Giải đáp về bầu khí quyển

* Tầng khí quyển cao bao nhiêu và chia làm bao nhiêu lớp khác nhau?

Ngô Quang Minh, Hương Khê, Hà Tĩnh

Khí quyển Trái Đất là lớp các chất khí bao quanh hành tinh Trái Đất và được giữ lại bởi lực hấp dẫn của Trái Đất. Khí quyển gần Trái Đất gồm có nitơ (78,1% theo thể tích) và ôxy (20,9%), với một lượng nhỏ agon (0,9%), CO₂ (dao động, khoảng 0,035%), hơi nước và một số chất khí khác. Bầu khí quyển bảo vệ cuộc sống trên Trái Đất bằng cách hấp thụ các bức xạ tia cực tím của mặt trời và tạo ra sự thay đổi về nhiệt độ giữa ngày và đêm... Nhiệt độ trung bình của khí quyển tại bề mặt Trái Đất là khoảng 14°C.

Bầu khí quyển không có ranh giới rõ ràng với khoảng không vũ trụ nhưng mật độ không khí của bầu khí quyển giảm dần theo độ cao. Ba phần tư khối lượng khí quyển nằm trong khoảng 11 km đầu tiên của bề mặt hành tinh. Những người có thể lên tới độ cao trên 80,5 km được coi là những nhà du hành vũ trụ. Đường Cacman, tại độ cao 100 km cũng được sử dụng như là ranh giới giữa khí quyển Trái Đất và khoảng không vũ trụ.

Nhiệt độ của khí quyển Trái Đất dao động theo độ cao; mối quan hệ toán học giữa nhiệt độ và độ cao dao động giữa các tầng khác nhau của khí quyển:

- Tầng đối lưu: từ bề mặt trái đất tới độ cao 7-17 km, phụ thuộc theo vĩ độ (ở 2 vùng cực là 7-10km) và các yếu tố thời tiết, nhiệt độ giảm dần theo độ cao đạt đến -50°C. Những hiện tượng mưa, mưa đá, gió, tuyết, sương giá, sương mù... đều diễn ra ở tầng đối lưu.

- Tầng bình lưu: từ độ cao trên tầng đối lưu đến khoảng 50 km. Ở đây không khí loãng, nước và bụi rất ít, không khí chuyển động theo chiều ngang là chính, rất ổn định. Tầng khí quyển này có tên là bình lưu vì đây là tầng khí quyển có ít các dòng đối lưu xoáy mạnh. Các máy bay dân dụng thường chọn bay ở độ cao nằm gần ranh giới giữa tầng này và tầng đối lưu để giảm thiểu nguy cơ tai nạn do diễn biến đối lưu bất thường của khí quyển. Trong phạm vi tầng này nhiệt độ tăng theo độ cao. Ở trên cùng của tầng bình lưu nhiệt độ có thể đạt tới -3°C. Lên trên ranh giới bình lưu, nhiệt độ lại giảm theo độ cao. Tầng bình lưu ấm hơn phần trên của tầng đối lưu, chủ yếu là do tầng ôzôn trong tầng bình lưu hấp thụ bức xạ cực tím của Mặt Trời.

- Tầng trung lưu: từ khoảng 50 km đến 80-85 km, nhiệt độ giảm theo độ cao đạt đến -75°C. Phần đỉnh tầng có một ít hơi nước, thỉnh thoảng có một vài vệt mây bạc gọi là mây dạ quang.

- Tầng nhiệt: từ 80–85 km đến khoảng 640 km, nhiệt độ tăng theo độ cao có thể lên đến 2.000°C hoặc hơn. Ôxy và nitơ ở tầng này ở trạng thái ion, vì thế gọi là tầng điện li. Sóng vô tuyến phát ra từ một nơi nào đó trên vùng bề mặt Trái đất phải qua sự phản xạ của tầng điện li mới truyền đến các nơi trên thế giới.

Tại đây, do bức xạ môi trường nhiều phản ứng hóa học xảy ra đối với ôxy, nitơ, hơi nước, CO₂... chúng bị phân tách thành các nguyên tử và sau đó ion hóa thành các ion như NO⁺, O⁺, O²⁺, NO^3-, NO^2-... và nhiều hạt bị ion hóa phóng xạ sóng điện từ khi hấp thụ các tia mặt trời vùng tử ngoại xa.

- Tầng ngoài: từ 500–1.000 km đến 10.000 km, nhiệt độ tăng theo độ cao có thể lên đến 2.500°C. Vì không khí ở đây rất loãng, nhiệt độ lại rất cao, một số phân tử và nguyên tử chuyển động với tốc độ cao cố "vùng vẫy" thoát ra khỏi sự trói buộc của sức hút Trái đất lao ra khoảng không vũ trụ. Do đó tầng này còn gọi là tầng thoát ly.