Atmosfer Bumi

Atmosfer Bumi

Bumi adalah planet unik di antara planet-planet tata surya, karena bumi aktif secara kimiawi dan kaya akan oksigen.  Mars, misalnya, memiliki atmosfer yang jauh lebih tipis, yaitu sekitar 90 persen karbon dioksida.  Jupiter, terdiri dari 90 persen hidrogen, 9 persen helium, dan 1 persen zat lainnya. Secara umum dipercayai bahwa tiga miliar atau empat miliar tahun yang lalu, atmosfer Bumi terdiri dari amonia, metana, dan air. Radiasi ultraviolet (UV) dari matahari mungkin menembus atmosfer. Namun demikian, radiasi UV yang sama  telah memicu reaksi kimia yang akhirnya mengarah untuk hidup di Bumi. Organisme primitif menggunakan energi dari matahari untuk memecah karbon dioksida (dihasilkan oleh aktivitas gunung berapi) untuk mendapatkan karbon.  Produk utama dari proses ini, yang disebut fotosintesis, adalah oksigen.  Sumber oksigen penting lainnya adalah penguraian uap air oleh sinar UV. Seiring waktu, semakin banyak gas reaktif seperti amonia dan metana menghilang, dan sekarang atmosfer kita sebagian besar terdiri dari oksigen dan gas nitrogen.

Gambar 17.1 menunjukkan komposisi udara kering di permukaan laut.  Massa total dari atmosfer sekitar 5,3 3 1018 kg.

Gambar 17.1 Siklus nitrogen. Meskipun pasokan nitrogen di atmosfer  tidak pernah habis, ia harus digabungkan dengan hidrogen atau oksigen sebelum dapat diasimilasi oleh tumbuhan tingkat tinggi, yang nantinya akan dikonsumsi oleh hewan.

Mekanisme penting lain untuk memproduksi nitrat dari gas nitrogen adalah cahaya. Langkah-langkahnya:

Sekitar 30 juta ton HNO₃ diproduksi dengan cara ini setiap tahun. Asam nitrat diubah menjadi garam nitrat sebagai pupuk di dalam tanah. Nutrisi ini diambil oleh tanaman, yang akan dicerna oleh hewan. Hewan menggunakan nutrisi dari tumbuhan untuk membuat protein dan biomolekul  esensial lainnya. Sebagai contoh, organisme anaerobik tertentu menguraikan kotoran hewan juga tumbuhan dan hewan mati untuk menghasilkan nitrogen molekul bebas dari nitrat.

Sejauh peristiwa yang terlihat, wilayah paling aktif adalah troposfer, lapisan atmosfer itu mengandung sekitar 80 persen dari total massa udara. Troposfer adalah lapisan atmosfer tertipis (10 km), tetapi di tempat dimana peristiwa cuaca — hujan, kilat, angin topan — terjadi. Temperatur menurun hampir secara linier dengan meningkatnya ketinggian di wilayah ini.

Di atas troposfer adalah stratosfer, yang terdiri dari nitrogen, oksigen, dan ozon. Di stratosfer, suhu udara naik dengan ketinggian. Efek pemanasan ini yaitu hasil reaksi eksotermik yang dipicu oleh radiasi UV dari matahari. Salah satu produk dari rangkaian reaksi ini adalah ozon (O3), berfungsi untuk mencegah sinar UV yang berbahaya jika mencapai ke permukaan Bumi. Di mesosfer (berada di atas stratosfer) konsentrasi ozon dan gas lainnya rendah, dan suhu menurun dengan meningkatnya ketinggian. Termosfer, atau ionosfer, adalah lapisan atmosfer paling atas. Kenaikan dalam suhu di wilayah ini adalah hasil dari pemboman oksigen molekuler dan nitrogen dan spesies atom oleh partikel energik, seperti elektron dan proton, dari matahari. 

Reaksi yang khas adalah:

Sebaliknya, proses-proses ini membebaskan jumlah energi yang sama, kebanyakan sebagai panas.
Partikel terionisasi bertugas untuk memantulkan kembali gelombang radio ke arah Bumi.