Ilmakehämme ”valtameri”

KUN seisot meren rannalla, epäilemättä ihailet valtameren voimaa, sen suunnatonta suuruutta, syvyyttä ja sitä, että se on aina liikkeessä. Olet saattanut ajatella, miltä merieläimistä tuntuu, kun vesi ympäröi ne. Tuhansien metrien syvyydestä löytyy äyriäisiä ja muita merieläimiä, jotka kävelevät valtameren pohjalla. Syvyydessä vallitseva tavaton paine murskaisi ihmisen, mutta näiden eläinten ruumiit ovat rakenteeltaan sellaiset, että ne kestävät sen.

Oletko kuitenkaan koskaan ajatellut, että me ihmiset todellisuudessa elämme ilman muodostamassa ”valtameressä”? Me elämme. Se on paljon syvempi – yli 50-kertainen merten suurimpiin syvänteisiin verrattuna. Se on alttiina äkillisemmille lämpötilan muutoksille ja on vesien muodostamia valtameriä levottomampi. 10–12 kilometrin korkeudessa maapallon pinnan yläpuolella liikkuu mahtavia ilmavirtoja, jotka ovat satoja kilometrejä leveitä ja useita kilometrejä paksuja. Ne tunnetaan ”suihkuvirtauksina”, ja tuulen nopeus on niissä jopa 500 kilometriä tunnissa. Tämän ilman muodostaman ”valtameren” eri kerroksissa raivoaa myös alituiseen ankaria myrskyjä. Olemme tietoisia pyörremyrskyissä vapautuvista jättiläismäisistä voimista. Lisäksi tässä ympärillämme olevassa suuressa ja levottomassa ”meressä” esiintyy joka päivä noin 44000 kunnioittavaa pelkoa herättävää ukkosmyrskyä.

Ilma on ainetta ja painaa

Vaikka ilma onkin näkymätöntä, se on ainetta. Tämän vuoksi ilmakehä kohdistaa huomattavan paineen maan pintaan – ei tietenkään yhtä suurta kuin valtameri, koska ilma ei ole niin painavaa kuin vesi. Ilma kuitenkin painaa, minkä osoittaa se seikka, että heliumilla täytetty pallo kohoaa ylöspäin. Koska helium on ilmaa kevyempää, ilma työntää sitä ylöspäin, samoin kuin kupla työntyy ylöspäin vesilasissa. Keskimääräinen ilmanpaine merenpinnan tasolla on noin 1 kilogramma neliösenttimetriä kohti. Korkeammalla ilma on harvempaa, jonka vuoksi se on kevyempää. Ilman muodostama ”valtameremme” on kuitenkin niin laaja, että se painaa enemmän kuin 5000000000000000 (5000 biljoonaa) tonnia.

Se, että ilma painaa, merkitsee, että merenpinnan tasolla hartioihisi kohdistuu suunnilleen tonnin suuruinen taakka. Et kuitenkaan huomaa sitä, koska paine puristaa ruumistasi joka puolelta saman suuruisena. Tämän ulkopuolelta tulevan puristuksen kumoamiseksi elimistö pitää yllä sisäistä painetta, samoin kuin merieläinten ruumiissa on sisäinen paine niitä ympäröivän veden aiheuttaman valtavan puristuksen vastapainoksi. Koska ihmisissä on tämä sisäinen paine heidän ollessaan ”kotona” maan ilmakehässä, heidän tarvitsee käyttää painepukua, kun he ovat ”poissa kotoa”, avaruudessa. Muuten keuhkot ja verisuonet repeytyisivät avaruudessa vallitsevassa tyhjiössä.

Kun tunnet tuulen puhaltavan kovasti, olet varma siitä, että ilma on ainetta. Kaikki epäilyt tämän suhteen poistuvat varmasti, jos käyt laboratoriossa ja näet ilman muunnettavan nesteeksi –190 °C:ssa ja jähmeäksi –260 °C:ssa.

Me voimme todellisuudessa ”nähdä” ilman myös sen normaalissa kaasumaisessa tilassa, kun lämpötilaerot saavat sen toimimaan linssinä. Paikoittain tiivistynyt ja toisin paikoin harventunut ilma muuntaa valonsäteet siten, että näemme kangastuksia, jotka aiheutuvat toisinaan kilometrien päässä olevista kohteista tulevan valon heijastumisesta ja taittumisesta. Kuuman lämpöpatterin yläpuolella nähtävät väreet ovat pieni esimerkki tästä ilmiöstä.

