Problematika
1 problematika a prehľad literatúry
Pri pohľade z vesmíru je Zem obkolesená žiarivo modrou hmlou. Je to atmosféra – blankyt vzduchu a vlhkosti, ktorú drží gravitácia a ktorá pokrýva našu planétu a umožňuje život. Atmosféra je prekvapujúco tenká. Keby ste autom prechádzali cez jej najspodnejšiu vrstvu, troposféru, kde sa odohráva všetko počasie, trvalo by vám to menej ako 10 minút. Vesmír by ste dosiahli už za približne tri hodiny.[1]
Čím ideme vyššie tým je atmosféra redšia, postupne sa stráca a riedky vzduch zaniká vo vákuu vesmíru. Atmosféra v dôsledku zemského gravitačného poľa pôsobí na zemský povrch určitou silou. Je vyjadrená ako atmosférický tlak. Normálny atmosférický tlak je 1013,25 hPa. Stabilitu zemskej atmosféry zabezpečuje rovnováha medzi silou pôsobiacou na zemský povrch a tepelným pohybom vzduchu.
Atmosféra je zmes. Jej zloženie závisí od výšky. Do výšky 95 km ju nazývame ,,vzduch‘‘ a jej zloženie je prakticky rovnaké až na CO2, ozón a vodu. Percentuálne zloženie atmosféry: dusík (N2)-78,084%, kyslík (O2)-20,946% a 0,97% tvoria vzácne plyny, CO2, vodná para, kozmický prach, ľadové kryštáliky atď.
Čistý vzduch, ktorý neobsahuje nijaký prach ani plynné znečisťujúce látky, je ideálnym pojmom a v prírode sa nevyskytuje.
Z hľadiska zmeny teploty s výškou sa zemská atmosféra delí na viacero vrstiev- troposféra ,stratosféra , mezosféra, termosféra a exosféra, ktorá prechádza v medziplanetárny priestor (viď príloha E obr. 1). Troposféra sa označuje aj ako „spodná atmosféra“, mezosféra a stratosféra ako „stredná atmosféra“ a termosféra a exosféra ako „vrchná atmosféra“. Vrstvy môžeme deliť aj podľa iných hľadísk, a to podľa rádiovo-fyzikálneho stavu atmosféry na ionosféru (= stratopauza + mezosféra + mezopauza + termosféra) a magnetosféru, podľa fyzikálno-chemických procesov na ozónosféru a chemosféru a podľa stupňa prímesí ľahších plynov: homosféra (0-95km), homopauza (95-120km) a heterosféra.
1.1.3 Charakteristika vrstiev atmosféry
Troposféra je najspodnejšia a najhustejšia časť atmosféry- tvorí 80% jej hmotnosti. Siaha do výšky 8-10 km nad pólmi, 11 km v miernom pásme a 16-18 km nad rovníkom. V troposfére existuje život, tvoria sa oblaky a prebieha v nej väčšina dejov súvisiacich s počasím. Troposféra obsahuje všetku vodnú paru. S výškou tu teplota klesá priemerne o 0,65 °C na 100 m. Jej teplota sa pohybuje v rozpätí približne 17 až -52 °C. Troposféru zohrievajú najmä slnečné lúče odrážajúce sa od povrchu Zeme.
Stratosféra sa nachádza nad troposférou a siaha do výšky 45-50 km. Presnejšie leží medzi tenkými vrstvami tropopauza a stratopauza. Možno v nej ešte pozorovať deje v zemskej atmosfére. Na vrchole stratosféry je koncentrovaný ozón (O3) vo vrstve, ktorú nazývame ozónová vrstva. Teplota je tu vyššia, čiže okolo –10 °C, pretože ozón zachytáva veľké množstvo škodlivých ultrafialových slnečných lúčov.
Mezosféra sa rozprestiera vo výške od 45-50 km do 85-90 km. Presnejšie leží medzi tenkými vrstvami stratopauza a mezopauza. Mezopauza je oblasť s najnižšou teplotou v celej atmosfére (vznikajú v nej oblaky ľadu). Treba však poznamenať, že v mezosfére sa teplota výrazne mení v závislosti od ročného obdobia. Dôvodom poklesu je extrémne riedky vzduch. Väčšina meteoritov padajúcich na Zem zhorí práve v tejto vrstve.
