Návrat na detail prednášky / Stiahnuť prednášku / Univerzita Komenského / Prírodovedecká fakulta / Ekologia

Eko 2 (ekol_2.doc)

Nič neexistuje mimo vesmíru

“My, ľudia, sme živočíšny druh zhotovujúci najrozmanitejšie veci. Preto ked' objavíme niečo krásne a dômyselne štruktúrované, automaticky zareagujeme otázkou, kto to urobil. Lenže ak chceme vedecky uvazovať o vesmíre, musíme si osvojiť veľmi dôležitú vec: takto formulovaná otázka nie je správna. Je pravda, že vesmír je krásny a má dômyselnú štruktúru, ale nemohlo ho vytvoriť niečo mimo neho, pretože podľa definície je vesmír všetko, čo existuje, a mimo neho nemôže existovať vôbec nič. A rovnako podľa definície, pred vesmírom nemohlo existovať nič, čo by mohlo byť príčinou jeho vzniku, pretože ak niečo existovalo, muselo to byť súčasťou vesmíru. Takže prvý kozmologický princíp musí znieť: Mimo vesmíru neexistuje nič.

Tento princíp v nijakom prípade nevylučuje ani náboženstvo, ani mysticizmus, pretože vždy existuje priestor pre podobné zdroje inšpirácie - ak ich niekto hľadá. Ale ak túžime po poznaní, ak chceme pochopiť, čo je vesmír, prečo je taký, aký je, musíme hľadať odpovede na otázky o veciach okolo seba a v odpovediach musia vystupovať iba veci existujúce vo vesmíre.”

Lee Smolin: Tri cesty ku kvantovej teórii gravitácie. Kalligram, Bratislava, 2003.

VEĽKÉ ČÍSLA A ROZMANITÉ MIERKY

Všetci sa skladáme z 1028 až 1029 atómov. Táto ”ľudská mierka" sa číselne nachádza zhruba uprostred medzi hmotnosťami atómov a hviezd. Bolo by treba približne toľko ľudských tiel, aby dovedna dali hmotnosť Slnka, koľko je atómov v každom z nás. Naše Slnko je však iba obyčajnou hviezdou v galaxii, ktorá obsahuje celkom sto miliárd hviezd. V našom pozorovateľnom vesmíre je pritom aspoň toľko galaxií, koľko je v bežnej galaxii hviezd. V dosahu našich d'alekohľadov je tak vyše 1078 atómov.

Živé organizmy su nakonfigurované vrstva po vrstve do komplexnej štruktúry. Atómy su zoskupené do zložitých molekul; tie reagujú prostredníctvom zložitých metabolických dráh v každej bunke a nepriamo vedú k celej vzájomne prepojenej štruktúre, aká vytvára strom, hmyz alebo človeka. Sme takpovediac rozkročený medzi kozmom a mikrosvetom - veľkosťou v strede medzi Slnkom, ktore má priemer miliardy metrov, a molekulou, ktorá má priemer miliardtiny metra. V skutočnosti to vonkoncom nie je náhoda, že príroda dosahuje maximálnu komplexitu prave v tejto strednej mierke: keby sa čokoľvek väčšie nachádzalo na obývateľnej planéte, polámala by to alebo rozdrvila jej gravitácia.

Zvykli sme si už na myšlienku, že nás utvára mikrosvet. Sme zraniteľní vírusmi, ktoré sú dlhé milióntinu metra, a drobná molekula dvojitej špirály DNA kóduje celé naše genetické dedič-stvo. No rovnako očividné je to, že závisíme od Slnka a jeho energie. Ako je to však s ešte rozmernejšími mierkami? Ved’ dokonca aj najbližšie hviezdy sú od nás miliónkrat vzdialenejšie než Slnko a sféra známeho kozmu sa tiahne ešte miliardkrát d'alej. Vieme pochopiť, prečo toho existuje za Slnkom tak veľa?

Dôverné spojitosti medzi "vnútorným vesmírom" subatómového sveta a "vonkajším vesmírom" kozmu ilustruje obrázok -ouraborus, ktorého Encyclopaedia Britannica opisuje ako "emblémového hada starovekého Egypta a Grécka, spodobovaného s chvostom v papuli, ako sa nepretržite sám požiera a znovu rodí zo seba samého... Vyjadruje jednotu všetkých vecí, materiálnych i duchovných, ktore nikdy nemiznú, ale trvalo menia formu vo večnom kolobehu ničenia a znovustvorenia."

Na ľavej strane obrázka su atómy a subatómové častice; to je "kvantový svet". Na pravej strane sú planéty, hviezdy a galaxie. Svet našej každodennej skusenosti je určený atómami a tým, ako sa vzájomne kombinujú do molekúl, minerálov a živých buniek. Spôsob, akým žiaria hviezdy, závisí od jadier vo vnútri týchto atómov. Galaxie sa možno udržiavajú pokope iba vd'aka vzájomnému gravitačnému pôsobeniu obrovského roja subjadrových častíc. V hornej časti obrázka je "gastronomicky" vyjadrená vrcholna syntéza, ktora nam zatiaľ uniká - kozmu a kvanta.

