Atmosfäär on õhuke gaasi kiht, mis ümbritseb Maa ja mida hoiab paigal Maa gravitatsioon. See koosneb peamiselt lämmastikust (~78%) ja hapnikust (~21%). Lisaks leidub atmosfääris argooni (umbes 0,93%), süsinikdioksiidi ning muid gaase. Süsinikdioksiidi osakaal on kasvanud tööstusajaloo jooksul ja on täna ligikaudu 0,04% (umbes 400–420 ppm); veeauru hulk aga kõigub oluliselt sõltuvalt asukohast ja ilmastikuoludest (kohati kuni mõni protsent). Atmosfäär kaitseb elu Maal, absorbeerides (võttes vastu) päikese kahjulikke ultraviolettkiirgust läbi osoonikihi, ning aitab hoida planeedi temperatuuri, muutes meie päevad jahedamaks ja ööd soojemaks.

Tahked osakesed ja aerosoolid on atmosfääris tavalised. Tahked osakesed, sealhulgas tuhk, tolm, vulkaaniline tuhk jms, moodustavad väikesed, kuid olulised fraktsioonid õhust. Nad aitavad pilvede ja udu tekkimisel, toimides kondensatsioonitükkidena ja mõjutades päikesevalgust hajutades või neelates.

Atmosfäär ei lõpe terava joonena – mida kõrgemal Maa kohal ollakse, seda hõredamaks õhk muutub. Atmosfääri ja maailmaruumi vahel ei ole selget piiri, kuigi Kármáni joont (tavaliselt ~100 km) käsitletakse sageli rahvusvahelise piirimääranguna. Suurem osa atmosfääri massist paikneb Maa lähedal: umbes 75% atmosfäärist asub esimese 11 km jooksul Maa pinnast, kus toimuvad enamik ilmastikunähtusi.

Atmosfääri kihid

  • Troposfäär (pinnalt kuni ~8–18 km, keskmiselt ~11 km) – seal toimub ilm, pilvede teke ja leidub enamikust atmosfääri massist; temperatuur langeb kõrguse kasvades.
  • Stratosfäär (~11–50 km) – sisaldab osoonikihi, kus temperatuur tõuseb kõrgemale minnes osooni neelatud UV-energia tõttu.
  • Mesosfäär (~50–85 km) – temperatuur jälle langeb; siin lagunevad suur osa kosmilistest tolmuosakestest ja väiksematest meteoriitidest.
  • Thermosfäär (~85–600 km) – õhuhõre, väga kuum peamiselt ioniseeritud gaaside tõttu; siin toimuvad virmalised ja signaalide levikuga seotud protsessid.
  • Exosfäär (>~600 km) – väga hõre piirkond, kus gaasimolekulid võivad aeg-ajalt hüpata välja kosmosesse.

Olulised füüsikalised omadused

  • Õhurõhk ja tihedus vähenevad kõrgusega ligikaudu eksponentsiaalselt; tüüpiline mastaap ehk skaalakõrgus on ~8–9 km.
  • Temperatuuriprofiil muutub kihiti (näiteks troposfääris langeb, stratosfääris tõuseb).
  • Veeauru sisaldus on väga varieeruv ja mõjutab lokaalset ilma ning kasvuhooneefekti.

Atmosfääri roll elu ja kliima pidamisel

  • Hingatav hapnik võimaldab enamikul organismidel aeroobset elutegevust.
  • Osoonkate stratosfääris neelab suure osa päikese UV-kiirgusest, kaitstes DNA-d kahjustavate mõjude eest.
  • Kasvuhoonegaasid (veeaur, CO2, metaan jpt) püüavad kinni osa maapinnalt tulevast soojuskiirgusest, säilitades temperatuuri sobival tasemel — seda nimetatakse kasvuhooneefektiks. Liigne kasvuhoonegaaside kuhjumine põhjustab kliimasoojenemist.
  • Atmosfäär kannab jaotunud energiavoolu läbi suurte õhuvoolude ja tsirkulatsioonimustrite, mis määravad ilma ja kliimavöötmeid.
  • Mesosfääris ja lähemates kihtides kõrbenud meteoriidiosakesed vähendavad pinnale jõudvate suuremete hulka.

Inimtegevuse mõju

Inimtegevus on atmosfääri koostist ja toimimist märgatavalt mõjutanud: fossiilkütuste põletamine on suurendanud süsinikdioksiidi hulka, metsade raiumine vähendanud CO2-absorptsiooni, ning põllumajandus ja tööstus paiskavad õhku metaani ja teisi kasvuhoonegaase. Kõrgenenud kasvuhoonegaaside tase soodustab kliimasoojenemist ja ilmastikumustrite muutumist. Lisaks põhjustavad saasteained ja aerosoolid terviseriske ning mõjutavad pilvede omadusi ja sademete mustreid; teatud kemikaalid (nt varem kasutatud CFC-id) tekitasid osoonikihi hõrenemise, mida on rahvusvaheliste lepingutega hakitud vähendada.

Kokkuvõte

Atmosfäär on eluks ja kliimaks hädavajalik, toimides kaitsekihina, soojusregulaatorina ja ilmastikunähtuste sünnikohana. Selle koosseis ja tasakaal on tundlikud nii looduslike kui inimtekkeliste muutuste suhtes, mistõttu on atmosfääri uuringud ja kaitse olulised jätkusuutliku elu tagamiseks Maal.