer tabakası boyunca 50 km den 85 km ye kadar sıcaklık  -90 oC ‘a kadar düşer.  Bu tabakadan sonra termosfer boyunca ise sıcaklık sürekli artışla 1200 oC kadar yükselir.

Özetle atmosfer katmanları boyunca sıcaklık önce düşer, sonra yükselir, tekrar düşer ve tekrar yükselir. Bu tamamen güneş ışınları ile atmosfer gazları arası etkileşimle belirlenir.

Atmosfer dışında, yani uzay boşluğunda güneş ve yıldızlardan gelen ışınlarla etkileşip enerji alan madde bulunmadığından sıcaklıktan söz edilemez. Ancak bu boşluğa ulaşan bir madde, örnek olarak bir uydu veya uzay aracı olsa, bu cisim üzerine düşen her tür güneş ve diğer ışınlarla etkileşeceğinden ısınır. Cisim güneşe doğru yaklaştıkça üzerine düşen ışın ve enerji yoğunluğu hızla artacağından cismi oluşturan maddeler erir, hatta buharlaşır. Bu nedenle yüksek sıcaklıktaki güneşe ve yıldızlara ulaşılamaz.

Sıcaklık madde çokluğunun sahip olduğu bir özellik olup, enerjisinin bir göstergesidir. Taneciklerin ortalanma v hızı ile ötelenme hareketinin kinetik enerjisi tanecik başına  ½ mvolup, bunun gazlar için mol başına değeri 3/2RT dir. Buradaki T mutlak sıcaklıktır. Tüm gazların ortalama sıcaklığından, dolayısıyla hız ve enerjisinden söz edilir. Tek bir atom veya molekül, yani tek tanecik için sıcaklığın anlamı yoktur. Ancak en düşük, yani, -273.16 oC kabul edilebilir. Bu sıcaklık evrende ve dünyada ulaşılabilecek en düşük sıcaklık olup,  mutlak sıfır olarak adlandırılır. Mutlak sıfır noktasında bütün maddeler hareketsiz olup, en düzenli yapıda kabul edilir ve entropileri de sıfırdır.

Güneş ışınları yeryüzüne gelirken her atmosfer katmanında kısa dalga boyundaki zararlı ışınları değişik olaylarla tutarak yer yüzüne ulaşmasını engeller. Önemli katmanlardan biri, stratosferin 15-50 km arasındaki ozon tabakası zararlı ve küçük canlıları öldürücü, insan cildine düşünce kanser yapıcı mor ötesi ışınları bu katman tutar. 20-30 km kalınlığındaki bu tabakanın atmosfer basıncındaki kalınlığı sadece 3-5 mm olurdu. Bu tabakaya başta klorlu ve florlu hidrokarbonlar ve diğer kirletici gazların ulaşması ile ozon oluşumu engellenmiş ve ozon miktarı azalmıştır. Bazı yerlerde ozon tabakası çok incelmiştir. Buna ozon tabakası yırtılması denmektedir. Ozon tabakası en çok da  kutupların üstünde, özellikle güney kutbunun üzerindeki katmanda  incelmiştir.

Küresel ısınma ise dünyaya ulaşan güneş enerjisi ile dünyadan konveksiyonla yayılan ısı enerjisinin arasındaki dengenin dünya lehine bozulması ile oluşmaktadır. Diğer bir ifade ile yerküreye ulaşan ve soğurulan güneş ışınları ile aktarılan enerji normalde yer yüzünden ısı enerjisi şeklinde yayılırken sera gazları ismi verilen karbon dioksit, metan, azot oksitleri ve kükürt oksitlerinin miktarlarının artması ile bu yayılma engellenince atmosferin ve dünyanın sıcaklığı yükselir. Az da olsa bu sıcaklık yükselmesi, buzulların erimesi ve buzul dağlarının kopmasına neden olur. Bu olaylar sonucu okyanusların su seviyesi yükselir. Düşük seviyeli yerleşim yerleri su altında kalır. Ama asıl daha büyük tehlike iklim değişimine neden olmasıdır. Bazı sıcak hava akımlarının oluşumu engellenir, bu şekilde ısınan ve sıcak iklime sahip bölgelerde hava soğur, iklim değişir. Bunun sonucu bazı bölgeler daha çok, bazı bölgeler daha az ısınır, daha az yağmur alır veya daha çok yağmur alır. Bir yandan çölleşme, bir yandan sel baskını ve buzullar oluşur.

Tüm atmosfer olayları, rüzgar, fırtına, tayfun, yağmur, dolu, kar hep troposfer tabakasında olur. Buna sebep ise güneş ışınlarının deniz ve karalarda, farklı bölgelerde farklı bulut yoğunluğu ve nem nedeni ile farklı absorplanması sonucu sıcaklık farklarının oluşmasıdır. Örnek olarak bir yere engellenmeden doğrudan gelen güneş ışınlarının tutulması ile atmosfere yayılan ısı o bölge havasını ısıtınca bu ısınan havanın yükselmesi ile düşen basınç, daha soğuk yerden gelen hava akımı ile dolar. Böyle hava hareketleri hava akımının şekline göre yel, rüzgar, tayfun ve hortumu oluşturur.

Tüm bulutlar da bu atmosfer katmanında bulunur. Bulutlardaki su buharı donduğundan uçaklar bulutta uçmak istemezler ve bulutların üstünde uçmayı tercih ederler. Yer yüzeyine yakın bulutlardaki su buharı sis, yani sıvı olabilir ve bir elektriksel çarpışma ile yağmur şeklinde sularını boşaltabilir. Sıcak bölgelere düşen yağmur, soğuk tabakadan geçerse veya soğuk hava akımı ile karşılaşırsa su damlaları donar ve dolu yağar. Kutuplarda, soğuk bölgelerde, kışta ve dağ başlarında dolu yağmaz.

Su, görünür bölge ışınlarını absorplamadığından renksiz görülür. Ancak su az da olsa güneş ışınlarının kırmızı ötesi yanında kırmızı dalga boyundaki ışınları da tutar. Suyun derinliği çok olmadıkça normal insan gözü bu tutularak soğurulan kırmızı kesrini fark edemez. Ancak su derinliği mesela 10 m den fazla olursa bu kesir fark edilmeye ve su mavi görünmeye başlar. Derinlik arttıkça absorplanan kesir üst üste binerek yükseleceğinden gittikçe artan şekilde açık yeşil, açık mavi, mavi-, koyu mavi, -çivit mavisi rengini alır. Biz beyaz ışığın absorplanmadan kalan bileşenlerini derinliğe göre değişen bu renk tonlarında görürüz.

Prof. Dr. Mehmet Doğan

dogan@hacettepe.edu.tr

Son Güncelleme : 18 Ekim 2020

Milli Güç

Milli Güç

Bu konuyla ilgili yorumunuzu yazın