Dampkring

De dampkring wordt ook wel atmosfeer genoemd: een gasvorming omhulsel van de aarde dat door de zwaartekracht aan de aarde wordt gebonden. Zonder atmosfeer of dampkring zou op aarde geen leven mogelijk zijn, zo tempert de dampkring het zonlicht tegen schadelijke ultraviolette straling. Onze atmosfeer houdt onze planeet op een comfortabele temperatuur (ongeveer 15 graden), doordat hij de warmte van de zon tot op de grond laat doordringen en verhindert dat de uitgaande warmte in de ruimte ontsnapt. De deken van lucht is dun in vergelijking met de aarde zelf. Heeft de aarde een straal van gemiddeld 6370 km, de atmosfeer is slechts gemiddeld 700 km dik. In de dampkring onderscheidt men wel vier lagen: de troposfeer, de stratosfeer, de mesosfeer en de thermosfeer. Het weer speelt zich af in de laag die het dichtst bij de aarde ligt, de troposfeer. Deze luchtlaag is ongeveer 13 km hoog en is de warmste en vochtigste laag van de dampkring.

In de dampkring onderscheidt men wel vier lagen: de troposfeer, de stratosfeer, de mesosfeer en de ionosfeer. Het weer speelt zich af in de laag die het dichtst bij de aarde ligt, de troposfeer. De dikte van de troposfeer varieert van 10 km aan de polen tot 16 km in de gebieden rond de evenaar en is de warmste en vochtigste laag van de dampkring.

Troposfeer
De troposfeer is de onderste laag van de dampkring en bevat ongeveer 80% van de totale massa aan lucht. De meeste meteorologische verschijnselen vinden in dit deel van de atmosfeer plaats.
De troposfeer reikt boven tropische gebieden tot een hoogte van 16 tot 18 km. Boven de polen gaat hij na slechts 6 km via de tropopauze over in de stratosfeer.
De term troposfeer is afgeleid van het Griekse woord “tropos”, dat staat voor bewegen of mengen. Deze regio, die constant in beweging is, heeft ook de hoogste dichtheid. De troposfeer bestaat voornamelijk uit stikstofgas en zuurstofgas.

Het verschil in luchttemperatuur in deze laag is groot in vergelijking met de andere lagen. Op zeeniveau ongeveer 17 °C tot -52 °C bij het begin van de tropopauze. De oorzaak van dat temperatuurverloop is het broeikaseffect. De aarde zendt aardse straling uit. Waar de inkomende zonnestraling een korte golflengte heeft, is de uitgaande aardse straling langgolfig (infrarood). Dit komt doordat de temperatuur van de aarde lager is dan die van de zon. De atmosfeer absorbeert langgolvige straling beter dan kortgolvige, zodat de opwarming van de atmosfeer vooral via het aardoppervlak plaatsvindt. Van de uitgaande straling wordt 82% geabsorbeerd door de broeikasgassen in de atmosfeer. Daardoor is de gemiddelde temperatuur op aarde geen -18ºC, maar 15ºC.
Hoe hoger in de atmosfeer, hoe minder van die straling doordringt en geabsorbeerd kan worden en dus hoe kouder. De verticale temperatuurgradiënt in de troposfeer neemt gemiddeld 6,5 °C per km af. Er komen echter tropopauzebreuken voor met een ander temperatuurverloop. Dit is het geval bij de straalstromen. In de tropopauze stijgt of daalt de temperatuur nauwelijks. Dit is de scheidslijn met de stratosfeer. Hier neemt de temperatuur toe met de hoogte.