Termosféra sa nachádza vo výške medzi 90-100 km až 450-700 km. Tvorí vrchnú časť ionosféry. Podľa niektorých sa v hornej termosfére začína magnetosféra. Oblasť vo výške asi 450 – 700 km sa označuje ako termopauza. Charakterizuje ju nárast teploty s výškou až na 1500 stupňov Celzia. Termosféra je najredšia vrstva atmosféry – obsahuje len 0,001 % hmoty celej atmosféry. Keďže je táto vrstva riedka, čiže častice sú od seba veľmi vzdialené, je tepelná výmena veľmi malá a ani extrémne teploty tu pre astronautov nespôsobujú problémy. Napriek tomu však existuje istý odpor vzduchu, ktorý sa časom prejaví – napríklad vesmírnu stanicu ISS, ktorá sa vznáša v termosfére vo výške asi 350 – 400 km, treba pravidelne raketovým pohonom zdvíhať do výšky, ktorú stratila.[2] Termosféra je známa aj polárnou žiarou. Z dôvodu prvých tepelných záťaží v tejto vrstve pri pohybe smerom z vesmíru, v termosfére prvýkrát vidno meteory.
Exosféra je posledná stála vrstva atmosféry Zeme. Niekedy sa ani nevyčleňuje ako samostatná vrstva, ale zaraďuje sa k termosfére. V tomto chápaní potom termosféra končí niekde vo výške 70 000 km. Za hornú hranicu exosféry sa považuje 20 000 až 70 000 kilometrov nad zemským povrchom. V tejto oblasti sa nachádzajú voľné atómy vodíka a hélia, na ktoré už nepôsobí zemská gravitácia takou silou, čo znamená, že častice môžu uniknúť do okolitého voľného priestoru a odísť z gravitačného poľa planéty. Hustota častíc sa už v tejto výške vyrovnáva s hustotou častíc medziplanetárnej hmoty. Zem tak za sebou tiahne 'závoj' unikajúcich vodíkových častíc, čím sa ochudobňuje o tento prvok.
Kolobeh vody je stály obeh vody na Zemi. Je najmohutnejším a pravdepodobne aj najznámejším látkovým obehom v prírode.
Ku kolobehu vody je nevyhnutné slnečné žiarenie, zemská gravitácia a vlastnosti vody, ktoré ju umožňujú nájsť v 3 skupenstvách (kvapalné – voda, plynné – vodná para, pevné – ľad). Vplyvom slnečného žiarenia sa voda z riek, jazier a oceánov vyparuje a vstupuje do atmosféry. V nej dochádza ku kondenzácii vodných pár a k vytváraniu oblakov, ktoré vietor odvieva. Podľa toho, koľko vody oblaky obsahujú, sú stále ťažšie a tmavšie. Pôsobením zemskej gravitačnej sily voda padá späť na povrch Zeme v podobe zrážok (sneh, krúpy, dážď). Voda absorbuje cestou k Zemi oxid uhličitý, amoniak a ďalšie plyny, zo vzduchu vymýva mechanické nečistoty a chemické zlúčeniny a v podobe napr. kyslého dažďa padá na zemský povrch. Podobne sa voda obohacuje o najrôznejšie prvky a zlúčeniny aj prechodom cez vrstvy Zeme.
Zrážková voda sa stane súčasťou povrchovej vody riek a jazier, alebo vsiakne do zeme a tvorí podzemné vody. Podzemné vody, ktoré opäť vyvierajú na povrch zeme v podobe prameňov, sú zdrojom vody pre povrchové vodné toky (potoky, rieky), prípadne i jazerá, z ktorých vody odtekajú do morí a oceánov. Časť spadnutých zrážok sa znova vyparuje a kolobeh vody (hydrologický cyklus) pokračuje. Opísaný kolobeh sa označuje ako veľký kolobeh vody. Kolobeh vody, ktorý sa uskutočňuje len nad hladinou oceánov, sa nazýva malý kolobeh vody.
