Onze atmosferische „oceaan”

STAANDE aan de kust, zult u zich ongetwijfeld vaak verbaasd hebben over de macht, rusteloosheid, uitgestrektheid en diepte van de oceaan en u misschien wel eens hebben afgevraagd hoe de zeedieren zich zullen voelen, zo helemaal omgeven door water. Duizenden meters onder u lopen krabben en andere zeedieren over de zeebodem. De reusachtige druk die daar heerst, zou een mens verpletteren, maar de lichamen van deze dieren zijn ertegen bestand.

Hebt u er echter wel eens bij stilgestaan dat u als mens feitelijk ook in een oceaan leeft, een „oceaan van lucht”, en bovendien op een nog veel grotere diepte als de diepste diepten der zeeën — wel vijftig maal zo diep? Deze dampkring-„oceaan” is nog rustelozer dan de wateroceaan en ook aan veel plotselingere schommelingen in de temperatuur onderhevig. Indrukwekkende luchtstromingen van honderden kilometers breed en verscheidene kilometers dik bewegen zich op tien tot twaalf kilometer hoogte boven het aardoppervlak. Men noemt ze straalstromen of „jet streams”. Hun snelheid ligt rond de 500 kilometer per uur. Bovendien heersen er in diverse lagen van deze „oceaan” constant hevige stormen. Wij zijn bekend met de gigantische krachten die vrijkomen bij orkanen en tornado’s, terwijl ook onweersbuien een ontzaginboezemend schouwspel opleveren. In de grote en rusteloze atmosferische zee om ons heen komen er elke dag 44.000 van deze stormen met elektrische verschijnselen tot ontwikkeling.

Zelfstandigheid en gewicht

Hoewel lucht onzichtbaar is, is het toch een zelfstandig mengsel van onzichtbare gassen, die een bepaald gewicht bezitten en vanwege hun hoeveelheid dan ook een aanzienlijke druk op het aardoppervlak uitoefenen — natuurlijk niet zo groot als de oceaan, omdat ze bij lange na niet zo zwaar zijn als water, maar op zeeniveau toch een druk veroorzaken van ruim 1 kilogram per vierkante centimeter. Het gewicht van lucht kan men ook duidelijk demonstreren met een met heliumgas gevulde luchtballon. Aangezien helium lichter is dan lucht, duwt de lucht de ballon omhoog, net als een luchtbel in een waterglas door het gewicht van het water omhoog wordt geduwd. Op grotere hoogten is de lucht minder dicht en daardoor lichter. Onze „oceaan” van lucht is echter zo uitgestrekt dat hij in totaal meer dan 5.000.000.000.000.000 (vijfduizend biljoen) ton weegt.

Van dat gewicht rust er op zeeniveau ongeveer één ton op uw schouders. Daar bent u zich echter niet van bewust omdat de lucht van alle kanten in gelijke mate tegen uw lichaam drukt. Om die buitendruk te weerstaan, handhaaft ons lichaam, net als het lichaam van zeedieren, een inwendige druk, die die ontzaglijke buitendruk net opheft. Deze inwendige druk die mensen vanwege de aardse atmosfeer bezitten, maakt het voor hen noodzakelijk drukpakken te dragen wanneer ze „van huis weg” in de buitenaardse ruimte vertoeven. Anders zouden in het bijna luchtledige van de ruimte hun longen en bloedvaten uit elkaar spatten.

Ook bij sterke wind is het niet moeilijk vast te stellen dat lucht uit zelfstandige materie bestaat, en elke mogelijke twijfel daarover verdwijnt helemaal wanneer men het in het laboratorium bij -190 graden Celsius vloeibaar ziet worden en bij ongeveer -260 graden Celsius zelfs vast.

We kunnen lucht trouwens ook „zien” wanneer het normaal in gasvormige toestand verkeert, en wel wanneer warmteverschillen een soort van „lenswerking” veroorzaken. Bij ongelijkmatige verwarming gaat lucht zich op bepaalde plaatsen verdichten of verdunnen, waardoor lichtstralen worden afgebogen, soms in zelfs zo sterke mate dat voorwerpen op soms kilometers afstand gespiegeld in de lucht zijn te zien. Men spreekt dan van „luchtspiegelingen” of „fata morgana’s”. De „golven” die we boven een radiator waarnemen, geven eveneens een klein voorbeeld van deze lichtbuiging door lucht.

