Wat gebeurt er met de temperatuur bij toenemende hoogte? Waarom is de hemel op aarde blauw? En waarom is de hemel op de maan zwart? Waarom is de zon bij een zonsondergang vaak rood? Wat zijn de belangrijkste gassen in onze atmosfeer? Welke rol speelt de atmosfeer in ons dagelijks leven?

In dit inleidende hoofdstuk beantwoorden we een aantal boeiende vragen over onze atmosfeer. We delen de atmosfeer ook in in een aantal lagen met verschillende eigenschappen.

Opdracht 1

Noteer een beknopte definitie van het begrip atmosfeer. Gluur ook eens door de patrijspoort van een opstijgend ruimteschip (NASA/Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab). Noteer de voorwerpen of fenomenen (zowel menselijke als natuurlijke) die je tegenkomt in volgorde van toenemende hoogte. Kies uit:

Los ook de vragen op over de gassamenstelling van de atmosfeer.

Defintie

Atmosfeer:

Samenvatting vaste en vloeistofsamenstelling van de atmosfeer

In de atmosfeer komen naast gassen ook vaste stoffen en vloeistoffen voor.

De vaste stoffen zijn fijnkorrelig: stof, roet, as en ijskristalletjes. Een deel van dat stof is van natuurlijke oorsprong (bijvoorbeeld vulkanische as), een ander deel is van menselijke oorsprong (bijvoorbeeld roet dat ontstaat door verbranding van fossiele brandstoffen).

De belangrijkste vloeistof in de atmosfeer is natuurlijk water, maar in dat water kunnen andere stoffen oplossen en op die manier het aardoppervlak beïnvloeden (CO₂ - vorming van grotten, SO₂ en stikstofoxiden - vorming van zure regen).

Opdracht 2

Onderzoek het verband tussen de hoogte en de druk (= pressure). Formuleer een besluit.

Besluit

Opdracht 3

Zoals je gemerkt hebt blijft de temperatuur met toenemende hoogte niet altijd dalen: op bepaalde hoogtes begint hij weer te stijgen (als gevolg van chemische reacties).

Duid de verschillende luchtlagen ('sferen') en grensvlakken ('pauzes' waar de temperatuur omschakelt) aan op het onderstaande overzichtsschema (het zit ook in je bundel). Begin met de troposfeer en doe gaandeweg hetzelfde voor de tropopauze, de stratosfeer, de stratopauze, de ozonlaag, de mesosfeer, de mesopauze en de thermosfeer.

Vul bij elke luchtlaag ook het besluit verder aan.

Deze animatie is ook erg nuttig, maar gebruik de hoogtes van het vereenvoudigde schema in je bundel.

Defintie

Troposfeer: de onderste laag van de aardse atmosfeer.

De basis van de troposfeer valt samen met het begane oppervlak, de top ligt op ongeveer 10 km (wisselend tussen 9 km aan de polen en 12 km aan de evenaar).

Besluit

In de troposfeer .................................. de temperatuur met toenemende hoogte: van gemiddeld .......... °C op 0 km hoogte tot .......... °C op 10 km hoogte.

De totale dikte van de troposfeer bedraagt dus slechts 10 km!

Het grensvlak aan de top van de troposfeer heet de tropopauze (op de figuur voorgesteld door een blauwe streepjeslijn).

Ongeveer 85 % van alle massa in de atmosfeer bevindt zicht in de troposfeer. Alle weerfenomenen spelen zich af in de troposfeer.

Ozon in de troposfeer heeft een ...................................... werking. De troposfeer bevat ongeveer ............... % van de ozon in de atmosfeer.

Opdracht 4

Zoek de actuele troposferische ozonconcentratie voor jouw gemeente op.

Vermeld meetwaarde, eenheid, datum, tijdstip en plaats. Zet deze waarde ook om naar % (1 µg/m³ = 10^-7 %).

120 µg/m³ vormt voor een kleine minderheid van de bevolking al een probleem. 180 µg/m³ is de Europese informatiedrempelwaarde: ligt de concentratie hoger,dan word er via de media een waarschuwing uitgestuurd naar de bevolking. 240 µg/m³ is de Europese alarmdrempelwaarde. bij deze concentratie treedt bij iedereen irritatie op.

