De aardatmosfeer
We weten niet precies hoe onze atmosfeer is ontstaan, maar wel weten we dat de samenstelling ervan flink is veranderd sinds onze planeet zo’n 4,6 miljard jaar terug uit een wolk van gas en stof om de jonge zon ontstond.
Wat is de atmosfeer?
De atmosfeer is de luchtlaag die om de aarde heen zit. De chemische processen in de atmosfeer zijn van invloed op het leven op aarde. De atmosfeer wordt op zijn plaats gehouden door een zwaartekrachtveld en maakt daardoor deel uit van de rotatie van de aarde.
Je kunt de atmosfeer van de aarde opdelen in vier lagen: de troposfeer, stratosfeer, mesosfeer en thermosfeer. De samenstelling van de atmosfeer is sinds het ontstaan van de aarde 4,6 miljard jaar geleden drastisch veranderd. Wat is de atmosfeer eigenlijk en waaruit bestaat deze?
De belangrijkste processen voor het leven op aarde vinden plaats in de onderste 15 kilometer van de atmosfeer, de troposfeer. Hier gebeurt alles dat in verband staat met het klimaat op aarde, en dit deel van de atmosfeer bevat diverse gassoorten, zoals CO2 , methaan en waterdamp. De gassen absorberen een gedeelte van de warmtestralen die de aarde uitzendt en sturen deze warmte weer terug naar het oppervlak van de aarde.
In de galerij hieronder lees je meer over de lagen.
De vier lagen van de dampkring
De dampkring valt te verdelen in vier lagen: troposfeer, stratosfeer, mesosfeer en thermosfeer.
De troposfeer
De troposfeer is de onderste laag van de dampkring. Bij de polen komt de troposfeer tot zo’n 7 kilometer hoogte, bij de evenaar tot wel 15 kilometer. Per kilometer daalt de temperatuur in de troposfeer 6,5 °C.
De belangrijkste processen voor het leven op aarde vinden plaats in de troposfeer. Hier vind je alles wat het weer en het klimaat op aarde nodig hebben, en dit deel van de dampkring bevat verschillende gassen, zoals CO2, methaan en waterdamp.
Die gassen absorberen een deel van de warmtestraling die wordt uitgezonden door de aarde, en sturen warmte terug naar het aardoppervlak.
De stratosfeer
De stratosfeer is de volgende laag van de dampkring. Bij de polen begint de stratosfeer op 8 kilometer hoogte, maar bij de evenaar op 16 à 17 kilometer.
In de stratosfeer stijgt de temperatuur nu nog harder met de hoogte. Dat komt door de ozonlaag, die zich in de stratosfeer bevindt en die de aarde beschermt tegen de schadelijke straling van de zon.
De mesosfeer
De mesosfeer, de derde laag van de dampkring, strekt zich uit van 50 tot 80 kilometer boven het aardoppervlak. In de mesosfeer begint de temperatuur weer te dalen, want hier is geen ozon dat de straling van de zon absorbeert.
De mesosfeer is de laag van de dampkring waar onderzoekers het minst over weten. Dat komt doordat er geen vliegtuigen of satellieten komen.
De thermosfeer
De thermosfeer is de buitenste en dikste laag van de dampkring. Hij begint op 80 kilometer boven het aardoppervlak en strekt zich tot wel 600 kilometer uit.
Na de zeer koude temperaturen in de mesosfeer wordt het in de thermosfeer weer warmer. Dat komt doordat de lucht in de thermosfeer sterk verdund is, en daardoor is er niet zo veel energie nodig om hem op te warmen.
Het internationale ruimtestation ISS bevindt zich in de thermosfeer, en dat geldt ook voor de Hubbletelescoop.
Waaruit bestaat de atmosfeer?
De atmosfeer op aarde is al miljoenen jaren redelijk constant. Hij bestaat uit een combinatie van een aantal verschillende gassen.
De atmosfeer bestaat voornamelijk uit 78 procent stikstof, 21 procent zuurstof, bijna 1 procent argon en een heel klein percentage andere gassoorten.
Stikstof is in veel belangrijke processen op aarde neutraal, maar heeft invloed op het leven op aarde doordat het de krachtigste uv-straling van de zon naar de aarde tegenhoudt.
De 21 procent zuurstof waaruit de atmosfeer bestaat, is van groot belang voor het leven op aarde. Zuurstof wordt in grote hoeveelheden gebruikt en is van belang voor de energieomzetting van de meeste levende organismen. Planten produceren daarentegen tijdens de fotosynthese net zulke grote hoeveelheden zuurstof.
Het laatste procent in de atmosfeer wordt gevormd door het edelgas argon. Het is niet van invloed op levens- en weerprocessen.
CO2 in de atmosfeer
De atmosfeer van de aarde bestaat daarnaast uit CO2 , ozon en een aantal andere gassoorten die een klein, maar belangrijk deel van de atmosfeer vormen. In tegenstelling tot stikstof, zuurstof en argon variëren deze
componenten van plek tot plek en in de loop van de tijd. CO2 in de atmosfeer varieert onder meer door de intensiteit van de fotosynthese en de verbranding van fossiele brandstoffen en bossen.