Een waardevol kenmerk van lucht is haar uitzettingseigenschap. Water zal in zijn normale vloeibare vorm een vat slechts gedeeltelijk vullen. Maar aangezien luchtmoleculen veel vrijer en sneller bewegen — in het algemeen met een snelheid die hoger ligt dan die van het geluid — zal zelfs een kleine hoeveelheid lucht zich zo uitbreiden dat ze hetzelfde vat tot in alle uithoeken vult. Slechts de aantrekkingskracht van de aarde verhindert dat de lucht van onze dampkring in de buitenaardse ruimte ontsnapt. Wanneer de omvang van het bovengenoemde vat wordt verkleind, gaat het aantal botsingen van de luchtmoleculen tegen het vat omhoog en wordt daardoor de druk die ze uitoefenen groter. Dit verschijnsel is bijzonder nuttig. Vloeistoffen kunnen nauwelijks worden samengedrukt, maar met compressors is wel een grote hoeveelheid lucht in een kleine houder samen te persen. Met de aanzienlijke druk die het gas dan bezit, kunnen pneumatische boren, persen, luchtliften, etc. worden aangedreven.

In vele opzichten belangrijk voor het leven

De atmosfeer of dampkring boezemt ons echter vooral belang in omdat ze zo belangrijk is voor het leven op aarde. De voornaamste levenscomponent is zuurstof, een gas dat ongeveer 21 percent van het totale luchtvolume in beslag neemt.

Zuurstof verbindt zich makkelijk met andere elementen en stoffen, in welk geval men spreekt van „verbranding”. Wanneer een stuk hout vlam vat, is er sprake van snelle verbranding. De houtstoffen verbinden zich in een razend tempo met zuurstof en worden aldus „geoxydeerd”. Ook in ons lichaam vindt er echter verbranding plaats, waarbij voedingsstoffen zich met zuurstof verbinden en er energie aan de hersenen en alle andere organen wordt verschaft. Vandaar dat de rode bloedlichaampjes, de zuurstofdragers van het bloed, zo belangrijk zijn en waarom de hersencellen, die ongeveer een vierde van de totale hoeveelheid opgenomen zuurstof verbruiken, dit element in zo’n constante aanvoer nodig hebben. Zo actief reageert zuurstof met andere stoffen dat wanneer onze dampkring alleen uit zuurstof zou bestaan, één vonk voldoende zou zijn om de hele aarde in brand te zetten. Geen mens zou trouwens lang in zuivere zuurstof kunnen leven.

Gelukkig maar dat de Schepper voor ons bestaan en onze veiligheid de atmosfeer met stikstof heeft verdund, tot een hoeveelheid van ongeveer 78 percent, zodat we net genoeg zuurstof tot onze beschikking hebben om comfortabel te kunnen leven. Zuurstof en stikstof samen maken 99 percent van onze dampkring-„oceaan” uit. Stikstof is echter meer dan slechts een verdunner. Het dient ook andere doeleinden. Tijdens de bliksemflitsen van een onweer ontstaan er verbindingen van stikstof met andere elementen. Die verbindingen spoelen met de regen naar de aarde en zijn daar dankbare meststoffen voor veel planten die stikstof nodig hebben maar het niet rechtstreeks uit de lucht kunnen betrekken.

Zelfs in de minder dan één percent resterende gassen, treffen we elementen aan die òf van wezenlijk belang zijn voor ons bestaan, òf sterk tot ons comfort bijdragen. Daartoe behoren onder andere de vijf bijna werkloze, zogenaamde „edele” gassen: argon, neon, helium, krypton en xenon, die allerlei moderne toepassingen hebben gevonden. We zijn bijvoorbeeld bekend met het gebruik van argon en neon in lampen, en helium in ballons en apparaten voor het bereiken van lage temperaturen. Ook methaan, waterstof, stikstofoxyde en andere atmosferische gassen, zijn overal in bijna constante hoeveelheden aanwezig.

Waterdamp, ozon, stof — belangrijke atmosferische bestanddelen

Behalve de bovengenoemde gassen, die percentagegewijs maar weinig toe- of afnemen, zijn er in de atmosfeer ook gassen die, afhankelijk van tijd en plaats, sterk in hoeveelheid variëren. Twee hiervan zijn waterdamp en koolzuur. Gemeten in volumepercenten kan de hoeveelheid waterdamp wel variëren van 0 tot 7 percent en de hoeveelheid koolzuur van 0,01 tot 1 percent. Planten absorberen koolzuur en staan zuurstof af. Zonder koolzuur zou het planteleven verloren gaan. Ozon, een bijzondere vorm van zuurstof, neemt eveneens slechts een kleine hoeveelheid van de totale gasmassa in, slechts 0,01 percent van de atmosfeer. Maar waar het zich bevindt, hoofdzakelijk tussen de tien en vijftig kilometer hoogte, vormt het een onmisbaar schild tegen dodelijke ultraviolette stralen. Wie anders dan een almachtige en alwijze Schepper zou zo’n atmosfeer ten gerieve van alle leven op aarde hebben kunnen ontwerpen, een atmosfeer opgebouwd uit gassen die in de juiste samenstelling het grootst mogelijke comfort en de grootst mogelijke veiligheid garanderen?