1.2.1 Vplyv vodného cyklu na podnebie
Vyparovanie vody z oceánov má dôsledok na celkovú klímu Zeme. Na prechod vody z kvapalného do plynného skupenstva treba dodať značné množstvo tepla. Pokiaľ by sa toto teplo nespotrebovalo, priemerná teplota povrchu Zeme by bola 67°C.
Vietor je masa pohybujúceho sa vzduchu, ktorá vzniká v dôsledku vyrovnávania tlaku medzi oblasťami s rôznym atmosférickým tlakom. Čím väčší je rozdiel atmosférických tlakov tým je vietor silnejší. Vetry poháňajú aj povrchové vrstvy vody v oceánoch, takže tam vznikajú prúdy. Je taktiež jedným z hlavných činiteľov spôsobujúcich eróziu a zvetrávanie hornín. Vietor je meteorologický prvok, ktorým určujeme vlastnosti vzduchu. Vietor má taktiež svoj smer a rýchlosť. Rýchlosť vetra sa meria anemometrom.
Beaufortova stupnica (viď príloha E obr. 2) je stupnica sily vetra, ktorá platí pre výšku 10 metrov nad zemou a berie sa pritom do úvahy 10 minútový rýchlostný priemer.
Smer vetra sa udáva podľa smeru odkiaľ vietor fúka - buď presnejšie pomocou azimutu (0 až 360°), alebo v meteorológii pomocou svetových strán.
Tropické cyklóny (viď príloha E obr. 3, 4) sú cyklonálne víry vznikajúce nad teplými tropickými oceánmi s teplotou aspoň 26 °C. Majú priemer niekoľko stoviek kilometrov a sprevádzajú ich prudké vetry a výdatné zrážky. Životnosť majú niekedy až dva týždne. V závislosti od geografického umiestnenia má tropický cyklón rôzne špeciálne označenia ako napríklad cyklón, tajfún alebo hurikán. Jeho sila sa meria Saffir – Simpsonovou stupnicou (viď príloha E obr. 5).
Napriek tomu, že dokážu byť veľmi deštruktívne (pri postupe nad pevninu sú schopné vymazať zo zemského povrchu celé mestá a pripraviť o život desiatky tisíc ľudí), tropické cyklóny sú dôležitou časťou atmosférického obehového systému, ktorý presúva teplo z rovníkovej oblasti smerom k vyšším zemepisným šírkam.
Na základe maximálnej dosiahnutej rýchlosti vetra rozlišujeme tieto štyri vývojové štádia tropických cyklón:
Tropická porucha má priemer 185 až 555 km. Prejavuje sa konvekčnou oblačnosťou. Nie je ešte vytvorená cyklonálna cirkulácia vzduchu. Svoje vlastnosti si zachováva viac ako 24 hodín.
Tropická depresia (viď príloha E obr. 6) je búrkový systém, ktorý zvyčajne nemá špirálovitý tvar vyskytujúci sa u silnejších tropických búrok. Počas tropickej depresie nesmie rýchlosť ustáleného vetra prevyšovať hodnotu 63 km/h.
Tropická búrka (viď príloha E obr. 7) je organizovaný búrkový systém, v ktorom sa začína vyvíjať typický špirálovitý tvar tropických cyklón. Dosahuje rýchlosť medzi 63 km/h a 118 km/h.
Vrcholné štádium (viď príloha E obr. 8) tropického cyklónu má rýchlosť ustáleného vetra aspoň 118 km/h. Nadobúda tvar obrovského víru s charakteristickým stredom rotácie uprostred – takzvaným okom. V ňom prekvapivo panuje relatívny pokoj, bezoblačno a nízky tlak. Dokonca taký nízky, že patrí medzi najnižšie tlaky vyskytujúce sa na zemskom povrchu pri hladine mora. Ak sa oko hurikánu nachádza nad vodnou plochou, jej hladina môže byť extrémne búrlivá. Oko vyzerá pri pohľade zhora zvyčajne ako kruh s priemerom od 3 do 370 kilometrov. V skutočnosti je to však oblasť podobná valcu. Čím bližšie sa blížime k stenám oka, tým sú búrky silnejšie. Tesne okolo nich rotujú najsilnejšie búrky s najvýdatnejšími zrážkami a najsilnejšími vetrami. U niektorých cyklónov sa stáva, že sa horné časti zvislej steny oka navrchu zakrivia. Tento jav sa zvykne niekedy nazývať efekt štadiónu, pretože oko nadobudne tvar pripomínajúci futbalový štadión. Silný tropický cyklón rotuje vďaka Coriolisovmu efektu na severnej pologuli proti smeru otáčania hodinových ručičiek, na južnej pologuli v smere ich otáčania. Klasifikáciu tropických cyklónov podľa veľkosti môžeme vidieť v tabuľke (viď príloha B tabuľka 1).