Zo slov Lee Smolina i z výroku Alberta Einsteina vyplýva pre ekológiu jeden významý dôsledok: všetky procesy na Zemi sa riadia tými istými princípmi, aké fungujú v celom vesmíre.

Jedným z týchto princípov je gravitácia, vďaka ktorej sa okolo pevnej hmoty Zeme udržiava atmosféra.

Keby sa nám niekedy podarilo nadviazať spojenie s inteligentnými bytosťami, obyvateľmi niektorej mimoslnečnej planéty, prirodzeným východiskovým bodom našej spoločnej diskusie by bola gravitácia. Ved' práve táto sila udržiava planéty na obežných dráhach, a rovnako pokope častice, z ktorých sa skladajú hviezdy. Ked' prejdeme k ešte väčšej mierke, gravitácia ovláda celé galaxie - teda zhluky miliárd hviezd. Nijaká látka, nijaký druh častice, ba ani samotné svetlo, nič neunikne z jej zovretia. Gravitácia kontroluje rozpínanie celého vesmíru a možno určuje aj jeho konečný osud.

GRAVITÁCIA VO VEĽKYCH A MALYCH MIERKACH

Gravitácia našej Zeme posobí drastickejšie na väčšie telesá než na malé.

Ked' tvorcovia katastrofických filmov používaju model, aby pomocou neho nakrútili (trebárs) zrútenie mosta či prelomenie priehradnej hrádze, musia ho zhotoviť nie zo skutocnej ocele a betónu, ale z veľmi krehkého materiálu, ktorý sa ohýba alebo praská, i ked' spadne iba z výšky stolovej dosky. A záber musí byť nasnímaný rýchlo a potom premietaný pomalšie, aby to celé vyzeralo realisticky.

Mať tú presne správnu veľkosť - to je v biologickom svete kľúčovo dôležité. Veľké živočíchy nie sú iba nafúknutou verziou malých: majú aj iné proporcie, napríklad hrubšie nohy relatívne k výške. Predstavte si, že ste zdvojnásobili rozmery nejakého zvieraťa, ale zachovali jeho tvar. Jeho objem a hmotnosť sa tym stali (23)-krát väčšie, nielen dvakrát; no prierez jeho nôh sa však zväčšil iba štyrikrát (22), a preto by jeho nohy boli prislabé a nevládali by mu poskytovať oporu. Takéto zviera by potrebovalo takpovediac preplánovať. Čím sú zvieratá väčšie, tým tvrdšie padajú: "godzilly" by potrebovali nohy hrubšie než ich telá, a aj tak by pád neprežili; myši oproti tomu dokážu vertikálne šplhať a neuškodí im, ani ked’ ich niekto pustí na zem z mnohonásobku ich vlastnej výšky.

Podobné argumenty obmedzujú veľkosť vtákov (pravda, tieto obmedzenia sú prísnejšie pre kolibríky, ktoré majú schopnosť vznášať sa na mieste, než pre albatrosy, ktoré plachtia). V prípade plávajúcich tvorov su však limity voľnejšie, čo dovoľuje existenciu obrovských veľrýb a vráskavcov v oceáne. No byť prí1iš malým zasa vedie k problému iného druhu: k veľkej ploche pokožky v pomere k hmotnosti, v dôsledku čoho príslušný živočích rýchlo stráca teplo. Malé cicavce a vtáky preto musia rýchlo jesť a metabolizovať, aby si udržali telesnú teplotu.

s. 4-6: Martin Rees, 2004: Iba šesť čísel. Kalligram, Bratislava.

Gravitácia však neovplyvňuje organizmy iba priamo, ale výrazným spôsobom zasahuje aj do ich prostredia - má totiž dosah aj na globálnu klímu i lokálne klimatické podmienky či počasie.

ATMOSFÉRA A JEJ DELENIE

Aby sme mohli lepšie pochopiť niektoré zložité deje v atmosfére, je potrebné sa zoznámiť s niektorými základnými

vlastnosťami.

Troposféra (z gr. tropos - obrat, sphaira - guľa)

Vzduchový obal obklopujúci zemeguľu sa nazýva atmosféra. Rozdeľuje sa na viac vrstiev, z ktorých nás bude zaujímať len tá najspodnejšia - troposféra. V nej prebieha väčšina dejov, ktoré súhrnne nazývame počasie. Výška troposféry sa mení v závislosti od zemepisnej šírky - nad rovníkom dosahuje 14 až 18 km, nad pólmi 8 až 9 km. Prvá polovica názvu je odvodená z toho, že sa v nej stále premiešava vzduch, a že sa v nej silne prejavuje horizontálna a vertikálna turbulentná výmena tepla a obsahu vodnej pary. V troposfére je sústredených 75 - 80 % celkovej hmotnosti a prakticky všetka voda atmosféry.