Ozon is voornamelijk te vinden in de ozonlaag – in de stratosfeer. Dit is vooral belangrijk als filter voor de uv-straling, terwijl het onderste gedeelte van de atmosfeer, de troposfeer, samen met waterdamp en CO2 een grote rol speelt bij het broeikaseffect.
Video: Bekijk de ontwikkeling van C02 in de atmosfeer
In deze visualisatie van NASA zie je hoe de concentratie CO2 in de atmosfeer in de loop der jaren geleidelijk is gestegen.
De eerste atmosfeer van de aarde
De aarde was te klein en te heet om zijn eerste atmosfeer van waterstof en helium vast te houden.
Daarna werd hij geleidelijk kouder en is er een vaste korst met vulkanen ontstaan, waaruit de tweede atmosfeer van waterdamp en kooldioxide werd gevormd; met kleine hoeveelheden stikstof, ammoniak en andere gassen, maar nog steeds zonder zuurstof.
Bommen van ijshoudende kometen
Hierna gebeurden er twee dingen die van belang zijn voor het ontstaan van de huidige atmosfeer. Ten eerste werd de aarde door ijskometen gebombardeerd, waardoor er enorme massa’s water naar de aarde zijn aangevoerd.
Zeer waarschijnlijk is het water in de oceanen grotendeels van buitenaf gekomen. Daarin losten grote hoeveelheden kooldioxide op, die op die manier uit de atmosfeer verdwenen.
Eerste leven op aarde bracht zuurstof in de atmosfeer
Het leven op aarde ontstond ongeveer drie miljard jaar geleden, toen ook de zuurstofproducerende cyanobacteriën zich begonnen te verbreiden. Gedurende lange geologische periodes produceerden die zuurstof.
De zuurstof belandde in eerste instantie echter niet in e atmosfeer, want veel elementen, zoals ijzer, reageerden namelijk direct met de zuurstof en gingen er een verbinding mee aan. Uiteindelijk kwam de zuurstof toch in de atmosfeer terecht, en bleef daar ook.
Toen ontstond ook de ozonlaag, die het leven tegen de ultraviolette zonnestraling beschermt. De afgelopen twee miljard jaar had de aarde een zuurstofrijke atmosfeer, die op de huidige lijkt; onderzoeken tonen aan dat het zuurstofniveau met tussenpozen van miljoenen jaren wisselt.
De atmosfeer bestaat uit verschillende gassen die belangrijk zijn voor het leven op aarde.
De atmosfeer op andere planeten
Naast de aarde hebben de planeten Venus, Mars, de dwergplaneet Pluto en de manen Titaan en Triton in ons zonnestelsel ook atmosferen.
Onderzoek naar de atmosfeer van de planeten het dichtst bij de aarde is vooral interessant omdat het informatie kan opleveren over de leefbaarheid daar.
Venus heeft een zeer dikke atmosfeer
Venus staat bekend als de ’tweelingplaneet van de aarde’. De planeet lijkt qua grootte op de aarde en het oppervlak ervan bestaat uit vrijwel hetzelfde rotsachtige materiaal als de oppervlakte van de aarde.
Maar de temperatuur op het oppervlak van Venus ligt gemiddeld rond de 460 °C, waardoor het de warmste planeet van het hele zonnestelsel is.
Die warmte komt van de zon en wordt vastgehouden door een zeer dichte atmosfeer. De atmosfeer van Venus bestaat voor 96 procent uit kooldioxide, en daarom kent de planeet een zeer sterk broeikaseffect.
Venus heeft geen manen, maar wel meer dan 1000 vulkanen met een diameter van 20 kilometer of meer. Ter vergelijking: een van de grootste vulkanen op aarde, de Mauna Loa, heeft een diameter van 3 à 5 kilometer.
Vanwege de dikke atmosfeer van Venus is de druk aan het oppervlak 92 keer zo hoog als op aarde.
Boven in de atmosfeer van Venus bevindt zich een laag zwavelzuurwolken, waardoor het onmogelijk is om het oppervlak zonder radar waar te nemen.
Juist door de dichte atmosfeer op Venus is de kans dat we er nu kunnen wonen erg klein.
Maar als we een paar miljard jaar teruggaan in de tijd, was Venus waarschijnlijk een bewoonbare planeet met gematigde temperaturen, een koel briesje en zacht golvende zeeën, precies zoals we het van de aarde kennen.
Interpretatie van NASA: een voor/na-illustratie van Mars als we daar een magnetisch veld hebben weten te maken dat de atmosfeer van de rode planeet kan vasthouden.
De atmosfeer van Mars is erg ijl
De planeet Mars is na de aarde de meest onderzochte planeet van het zonnestelsel, en de onderzoekers denken dat hij ooit op de aarde heeft geleken.
Helaas heeft Mars een magnetisch veld dat niet meer net zo sterk is als dat van de aarde en daarom is Mars niet op dezelfde manier beschermd tegen de zon. De atmosfeer op Mars is erg dun en dit is vooral te wijten aan zonne-explosies.
Toch denken onderzoekers dat Mars de planeet in het zonnestelsel is die voor ons het eenvoudigst te koloniseren is en er worden plannen gemaakt hoe dat zou kunnen gebeuren. Het is bijvoorbeeld theoretisch gezien mogelijk om een kunstmatige atmosfeer op Mars te creëren, maar dat zou wel een kostbare, langdurige en omslachtige aangelegenheid zijn.