Noteer ook welk gevolg op de bevolking je voor deze actuele ozonconcentratie je verwacht en of er een Europese drempelwaarde overschreden is.

Defintie

Stratosfeer: de op één na onderste laag van de aardse atmosfeer.

De basis van de stratosfeer ligt op ongeveer 10 km hoogte, de top op ongeveer 50 km.

Besluit

In de stratosfeer ....................... de temperatuur met toenemende hoogte: van gemiddeld .......... °C op 10 km hoogte tot .......... °C op 50 km hoogte.

Het grensvlak aan de top van de troposfeer heet de stratopauze.

Ozon in de stratosfeer heeft een .............................................. werking: het ........................................................................................................................ .

De stratosfeer bevat ongeveer ................ % van alle ozon in de atmosfeer.

Op een hoogte van 20 tot 35 km is de ozonconcentratie het grootst. We noemen deze laag .................................................... .

Ozon in de ozonlaag kan worden aangetast door een aantal gassen van menselijke oorsprong.

Daarvan zijn de CFK's (chloorfluorkoolwaterstoffen) het schadelijkst. CFK's werden gebruikt in .................................................. en als .................................... .

Deze gassen zijn erg stabiel (blijven lang in de stratosfeer). Eén enkele CFK-molecule kan ongeveer honderdduizend stratosferische ozonmolecules vernietigen.

Ook stikstofoxiden (afkomstig van vliegverkeer) breken de ozonlaag af.

Opdracht 5

Los de vragen op.

Onderzoek daarna het verband tussen de ozonconcentratie en de blootstelling aan schadelijke UV-stralen.

Schat voor de gevraagde gebieden zo goed mogelijk de dikte van de ozonlaag (in Dobson Units) én de blootstelling aan UV-stralen in april 2004.

Gebruik indien nodig Encarta of je atlas.

Formuleer een besluit over de dikte van de ozonlaag en de blootstelling aan (schadelijke) UV-stralen.

Besluit

Defintie

Mesosfeer: laag van de aardse atmosfeer tussen de stratosfeer en de thermosfeer. De mesosfeer bevindt zich tussen 50 en 100 km hoogte.

Besluit

In de mesosfeer ........................................ de temperatuur met toenemende hoogte: van gemiddeld .......... °C op 50 km hoogte tot .......... °C op 100 km hoogte.

Het grensvlak aan de top van de mesosfeer heet de mesopauze.

Defintie

Thermosfeer: buitenste laag van de aardse atmosfeer.

De basis van de thermosfeer ligt op een hoogte van 100 km boven het aardoppervlak. Op ongeveer 600 km hoogte gaat de thermosfeer over in de exosfeer.

De exosfeer vormt de overgang tussen de atmosfeer en de interplanetaire ruimte.

Besluit

In de thermosfeer .......................... de temperatuur met de hoogte: op 100 km hoogte (= de .....................pauze) bedraagt de temperatuur slechts ............. °C.

Op grote hoogte heersen temperaturen tot ................. °C.

Ook het Internationale Ruimtestation ISS (a.k.a. de 'Ruimtemeccano') bevindt zich in de thermosfeer.

Defintie

Ionosfeer: laag in de atmosfeer tussen 80 tot 500 km hoogte waar erg veel geladen deeltjes (ionen) voorkomen.

Samenvatting

In de ionosfeer splitsen UV-stralen en röntgenstralen vooral de aanwezige zuurstofmolecules en stikstofmolecules tot ionen.

De ionisatie is het meest uitgesproken op 300 km hoogte.

De elektronen die hierbij vrijkomen zorgen voor een weerkaatsing van radiogolven naar de aarde.

Het aardmagnetisch veld beschermt ons tegen de zonnewind, maar ter hoogte van de polen kunnen deze toch de ionosfeer binnendringen.

Door de botsing met het aanwezige gas ontstaat een lichtverschijnsel op ongeveer 100 km hoogte: het poollicht (= noorderlicht of aurora borealis in het noordelijk halfrond).

Opdracht 6 (UITBREIDING)

Los de oefening op en noteer zelf in een korte samenvatting waarom de hemel blauw is.

Je hebt de golflengtesimulator en additieve kleurmenging nodig.

Opdracht 7

Maak de syntheseoefening. Controleer hiermee je overzichtsschema.