Charakteristickým znakom troposféry je pokles teploty vzduchu s výškou, v priemere o 0,65 °C na 100m. Teplota vzduchu v hornej časti troposféry býva v polárnych oblastiach okolo - 65°C a v lete -45°C, v rovníkovej oblasti sa vzhľadom k jej väčšej výške teplota pohybuje okolo - 75°C. Troposféru oddeľuje od vyššie ležiacej stratosféry prechodná vrstva - tropopauza (gr. tropos - obrat, pausis -prerušenie) .

V dolnej troposfére je priemerný pokles teploty s výškou len 0,3 - 0,5 °C na 100m. Súvisí to s tým, že sa tu pomerne často vytvárajú inverzie teploty (rast teploty s výškou), alebo izotermie (konštantná teplota s výškou).

Vrstva atmosféry priľahlá k zemskému povrchu sa nazýva prízemná vrstva atmosféry. Siaha od zeme do výšky ca 50 -100 m. Pre túto vrstvu je charakteristická veľká vertikálna zmena vetra, teploty a vlhkosti vzduchu (10- až l00-krát väčšia ako v ovzduší nad touto vrstvou) a častý výskyt prízemnej inverzie teploty, hmiel. Jej výška závisí od rýchlosti vetra, členitosti alebo drsnosti zemského povrchu a od zmeny teploty vzduchu s výškou.

Prízemná vrstva je súčasťou tzv. medznej vrstvy atmosféry. Tá siaha od zemského povrchu do výšky niekoľko stoviek metrov až 1,5 km. Všeobecne je to vrstva, v ktorej sa bezprostredne prejavuje vplyv zemského povrchu na priebeh meteorologických prvkov. Jej horná hranica je definovaná ako výška, kde už vietor (jeho rýchlosť a smer) nie je ovplyvňovaný povrchom ale iba rozložením tlaku vzduchu s ohľadom na Coriolisovu silu a zemepisnú šírku. S rastúcou drsnosťou zemského povrchu sa horná hranica medznej vrstvy zvyšuje.

Stratosféra (z lat. stratus - vrstva, gr. sphaira - guľa)

je vrstva atmosféry, ktorá sa rozprestiera nad troposférou vo výškach od 9 -17 km do 45 - 50 km nad zemským povrchom. V spodnej časti stratosféry do výšiek asi 20 - 25 km existuje približne stála teplota - izotermia, okolo - 50 až - 55°C.

V hornej časti stratosféry je teplotná inverzia, teplota s výškou vzrastá o l - 3 °C / km, v subtrópoch a trópoch o 2 - 4 °C/km. Asi vo výške 50 km - s výnimkou polárnych oblastí -dosahuje teplota už 0 až + 10°C. Horná hranica stratosféry - stratopauza - je vrstvou najvyšších tepôt. Chemické zloženie stratosféry je podobné ako vtroposfére, je tu však zvýšený obsah ozónu (od 20 - 25 km do 50 km), ktorý pohlcuje UV žiarenie Slnka a je príčinou uvedeného rastu teplôt. Na rozdiel od troposféry táto vrstva nemá žiadnu oblačnosť. Výnimku tvoria len tzv. perleťové oblaky a búrkové oblaky (cumulonimbus), ktoré môžu vo výnimočných prípadoch preraziť do stratosféry.

Ako stratosféra bola pôvodne označovaná vrstva vzduchu nad troposférou bez výškového obmedzenia, neskôr do výšok 80 -100 km. Až po II. svetovej vojne bola táto vrstva rozdelená do dvoch vrstiev, z ktorých horná bola nazvaná mezosféra.

Mezosféra

Oblasť medzi stratosférou a mezosférou sa nazýva stratopauza. Tu sa teplotná krivka prudko láme a mezosféra sa vyznačuje silným poklesom teploty s výškou. Pod hornou hranicou mezosféry dosahujú teploty až - 95°C. Hornú hranicu mezosféry tvorí mezopauza. Až do tejto hladiny je možné považovať vzduch za rovnakú zmes plynov s výnimkou vodnej pary a ozónu. Preto sa troposféra, stratosféra a mezosféra nazývajú spoločne homosférou.

V mezopauze (okolo 80 km) sa teplotná krivka láme a začína termosféra. V tejto vrstve teplota už len stúpa. Vo výške 150 km dosahuje až 600°C. Termosféra siaha do výšky asi 800km.

Exosféra je najvyššia vonkajšia vrstva atmosféry.