Ilman laajenevuus on sen tärkeä ominaisuus. Vesi täyttää normaalissa nestemäisessä muodossaan astian osittain. Mutta ilmamolekyylit liikkuvat paljon vapaammin ja hyvin nopeasti, tavallisesti ääntä nopeammin. Siksi hyvin pieni määrä ilmaa laajenee niin, että se täyttää astian ääriään myöten. Ainoastaan maan painovoimakenttä estää ilmaa pakenemasta ja levittäytymästä tyhjään avaruuteen. Kun ilmaa sisältävä astia pienennetään, ilmamolekyylien nopeus lisääntyy ja vastustaa sitä, ja tämä aiheuttaa painetta. Tämä ominaisuus on erittäin käyttökelpoinen. Nesteitä ei voida puristaa merkittävästi, mutta kompressorit voivat ”pakata” suuren määrän ilmaa pieneen säiliöön, niin että kun sitä päästetään vapaaksi, se voi käyttää puristimia, poria, paineilmanostimia ynnä muuta.

Monin tavoin välttämätön elämälle

Olemme kuitenkin ensisijaisesti kiinnostuneita ilmasta siksi, että se on tärkeä elämälle tällä kiertotähdellä. Ilman tärkein aineosa elämän kannalta on happi, jota on vain 21 tilavuusprosenttia ilmasta eli niistä kaasuista, joiden esiintymissuhteet ovat verrattain vakiot.

Happi yhtyy helposti toisiin alkuaineisiin tai yhdisteisiin palamalla. Kun puu palaa, se siis todellisuudessa hapettuu nopeasti. Elimistömme aineenvaihdunta pitää yllä ruumiinlämmön hapettamalla ravintoaineita. Tästä prosessista myös aivot, lihakset ja muut elimet saavat käyttövoimaa. Tämä on yksi syy siihen, miksi veren punasolut, veren hapenkuljettajat, ovat niin tärkeitä ja miksi aivosolut, jotka käyttävät noin neljänneksen kaikesta elimistön ottamasta hapesta, tarvitsevat tätä alkuainetta jatkuvasti. Happi on niin aktiivista, että jos sitä ei olisi laimennettu muilla ilmakehän kaasuilla, tulipalot syttyisivät pelkästä kipinästä ja käytännöllisesti katsoen kaikki olisi vaarassa palaa poroksi. Sitä paitsi kukaan ihminen ei eläisi kovin kauan hengittämällä vain puhdasta happea.

Mutta olemassaolomme ja turvallisuutemme vuoksi Luoja laimensi ilmakehän kaasuseosta typellä, jota on 78 prosenttia koostumukseltaan verrattain vakiossa kaasuseoksessa, joka muodostaa ilmakehän. Näin meillä on juuri riittävästi happea eikä sitä ole liikaa. Ilmakehämme muodostamassa ”valtameressä” typpeä ja happea on yhteensä kokonaista 99 prosenttia. Typpi on kuitenkin enemmän kuin pelkkä laimennin. Sillä on muita tarkoituksia. Ukonilmalla salamat saavat typen yhtymään muihin alkuaineisiin. Sade huuhtoo syntyvät yhdisteet maahan lannoitteeksi. Se on monille kasveille välttämätön alkuaine.

Mutta myös vähemmässä kuin yhdessä prosentissa muita ilmakehän kaasuja on kaasuja, jotka ovat joko elämälle välttämättömiä tai suuresti lisäävät ihmisen mukavuutta. Nämä ovat viisi lähes tehotonta ns. jalokaasua: argon, neon, helium, krypton ja ksenon. Meille kaikille on tuttua argonin ja neonin käyttö valaistuksessa, heliumin ilmapalloissa ja monissa muissa sovellutuksissa. Muita ilmakehän kaasuja, joiden määrä on lähes vakio, ovat metaani, vety ja typpioksiduuli.

Vesihöyry, otsoni, pöly – tärkeitä aineosia

Niiden kaasujen lisäksi, joiden määrä vaihtelee vain vähän, ilmakehässä on muita kaasuja, joiden suhteellinen määrä vaihtelee ajan ja paikan mukaan. Kaksi näistä ovat vesihöyry, jonka määrä vaihtelee nollasta jopa seitsemään tilavuusprosenttiin, sekä hiilidioksidi, 0,01 prosentista yhteen prosenttiin. Kasvit ottavat itseensä hiilidioksidia ja luovuttavat happea. Ilman hiilidioksidia kasvit kuolisivat. Ilmakehässä on myös pieniä määriä, vain noin 0,01 prosenttia, otsonia, joka on hapen ”allotrooppinen” muoto. Sitä esiintyy pääasiassa 10–50 kilometrin korkeudessa, ja se suojaa tappavilta ultraviolettisäteiltä. Kuka muu kuin kaikkiviisas, kaikkivoipa Luoja olisi voinut tehdä kaikkien maan päällä elävien hyödyksi tällaisen ilmakehän, jonka aineosien keskinäiset suhteet ovat oikeat kaikkien suurimman turvallisuuden, mukavuuden ja hyvinvoinnin kannalta?