Stratosfeer
De stratosfeer is de laag in de dampkring die zich bevindt tussen de troposfeer en de mesosfeer. De lagen worden gescheiden door respectievelijk de tropopauze en de stratopauze.
Bij de evenaar begint de stratosfeer op ongeveer 17 kilometer boven het aardoppervlak (zeeniveau) en bij de polen op ongeveer 10 kilometer. Op een hoogte van 50 kilometer gaat de stratosfeer over in de mesosfeer.
Het begin van deze laag wordt – in tegenstelling tot de onderliggende troposfeer – gekenmerkt door een vrijwel constante temperatuur bij toenemende hoogte, de isotherme laag. Daarboven stijgt de temperatuur om bij ongeveer 47 km weer het vriespunt te bereiken.
Waar de temperatuur verder de hoogte in weer afneemt, gaat de stratosfeer over in de mesosfeer. Het is ongeveer -50 °C op het laagste punt van de stratosfeer en tussen de 0 en 30 °C op het hoogste punt. De toename van de temperatuur in de stratosfeer is een gevolg van de absorptie van ultraviolet licht van de zon. De hoeveelheid straling die doordringt, wordt kleiner naarmate de afstand tot de aarde afneemt. Gecombineerd met een grotere dichtheid van de atmosfeer resulteert dat in een temperatuurdaling. Door plotselinge stratosferische opwarming kan de temperatuur in de winter plotseling stijgen met tientallen graden celsius.
Door het verticale temperatuursverloop is de stratosfeer stabiel en is vrijwel geen convectie en turbulentie. Wolken vormen zich daardoor vrijwel niet, maar in zeer koude poolwinters kunnen zich parelmoerwolken vormen. Deze zijn van belang bij de vorming van ozon. Bovenin de stratosfeer bevindt zich een hogere concentratie ozon. Dit gebied wordt dan ook de ozonlaag genoemd.
Er is een aanzienlijk verschil in samenstelling tussen de troposfeer en de stratosfeer. Zo bevat de stratosfeer meer ozon en minder waterdamp en koolstofdioxide dan de troposfeer. Het gebrek aan verticale luchtbewegingen maakt het dat eenmaal aanwezige verontreiniging lang in de stratosfeer kan blijven.

Mesosfeer (atmosfeer)
De mesosfeer is de luchtlaag van de dampkring die zich bevindt tussen de stratosfeer en de thermosfeer. De lagen worden gescheiden door respectievelijk de stratopauze en de mesopauze. De term is afgeleid van de Griekse woorden mesos voor midden en sfaira voor bol.

De mesosfeer begint op een hoogte van 50 kilometer en reikt tot 80 à 85 kilometer. In de mesosfeer daalt de temperatuur met de hoogte, dit in tegenstelling tot de stratosfeer waar de temperatuur toeneemt met de hoogte. Het punt met de hoogste temperatuur is dan ook de scheidslijn tussen de twee lagen. De oorzaak voor dit temperatuursverloop is te vinden in de ozonconcentratie die dichter bij de stratosfeer hoger wordt. Ozon absorbeert straling met een golflengte onder de 325 nanometer en meer ozon geeft dus een hogere temperatuur.
De temperatuur neemt in de mesosfeer af tot rond de -100 °C bij een hoogte van ongeveer 80 kilometer.
In de mesosfeer komen de lichtende nachtwolken voor. Het is ook het gebied van de ionosfeer dat ongeveer overeenkomt met de D-laag die ‘s nachts wegvalt.

Ionosfeer
De ionosfeer is een laag rond de aarde waar de deeltjes door straling van de zon worden geïoniseerd. Het vormt de onderste laag van de magnetosfeer en speelt in ons dagelijks leven een rol doordat de ionosfeer ervoor zorgt dat radiogolven voor een deel worden gerefracteerd. Hierdoor kunnen radiogolven veel verder komen dan anders mogelijk zou zijn door de ronding van de aarde. Doordat er ‘s nachts geen zon is zal er recombinatie optreden. Dat houdt in dat de mate van ionisatie afneemt. Dit heeft weer tot gevolg dat de refractie van radiogolven ‘s nachts afneemt, waardoor de maximaal bruikbare frequentie lager wordt.
De ionosfeer wordt over het algemeen opgedeeld in drie, soms vier lagen:
- De D-laag is de onderste laag en valt ongeveer samen met de mesosfeer. Deze laag absorbeert de radiostraling meer dan het reflecteert. Langegolf- en ten dele ook de middelgolfsignalen worden door deze laag weerkaatst. ‘s Nachts valt de D-laag geheel weg waardoor de ontvangst van langegolfuitzendingen moeilijker wordt. De hoger gelegen E-laag neemt de functie dan over.
- De E-laag (Kennelly-Heavisideband) is de middelste laag en valt samen met het onderste deel van de thermosfeer. Deze laag weerkaatst vooral de middengolf- en kortegolfsignalen. ‘s Nachts verandert de geladenheid van de E-laag waardoor ineens signalen van verder weg beter ontvangen kunnen worden, die van dichtbij echter slechter.
- De F-laag (Appleton-laag) is de bovenste en meest reflecterende laag en dus verantwoordelijk voor de mogelijkheid om voorbij de horizon toch radiosignalen te ontvangen. Voornamelijk kortegolfsignalen worden door deze laag gereflecteerd. Deze laag is dikker als de straling van de zon er overdag mee in aanraking komt. Daarnaast wordt bij daglicht de F-laag in twee delen gescheiden; de F1- en F2-laag.