Ozónosféra

Nezávisle na poklese alebo raste teploty s výškou existuje v zemskej atmosfére ozónosféra. Táto sa rozprestiera vo výškach 20 - 50km a vzniká pôsobením UV žiarenia na molekuly kyslíka, ktoré sa rozpadajú na dva atómy a ihneď sa zasa spojujú s voľným atómom kyslíka (O + O2 = O3). Tak vzniká bezfarebný plyn s charakteristickým zápachom, ktorý sa v malých množstvách objavuje aj pri búrkových výbojoch. Najvyššia koncentrácia ozónu je vo výškach 15 - 30 km. Jednotka celkového množstva daného plynu v atmosfére - Dobsonová jednotka - D. U.

1 D.U. celkového množstva ozónu je definovaná ako množstvo ozónu obsiahnuté vo vertikálnom stípci zemskej atmosféry, ktoré by po stlačení na hladinu tlaku 1013 hPa pri teplote 10°C vytvorilo vrstvu hrubú 10-3 cm.

Napr. Celkové množstvo ozónu 300 D.U. by vytvorilo za uvedených termodynamických podmienok ozónovú vrstvu hrubú 3 mm.

V mezosfére bola objavená vo výške 60km vrstva ionosféra, vyznačujúca sa elektrickou vodivosťou a dôležitá na prenos rádiových signálov.

TEPLOTA VZDUCHU

Teplota vzduchu je jedným z najdôležitejších a najsledovanejších meteorologických prvkov. Vzduch sa priamym slnečným žiarením ohrieva len veľmi málo. Hlavným zdrojom tepla pre atmosférický vzduch je zemský povrch. Zahrievanie zemského povrchu je veľmi zložitý proces. Počas dňa je zemský povrch vplyvom slnečného žiarenia teplejší než vzduch, ktorý sa od teplého povrchu ohrieva. V noci stráca zemský povrch teplo vyžarovaním, stáva sa chladnejší ako vzduch, ale vzduch sa súčasne začína ochladzovať, pretože odovzdáva svoje teplo chladnému povrchu a tiež chladnejším vrchným vrstvám atmosféry. Do atmosféry sa teplo dodáva rôznymi spôsobmi, z ktorých najvýznamnejšie sú konvekcia, turbulencia, radiácia a latentné teplo vodnej pary.

Teplotné zvrstvenie vzduchu

Suchá vzduchová častica stúpa adiabaticky, dostáva sa do oblastí s nižším tlakom vzduchu, musí sa rozpínať - vykonáva prácu na úkor vlastnej energie, pretože adiabatický predpoklad nepripúšťa, aby si energiu vzala z okolia. Práca sa vykoná na úkor zníženia teploty častice o 1 °C na 100m. Pri klesajúcom pohybe sa teplota častice o rovnakú hodnoty teploty zvýši.

Ak vystupuje častica obsahujúca vodnú paru nasýtená, tiež sa ochladzuje, pretože zväčšuje svoj objem a túto prácu koná tiež na úkor svojej vnútornej energie. Pri ochladzovaní dosiahne stav presýtenia a prebytočná vodná para sa začne kondenzovať, pritom sa uvoľní určité množstvo tepla, ktoré časticu akoby spätne ohreje. Pokles teploty nasýtenej častice pri výstupe dosahuje približne 0,6 °C na 100m. V atmosfére sa však vyskytujú aj zvláštne prípady, a to inverzia a izotermia vzduchu.

Inverzia je taká zmena teploty s výškou, pri ktorej teplota s výškou stúpa. Vyskytuje sa vždy len v určitých vrstvách troposféry, najčastejšie pri zemi. Typickým počasím pri inverzii sú hmly a chlad v nížinách, slnečno a pomerne teplo na horách. Izotermia je rozdelenie teploty s výškou, pri ktorom sa teplota s výškou v určitej vrstve nemení.

Priemerná denná teplota sa určuje z troch denných meraní o 7:00 (t7), 14:00 (t14) a 21:00 (t21) hodine SEČ podľa vzťahu td = 1/4 (t7 + t14 + 2 t21). Na meranie teploty sa používa niekol'ko stupníc: Kelvinova začína od absolútnej nuly (-273°C), pričom má len kladné hodnoty, Celziova stupnica vychádza z bodu mrazu OoC a z bodu varu 100 °C a Fahrenheitova stupnica má bod mrazu 32°F a bod varu 212°F. Plati, že t oC = ToK - 273 a toC = 5/9 (toF - 32).

TLAK VZDUCHU

Tlak je definovaný ako sila pôsobiaca na jednotkovú plochu. Atmosféra je k Zemi priťahovaná gravitačnou silou. Tlak vzduchu pri zemi alebo v určitej výškovej hladine sa teda rovná hmotnosti vzduchového stĺpca s jednotkovým prierezom ležiacim nad touto hladinou. Základnou fyzikálnou jednotkou pre tlak je 1 pascal (Pa). 1 Pa = 1 N/1m2. 100 Pa = 1 hPa = 1 mbar .