Vesihöyry ilmakehässä olevana kaasuna on sateen, sumun, lumen, rännän ja rakeiden lähde. Suuri osa pilvistä muodostuu siitä. Vesihöyry muodostuu siten, että aurinko haihduttaa vettä meristä ja järvistä ja kasvien lehdistä. Jos ei olisi tätä sateen ja haihtumisen kiertokulkua, kasvit kuolisivat pian maan päältä. Raamattu puhuu tästä kiertokulusta Jumalan luomana. – Jes. 55:10, 11.

Sen lisäksi, että ilmakehässä on vähäiset määrät rikkidioksidia ja typpidioksidia, siinä on sellaisia kiinteitä hiukkasia kuin pölyä, savusta peräisin olevaa nokea, suolaa valtameristä, siitepölyä, pieneliöitä ja niiden meteorien tuhkaa, jotka ovat palaneet poroksi ilmakehän läpi kulkiessaan. Pölyä ei voida nimittää ”saasteeksi” paitsi siellä, missä sitä on ylenmääräisesti, sillä pölyhiukkaset ovat tärkeitä, koska ne muodostavat vesipisaroiden ytimen ja niistä aiheutuu taivaan kaunis sininen väri ja auringonlaskujen syvä punaisuus. Heinänuhasta kärsivien epämukavuutta kenties lukuun ottamatta ilmavirtojen levittämällä kasvien siitepölyllä on myös hyödyllinen tarkoitus.

Lämpötiloja ilmakehän ”valtameressä”

Useimmat tarkastelemamme seikat liittyvät siihen ilmakerrokseen, jossa me elämme – troposfääriin. Yleisesti tiedetään, että lämpötila laskee, mitä korkeammalle mennään. Mutta kun on saavutettu noin –55 °C:n lämpötila troposfäärin ylärajalla, lämpötila kohoaa stratosfäärissä (missä esiintyy suihkuvirtauksia) noin –2 °C:een ja laskee jälleen seuraavan kerroksen (mesosfäärin) ylärajalle tultaessa – 93°C:een. Seuraavassa kerroksessa, termosfäärissä, lämpötila kohoaa 450 kilometrin korkeudessa lähes 1500 °C:een!

Ionosfääri ei ole tavanomainen ilmakehän ”kerros”, vaan se on alue (johon sisältyy useita ”kerroksia”), jossa ilmamolekyylit varautuvat sähköisesti auringon säteilyn vaikutuksesta. Sen alaraja on noin 55 kilometrissä maanpinnan yläpuolella, ja se ulottuu tuhansien kilometrien päähän hyvin, hyvin ohueen ilmakehään. Ionosfäärissä esiintyy pohjoisella ja eteläisellä pallonpuoliskolla napa-alueiden tuntumassa kauniita revontulia.

Auringosta ja avaruudesta tulevan säteilyn ”ionisoimat” varautuneet ilman osaset synnyttävät ionosfääriin radioaalloille ”katon”. Tämä mahdollistaa radiolähetykset tuhansien kilometrien päähän. Radioaallot etenevät suoraviivaisesti ja tavoittaisivat ainoastaan rajallisen alueen, koska maanpinta kaareutuu niiden alta pois ja ne jatkavat kulkuaan kohti avaruutta. Mutta radioaaltoja heijastavat kerrokset kimmahduttavat ne takaisin kohti etäällä olevia paikkoja maanpinnalla. Tekokuita käytetään nykyisin samaan tarkoitukseen.

Satelliittien ja muiden pitkälle kehitettyjen laitteiden välityksellä on opittu paremmin ymmärtämään ilman muodostamaa ”valtamerta”. Sen virtauksista, lämpötiloista ja muista seikoista tiedetään paljon enemmän. Tämän vuoksi myös sääennusteet tulevat yhä täsmällisemmiksi. Ihmisellä on kuitenkin vielä paljon opittavaa ilmakehästä, joka ulottuu, vaikkakin sangen ohuena, useiden maan säteiden (maan säde on 6372 km) päähän avaruuteen. Monet sen salaisuuksista ovat yhtä kätkettyjä kuin ennenkin, ja uusia salaisuuksia putkahtaa esiin avaruustutkimuksen edistyessä.

[Kaavio s. 5]

(Ks. painettu julkaisu)

Ionosfääri on sähköisesti varautuneiden hiukkasten alue, joka alkaa mesosfäärin alaosasta ja ulottuu kauas termosfäärin ulkopuolelle.

450 KM +1500 °C

TERMOSFÄÄRI

80 KM –93 °C

MESOSFÄÄRI

50 KM –2 °C

STRATOSFÄÄRI

15 KM –55 °C

TROPOSFÄÄRI

MAA

[Kuva s. 6]

Ukkosmyrsky valmistaa kasveille välttämättömiä typpiyhdisteitä