Tornádo (viď príloha E obr. 9) je rotujúci vzdušný vír, ktorý pripomína lievik alebo obrovský chobot a ktorý dosahuje rýchlosť od 180 až do 500 km/h. Jeho priemer sa pohybuje od 100 do 600 metrov. Život tohto ničivého vzdušného monštra môže trvať niekoľko desiatok minút.
Tvoria sa nad pevninou keď sa uprostred obrovského búrkového mraku, ktorý sa volá ,,supercela“, nachádza teplý vzduch vťahovaný pri jeho základni a stúpa nahor v mocných vzdušných prúdoch. Tento vystupujúci teplý prúd začína rotovať. Ak je rotácia dostatočné rýchla vyrazí z mraku v podobe lieviku. V okamihu keď sa lievik dotkne so zemou stáva sa z tohto javu zrelé tornádo.
Rýchlosť vetra v tornáde a teda jeho sila sa meria nepriamo, podľa škôd, ktoré spôsobí na stavbách a vegetácii. Na tento účel bola vytvorená takzvaná Fujitova stupnica (viď príloha E obr. 10).
Tornádo je nebezpečné kvôli prudkému vetru. Silné prúdenie vetra je schopné zrovnávať so zemou domy, ničiť lesné porasty a strhávať stožiare s káblami. Každoročne si tornáda vyžadujú desiatky obetí na životoch a to predovšetkým v časti Spojených štátov (napríklad štáty Kansas a Oklahoma), ktorej sa dokonca príznačne hovorí – tornádová aleja.
Tornáda sa však občas objavia aj v Európe. Ako napríklad 3. Augusta 2008 o 22:30 hod bolo tornádo (ktoré na Fujitovej stupnici odhadli na F4) v Hautmont v severnom Francúzsku. Jedno tornádo bolo zaznamenané dokonca v Pardubiciach (Česko) 21. júna 2011 o 18:17 hod. Národná meteorologická služba Veľkej Británie, Met Office, ráta s 33 tornádami ročne. Dňa 21. Novembra 1081 spozorovali v Anglicku za niekoľko hodín 105 tornád. Takže s tornádami sa dá počítať aj v Európe, aj keď sa tu vyskytujú oveľa zriedkavejšie ako v USA.
Vzdušné tornádo (najčastejšie "guľovité" tornádo)
Prašný diabol – Nie je to tornádo v pravom zmysle slova. Vyskytuje sa v suchých oblastiach väčšinou popoludní nad prehriatym povrchom zeme. Objavuje sa aj na Marse. Jeden takýto prašný diabol trvá len pol hodiny, no keď sa rozpadne, za ním vyrastie druhý. A tak to môže trvať dlho. Je vysoký 30 – 1000 metrov. Prašný diabol vzniká pri zemskom povrchu a až potom sa šíri nahor - nejde tu o zostup víru zhora nadol ako v prípade klasického tornáda.
Vodná smršť - vodné tornádo, ktoré vzniká presne tak ako obyčajné tornádo, no keď sa dostane nad vodu, namiesto pozemských trosiek metá okolo seba vodu, s ktorou sa dostáva do kontaktu.