Za normálny tlak sa považuje hydrostatický tlak 760 mm ortuťového stĺpca pri hladine mora na 45° zemepisnej šírky a 0 °C. Pre jednotky platia vzťahy 1 hPa = 100N/m = 1 mbar = 0,75 torr (mm Hg). Priemerná hodnota tlaku vzduchu na hladine mora pri teplote 15°C je 1013, 27 hPa.

Na tlak vzduchu má vplyv teplota vzduchu, obsah vodnej pary, nadmorská výška a zemepisná šírka. S pribúdajúcou nadmorskou výškou tlak vzduch.u klesá, napr: do výšky 700m n.m. klesne po každých 8m o 1 hPa čo nazývame barometrický stupeň. Čím je vzduch chladnejší, tým tlak rýchlejšie klesá s výškou. Závislosť poklesu tlaku vzduchu s výškou vyjadruje tzv. barometrická formula. Môžeme tvrdiť, že pri výstupe o každých 5500m klesne tlak vzduchu približne na polovicu. Ak bude pri hladine mora tlak vzduchu napr. 1000 hPa, potom vo výške 5500m bude tlak 500hPa, v 11000m bude tlak 250hPa atď. Vo výške 16km je už len jedna desatina tlaku, ktorý je pri zemi, vo výške 33km len stotina a vo výške 48km tisícina. Nulovú hodnotu však nájsť nemožno, preto že atmosféra prechádza do medziplanetárneho priestoru.

Aby bolo možné údaje tlaku vzduchu zo staníc s rôznou nadmorskou výškou porovnávať, sú namerané hodnoty tlaku vzduchu redukované na hladinu mora.

Čiary, ktoré spájajú miesta s rovnakým tlakom vzduchu prepočitaným na hladinu mora sa nazývajú izobary. Izobary sa obyčajne zakresrujú v intervale po 5 hPa, nikdy sa nemôžu prelínať, lebo vytvárajú väčšinou koncentrické nepravidelné uzavreté čiary, ktoré takto znázorňujú miesta nízkeho alebo vysokého tlaku vzduchu. Niektoré sa nad daným miestom udržiavajú po celý rok, iné sa objavujú len v letných alebo len v zimných mesiacoch.

Tlakový útvar je časť tlakového poľa atmosféry s určitým - typickým rozdelením tlaku vzduchu a tomu odpovedajúcim systémom prúdenia. Táto časť atmosféry popísaná priebehom a hustotou izobár - na prízemnej mape, resp. priebehom izohýps (izohypsy spájajú miesta na mape s rovnakou výškou) na výškových mapách. Existencia tlakových útvarov je podmienená nerovnomerným rozložením tlaku vzduchu v atmosfére. Za základné tlakové útvary sa považujú tie, ktoré majú uzavreté izobary (izohypsy) t.j. tlaková níž - cyklóna a tlaková výš - anticyklóna. Ďalšie tlakové útvary sú podružná cyklóna, brázda nízkeho tlaku vzduchu, hrebeň vysokého tlaku vzduchu, výbežok vysokého tlaku a tlakové sedlo.

Tlaková níž (cyklóna) - oblasť tlaku vzduchu ohraničená aspoň jednou uzavretou izobarou (izohypsou), smerom do stredu tlak klesá. v strede je najnižší, prúdenie vzduchu v horizontálnom smere je ľavotočivé na severnej pologuli proti smeru otáčania hodinových ručičiek.

Tlaková výš (anticyklóna) - oblasť tlaku vzduchu ohraničená aspoň jednou uzavretou izobarou (izohypsou), smerom do stredu tlak vzduchu stúpa, v strede je najvyšší, prúdenie vzduchu v horizontálnom smere je pravotočivé - na severnej pologuli v smere otáčania hodinových ručičiek.

Obr: pozri. s. 29.

Sklon zemskej osy (23,5o) spôsobuje, že intenzita slnečného žiarenia sa v priebehu roka mení. V dôsledku toho sa v miernom klimatickom pásme striedajú štyri ročné obdobia.

Medzi súšou a vodou je v pohlcovaní tepla zo slnečných lúčov obrovský rozdiel, ktorý vyplýva z rozdielnych fyzikálnych vlastností vody a tuhých látok. Súš sa rýchlejšie ohreje i vychladne, zatiaľ čo voda má vysokú tepelnú kapacitu - na jej zohriatie treba oveľa viac energie ako na zohriatie súše, takže sa zohrieva i chladne pomalšie ako súš.

Vzduch vždy prúdi z miesta kde je ťažší (je tam vyšší tlak) do oblasti, kde je ľahší (nižší tlak). Teoreticky tak vznikajú tzv. cirkulačné bunky.

Na schéme ja najnižší tlak v strede, označuje sa ako tlaková níž, čiže cyklóna. Je to útvar, pre ktorý je charakteristický výstupný pohyb vzduchu. Pri výstupe sa vzduch rozpína (lebo hore je nižší tlak), s čím je spojený pokles teploty. Pokles teploty môže dosiahnuť rosný bod, pri ktorom sa vodná para stáva viditeľnou -kondenzuje sa a vznikajú oblaky.