Waterdamp is als gas in de atmosfeer de bron van regen, mist, sneeuw en hagel en vormt het voornaamste bestanddeel van wolken. Het wordt constant op peil gehouden door verdamping van water uit zeeën en meren en van vocht uit het gebladerte van bomen door toedoen van de zonnewarmte. Zonder deze cyclus van regen en verdamping zou het planteleven spoedig van het aardoppervlak verdwenen zijn. De bijbel schrijft deze cyclus toe aan het ontwerp van God. — Jes. 55:10, 11.

Behalve minieme percentages van de gassen zwavel- en stikstofdioxyde, zijn er ook vaste deeltjes: stof, roet van rook, zout uit de oceanen, stuifmeel, microben en as van in de atmosfeer verbrande meteoorstenen, die allemaal belangrijk zijn voor de vorming van regen, aangezien ze de kern vormen van waterdruppels. „Vervuiling” kan men de aanwezigheid van deze deeltjes dus niet noemen, uitgezonderd in die gevallen waar de lucht er overmatig mee bezwangerd is. Bovendien heeft de hemel er zijn prachtige blauwe kleur en zijn mooie rode zonsondergangen aan te danken. En afgezien van de last die hooikoorts-patiënten ervan ondervinden, dient natuurlijk ook de verspreiding van stuifmeel door de luchtstromingen een nuttig doel.

De temperaturen in de atmosferische „oceaan”

Het meeste van wat we hierboven hebben besproken, heeft betrekking op de onderste luchtlaag waarin wij leven — de troposfeer. Hoe hoger men komt, des te meer er verandert. De temperatuur zelfs heel opvallend. Zoals algemeen bekend, daalt de temperatuur met toeneming van de hoogte. Na echter aan de bovenrand van de troposfeer een dieptepunt van -55 °C te hebben bereikt, gaat ze in de stratosfeer (waar de „jet streams” worden aangetroffen) weer de hoogte in tot ongeveer -2 °C en daalt daarna tot de bovenrand van de volgende laag (de mesosfeer) weer tot ca. -93 °C. In de laatste laag, de thermosfeer, die tot een hoogte van ongeveer 450 kilometer reikt, is er echter een constante stijging tot de verbazingwekkende temperatuur van 1500 °C!

De ionosfeer behoort niet tot de gewone atmosferische „lagen”, maar is een gebied dat zich over verschillende „lagen” uitstrekt en waarin de luchtmoleculen door straling van de zon elektrisch geladen zijn. Zijn onderste grens ligt op ongeveer 55 kilometer hoogte en zijn bovengrens duizenden kilometers daarboven, in de zeer, zeer ijle atmosfeer. In de ionosfeer ontstaat de prachtige aurora borealis, ofte wel het „noorderlicht” (en de aurora australis aan het zuidelijk halfrond).

In de ionosfeer vormen geladen deeltjes, „geïoniseerd” door straling van de zon en uit de buitenaardse ruimte, een „plafond” voor radiogolven, waardoor radioverkeer over grote afstanden mogelijk is. Aangezien radiogolven zich rechtlijnig voortplanten, zouden ze vanwege de kromming van de aarde, normaal gesproken slechts een klein gebied op aarde bestrijken en dan in de oneindige ruimte van het heelal verdwijnen. Het radio-„plafond” kaatst ze echter onder een hoek terug, naar verafgelegen plekken op aarde, zodat ze ook daar kunnen worden opgevangen. Satellieten worden thans voor een zelfde doel gebruikt.

Met behulp van satellieten en verfijnde instrumenten heeft men thans een veel beter begrip van onze „oceaan” van lucht verworven. Veel meer is er thans bekend over haar stromingen, temperatuur, enzovoort. De weersvoorspellingen zijn dientengevolge nauwkeuriger geworden. Niettemin valt er voor de mens nog veel over de atmosfeer te leren. Zeer ijl, maar toch nog duidelijk aanwezig, strekt ze zich tot op verscheidene aardstralen in de ruimte uit (één aardstraal is 6372 kilometer). Veel van haar mysteries zijn nog even in nevelen gehuld als vroeger, terwijl allerlei nieuwe problemen zich aandienen naarmate het ruimteonderzoek zich voortzet.

[Diagram op blz. 17]

(Zie publicatie voor volledig gezette tekst)

De ionosfeer is een gebied van elektrisch geladen deeltjes, die begint in het lagere gedeelte van de mesosfeer en zich uitstrekt tot ver voorbij de thermosfeer

450 KILOMETER 1500 °C

THERMOSFEER

80 KILOMETER -93 °C

MESOSFEER

50 KILOMETER -2 °C

STRATOSFEER

15 KILOMETER -55 °C

TROPOSFEER

AARDE

[Illustratie op blz. 18]

Een onweersbui vormt stikstofverbindingen die van levensbelang zijn voor het planteleven