Búrka je prírodný jav doprevádzaný bleskom a hrmením alebo iba hrmením a je vždy viazaná na typický búrkový oblak cumulonimbus (viď príloha E obr. 11). Búrkové oblaky vznikajú až potom, keď sú v atmosfére mohutné, nestabilne zvrstvené vzduchové hmoty teplého a vlhkého vzduchu. Vzduch začne stúpať do horných chladných vrstiev, tu sa ochladí, vodná para kondenzuje a vznikne kopovitý oblak. Rýchlosť vývoja búrkových oblakov je nepredvídateľná. Môže trvať od pár minút do hodiny.
Blesk (viď príloha E obr. 12, 13) je optický jav, ktorý sprevádza náhly výboj atmosférickej elektriny. Blesk môže nastať vo vnútri oblaku alebo medzi dvomi rozdielne nabitými oblakmi, čo je približne 75 % bleskov alebo medzi oblakom a Zemou, čo je približne 25 % bleskov.
V búrkových oblakoch vysokých niekoľko kilometrov sú medzi základňou a vrcholom veľmi veľké teplotné rozdiely. Pôsobením silných vzostupných a zostupných prúdov voda ustavične strieda plynné, tekuté a pevné skupenstvo. Oblakové kvapôčky zamŕzajú zvonku dovnútra. Vonkajšia ľadová vrstva má kladný elektrický náboj, vnútorná tekutá časť je nabitá záporne. Keď sa častice zrazia, kladne nabité čiastočky ľadu sa odtrhnú a vzostupný prúd ich vynesie nahor. V hornej časti oblaku je preto zväčša nadbytok kladného elektrického náboja, v stredných a spodných vrstvách je, naopak, záporný náboj, oproti ktorému však zasa na zemskom povrchu stojí väčšinou kladný náboj. Blesk teda obnovuje rovnováhu medzi nábojmi – v zriedkavejších prípadoch aj medzi horným okrajom oblaku a záporne nabitými miestami na zemskom povrchu.[3] (viď príloha E obr. 14)
Úder blesku prebieha tak, že sa vytvorí elektrický výboj najprv z oblaku do zeme, ktorý vytvorí tzv. kanál blesku, nasleduje ihneď silnejší spätný výboj zo zeme do oblakov. Kanál blesku sa môže vetviť a zasiahnuť niekoľko miest súčasne.
Úder blesku môže zapríčiniť požiar, poškodiť alebo úplne zničiť nechránené elektronické zariadenia (PC, televízia a iné domáce spotrebiče). Pokiaľ je bleskom zasiahnutá osoba, je nutné ihneď poskytnúť prvú pomoc.[[4]]
Hrom je zvukový efekt blesku. Je to akustické vlnenie, ktoré vzniká prechodom blesku atmosférou, pričom dochádza v dôsledku prudkého zvýšenia teploty k explozívnemu rozpínaniu vzduchu a následne k jeho zmršťovaniu.
Guľový blesk (viď príloha E obr. 15) je prírodný atmosférický jav, ktorý sa vyskytuje obvykle pri búrkach. Máva tvar gule priemeru od niekoľko cm po niekoľko m, prejavuje sa svetielkovaním v rôznych farbách, pohybuje sa obvykle po dobu niekoľko sekúnd až minút rôznymi smermi a zaniká buď výbuchom, alebo sa ticho rozplynie. Veda už dlhú dobu považuje existenciu guľového blesku za nesporne preukázanú celým radom dôveryhodných pozorovaní. Jeho pôvod však nie je dosiaľ celkom objasnený.
[1] Allaby, M.: Sprievodca počasím. 1.vydanie. Bratislava: slovart, 2002. s.6. ISBN 80-7145-678-0
[2] Termosféra. In Wikipédia. [online]. [cit: 2012-05-01]. Dostupné na internete: http://sk.wikipedia.org/wiki/Termosf%C3%A9ra
[3] Danger, B.- Göbel, P. – Knauer, R. et al: Zem, planéta záhad 200 pozoruhodných divov prírody. 1. vydanie. Bratislava: Reader`s Digest, 2011. S.100. ISBN 978-80-8097-100-7
[4]Teorie bouřek, nebezpečné jevy. In Amateur stormchasing society.[online]. [cit: 2012-05-01]. Dostupné na internete: http://www.bourky.com/teorie-bourek-ii/