Na schéme je tlaková výš (anticyklóna), z ktorej excentricky odteká vzduch. Vzduch sa pri zostupe stláča a otepľuje, podmienky sa vzďaľujú od rosného bodu.

Čím je vzduch teplejší, tým viac “utajených” vodných pár obsahuje - napr. pri teplote 20 oC je to 3-4 g.m-3.

Cirkulačná bunka: v oblasti tlakovej níže (N) vzduch stúpa hore (vertikálne prúdenie), jeho úbytok nad zemským povrchom sa nahrádza prísunom vzduchu z okolia (horizontálne prúdenie). Vo vyšších vrstvách sa vzduch hromadí, a tak sa zvyšuje jeho tlak, preto prúdi do okolia. Tam, kde sa nahromadí, vznikne oblasť tlakovej výše (V), ktorej vzduch zasa klesá k zemskému povrchu (opäť vertikálne prúdenie).

GLOBÁLNA CIRKULÁCIA ZEME

Obr: Teoretický model, ako by vyzerala globálna cirkulácia na rovnorodej neotáčajúcej sa Zemi.

Príčinou globálnej cirkulácie Zeme sú rozdielne radiačné pomery medzi rovníkom a pólmi. Pretože tlak vzduchu klesá s výškou v studenom vzduchu nad pólmi oveľa rýchlejšie ako v teplom vzduchu nad rovníkom, vytvára sa vo vyšších vrstvách atmosféry tlakový spád. ktorý smeruje od rovníka k pólom. Keby sa zem neotáčala, začal by vzduch vo veľkých výškach prúdiť v smere výškového tlakového gradientu od rovníka k pólu. V dolnej časti troposféry by sa vytvoril opačný gradient a pri povrchu zeme by fúkal vietor z polárnej tlakovej výše k rovníkovej níži. Nad rovníkom by sa vzduch zohrieval, vystupoval a vo vysokých hladinách by vial k pólu, kde by sa ochladzoval a klesal.

Prúdenie vzduchu sa však odohráva na Zemi, ktorá rotuje, v dôsledku čoho sa prúdenie neuskutočňuje po priamkach, ale je zakrivené. (Rotácia Zeme spôsobuje aj prúdenie obrovských más morskej vody - morské prúdy).

Sila, ktorá vychyľuje prúdenie vzduchu, sa nazýva Coriolisova sila.

Coriolisova sila pôsobí vždy kolmo na smer pohybu a na severnej pologuli ho odkláňa doprava, zatiaľ čo na južnej doľava. Výsledkom je, že na severnej pologuli sa prúd vzduchu nedostáva do tlakovej níže po priamkach, ale je špirálovito zakrivený proti smeru hodinových ručičiek, kým z tlakovej výše vyteká špirálovito v smere hodinových ručičiek.

Veľkosť Coriolisovej sily narastá so zemepisnou šírkou a s rýchlosťou pohybu.

Skutočné cirkulačné pomery sú preto oveľa zložitejšie. Vzduch, ktorý na rovníku vystupuje do vyšších vrstiev (pretože sa najviac ohrieva) a prúdi na sever, sa čoraz väčšmi dostáva pod vplyv Coriolisovej sily, a tak sa čoraz väčšmi stáča doprava a napokon sa hromadí v oblasti 30o zemepisnej šírky, kde vznikajú dynamické anticyklóny. K pólu sa nedostane, ale sa hromadi v tomto pásme a dynamickými účinkami tu nastáva zvýšenie tlaku vzduchu. Z tohoto pásu sa vzduch pri povrchu rozteká obidvoma smermi a vplyvom Coriolisovej sily sa opäť stáča doprava, takže do vyšších zemepisných širok prúdi vzduch od juhozápadu a smerom k rovníku od severovýchodu pod názvom pasát. Pasáty sa vyznačujú mimoriadnou stálosťou smeru a rýchlosti vetra po celý rok.

Nad pólmi súčasne vznikajú termické anticyklóny.

Dynamické a termické anticyklóny stretávajú na 60o zemepisnej šírky, kde vznikajú výstupné prúdy, čiže tlaková níž.

Severovýchodný, resp. juhovychodný smer je len prevládajúcim smerom, inak sa vyskytujú rôzne smery vetra vzhľadom na stredy jednotlivých anticyklón, z ktorých sa subtropický pás vyššieho tlaku skladá. Pasáty sú pohybom vzduchu z vyšších zemepisných šírok nad teplejší južný podklad, vzduch sa stáva labilný a vytvárajú sa podmienky pre vznik konvekcie, ktorá je najvýraznejšia v oblasti stretávania sa pasátov severnej a južnej pologule v rovnikovej oblasti, ktorá sa nazýva intertropická zóna konvergencie, v ktorej za určitých vhodných podmienok vznikajú tropické cyklóny - uragán, tajfún, hurikán alebo cyklón.

Navyše treba brať do úvahy vplyv už spomínaného nerovnomerného ohrievania pevniny a mora. V lete je pevnina všeobecne teplejšia a more chladnejšie, v zime je to naopak.

Výsledkom spolupôsobenia všetkých týchto činiteľov je globálne rozloženie tlakových útvarov, ktoré sme už spomínali vyššie.

Obre hore: rozloženie tlakových útvarov v januári: havajská výš, kanadská výš, azorská výš, juhopacifická výš, juhoatlantická výš, juhoindická výš, východoazijská výš, aleutská níž, islandská níž, austrá/ska níž, juhoafrická níž.

Obr. dole: rozloženie tlakových útvarov v júli: havajská výš. arktická výš. azorská výš. juhopacifická výš, juhoatlantická výš, juhoafrická výš, juhoindická výš, austrálska výš, juhoázijská níž, severokanadská níž.

Zákonitosti podnebia i počasia okrem toho ešte komplikujú morské prúdy -studené i teplé. Morské prúdy majú vďaka fyzikálnym vlastnostiam vody oveľa väčšiu tepelnú zotrvačnosť, pričom vstupujú do interakcií so vzdušnými prúdmi.

VLHKOSŤ VZDUCHU

Vo vzduchu je prakticky vždy obsiahnutá vodná para. Jej množstvo sa mení s miestom i časom. Dostáva sa do atmosféry pri vyparovaní z vodných hladín a z pevnej pôdy. Atmosféra však obsahuje len 0,001 % svetových zásob vody.

Pri vyparovaní sa postupne zvyšuje obsah vodnej pary v priestore nad vodnou hladinou až do okamihu, keď je vzduch práve nasýtený vodnou parou. Vytvorí sa rovnováha, kedy je počet molekúl, ktoré sa vyparujú, rovnaký ako počet molekúl vracajúcich sa do vody. Vyparovanie sa zastaví. Nutnou podmienkou vyparovania vody je, aby priestor nad hladinou nebol nasýtený vodnou parou. Vyparovanie je tým rýchlejšie, čím je teplota vzduchu vyššia, vzduch suchší a čím je silnejší vietor, ktorý odstraňuje pary z vyparujúceho sa povrchu. Pri bezvetrí sa výpar spomaľuje. Vzduch nasýtený vodnou parou má relatívnu vlhkosť 100%.

Teplota, pri ktorej vzduch dosiahne stav nasýtenia a vodná para v ňom začne kondenzovať sa nazýva teplota rosného bodu. Pretože vzduch môže prijať za určitej teploty len určité množstvo vodnej pary, pri ďalšom ochladzovani sa bude prebytočná vodná para kondenzovať.

Charakteristiku vlhkostných pomerov vzduchu určuje rozdiel medzi teplotou vzduchu a teplotou rosného bodu - deficit rosného bodu. Čím je deficit väčši, tým je vzduch suchší a naopak.

KONDENZÁCIA A VZNIK ZRÁŽOK

Voda sa v atmosfére vyskytuje v troch skupenstvách - tuhom, kvapalnom a plynnom. Poznáme však aj prechladenú

vodu, keď voda je v tekutom skupenstve aj pri záporných teplotách. Pri zmene skupenstva sa uvoľňuje, resp.

spotrebúva teplo (skupenské teplo) tuhnutia, resp. výparu či topenia.

Kondenzácia je skvapalňovanie (zrážanie) vodnej pary v atmosfére. Je opakom vyparovania.

Sublimácia je prechod vodnej pary do tuhého skupenstva, pričom vznikajú snehové vločky a ľadové kryštáliky.

Kondenzácia a sublimácia prebieha na tzv. kondenzačných jadrách - sú to mikroskopické čiastočky pevných látok

alebo zrnká rozpustných solí, na ktorých sa začína zrážať vodná para. Počet kondenzačných jadier v 1 cm3 je

rozdielny.

Ku kondenzácii vodnej pary dochádza najčastejšie pri vertikálnych výstupných pohyboch vzduchu.

Usporiadané výstupné pohyby s rýchlosťou niekoľko cm za sekundu podnecujú vznik rozsiahleho oblačného pásma,

ktoré má horizontálne rozmery niekoľko stovák km a vertikálne 7 a viac km. Konvektívne výstupné pohyby vzduchu

vznikajú ako dôsledok nerovnomerného zohrievania zemského povrchu slnečným žiarením, alebo v dôsledku

vynútených vertikálnych pohybov na svahoch hôr. Ich horizontálne rozmery sú menšie, ale vertikálna rýchlosť

dosahuje 5 až 10 cm/s, niekedy až 20 cm/s.

Vzduch s určitým obsahom vodnej pary stúpa, suchoadiabaticky sa ochladzuje, pričom jeho relatívna vlhkosť vzrastá. V určitej výške vlhkosť dosiahne 100% - stav nasýtenia a pri ďalšom výstupe prebieha kondenzácia. Táto hladina sa nazýva kondenzačná hladina a tvorí základňu oblakov. Oblak, ktorý sa skladá len z kvapôčiek vody je koloidálne stabilný, väčšie kvapky narastajú na úkor menších. Z takýchto oblakov s nízkou základňou môže mrholit', pri vyššej základni sa kvapky mrholenia počas pádu vyparia.

Pri ďalšom vertikálnom vývoji oblaku pribúda počet kvapiek, oblak hustne. Pri prechode cez nulovú izotermu malé kvapky, z ktorých sa skladá oblak nezamŕzajú, stávajú sa prechladenými. Až. pri teplote -12 oC začinajú najväčšie z drobných čiastočiek mrznúť, oblak získava zmiešanú štruktúru a stáva sa koloidálne vratkým - rýchlosť spájania kvapiek - koagulácia- sa zvyšuje. Hladina, v ktorej začínajú prechladené kvapky mrznúť sa nazýva hladina ľadových jadier. Kvapky sa vyparujú a ich vodná. para sublimuje na zmrznutých kvapkách. Častice rastú, vzrastá aj ich pádová rýchlosť a postupne začnú vypadávať vo forme snehu. Ak je nulová izoterma veľmi nízko, dopadajú zrážky vo forme snehu až na zem. V lete sa vo vrstve s kladnými teplotami roztopia a z oblaku normálne prší dážd.

Zrážkami sa všeobecne nazývajú produkty kondenzácie a sublimácie. Rozdeľujeme ich na horizontálne, ktoré sa usadzujú na zemskom povrchu - rosa, srieň, inovať, poľadovica a námraza a vertikálne, ktoré vypadávajú z oblakov na zem - mrholenie, dážď, sneženie, krúpky a krúpy. Skupenstvo a tvar zrážok je daný teplotnými a vlhkostnými pomermi v zrážkovom oblaku a pod ním, ako aj charakterom výstupných pohybov.

Globálne klimatické pomery sa odrážajú na rozšírení rozsiahlych ekosystémov, ktoré sa vyznačujú charakteristickými rastlinnými a živočíšnymi spoločenstvami. Nazývajú sa biómy.

Na súši rozonávame desať základných biómov. Ich vlastnosti sú dané predovšetkým podnebím, pretože podnebné podmienky určujú, aké druhy rastlín v danej oblasti rastú. Tropické dažďové lesy sa napríklad nachádzajú iba tam, kde je stále teplo a vlhko, púšte zasa tam, kde je sucho -preto tam nerastú stromy. Každý bióm sa nachádza vo viacerých oblastiach sveta - vždy tam, kde prevláda rovnaké podnebie. Rastliny tých istých biómov sú v rôznych oblastiach rôzne, ale keďže rastú v rovnakých podmienkach, často majú rovnaký tvar, ba aj rovnaký druh listov.

Živočíchy závisia od rastlín, takže aj ony podliehajú rozdeleniu do biómov. Napríklad väčšina bylinožravých cicavcov žije v trávnatých oblastich, veľká časť hmyzu sa vyskytuje v lesoch tropického a mierneho pásma. Medzi najdôležitejšie biómy hadov a jašterov patria púšte, hoci sa im celkom dobre darí aj v krovinatých oblastiach. Veľká časť rýb sveta žije pri koralových útesoch, ktoré predstavujú morskú alternatívu suchozemských biómov.

Keďže vlastnosti biómov závisia predovšetkým od podnebia, nemajú presne vymedzené hranice. Naopak, susediace biómy zvyčajne splývajú. Na ďalekom severe ihličnaté lesy postupne ustupujú tundre, v tropickom pásme sa krovinaté oblasti plynulo menia na púšť. V niektorých oblastiach môžu prechodné oblasti medzi dvoma biómami dosahovať šírku stoviek kilometrov.

Podnebné podmienky sa pozvoľna menia, a tak sa menia aj biómy. Tam, kde ubúdajú zrážky, sa púšte rozširujú, ale keď zrážok opäť pribudne, hranice púští sa vrátia tam, kde boli kedysi. Čím ďalej do minulosti zájdeme, tým väčšie zmeny spozorujeme. V poslednej dobe ľadovej pokrývala tundra veľkú časť Severnej Ameriky, Európy a Ázie. Tropické dažďové pralesy sa scvrkli, pretože prevládalo suché a studené podnebie. S ústupom dažďových pralesov ustupovali aj živočíchy, ktoré v nich žili.

Suchozemské biómy:

Polárne oblasti (Arktída a Antarktída)

Tundra

Hory

Boreálne ihličnaté lesy (tajga)

Lesy mierneho pásma

Trávnaté oblasti

Krovinaté oblasti

Púšte

Vnútrozemské vody

Tropické lesy

Moria a oceány (koralové útesy)