Atmosferin yapısı

İstanbul–Van uçuşunun yirminci dakikası. Kalkıştan beri uçak sarsılıyor, pencerenin önünden gri bulut parçaları akıyor. Sonra bir anda her şey duruluyor: bulutlar aşağıda beyaz bir tarla gibi kalmış, üstte koyu mavi, kıpırtısız bir gök. Koltuk ekranında yükselti 11.000 m, dış sıcaklık eksi elliye yakın. Zeynep yanındaki ağabeyine dönüyor: «Bulutlar neden belli bir yükseklikte bitiyor da yukarı çıkmıyor?» Ağabeyi omuz silkiyor. Bu sorunun cevabı, havanın tek parça bir örtü değil, üst üste binmiş katmanlardan oluşmasında saklı.

• Atmosferi oluşturan gazları oranlarına göre sıralar, su buharı ile karbondioksitin az bulunmalarına rağmen neden önemli olduklarını açıklarsın.
• Troposfer ile stratosferi sıcaklığın yükseltiyle değişimi, hava olayları ve ozon bakımından birbirinden ayırırsın.
• Troposferin Ekvator üzerinde kutuplardakinden kalın olmasını gerekçelendirirsin.
• Verilen bir ifadenin hava durumunu mu yoksa iklimi mi anlattığını ayırt edersin.

Yeryüzünü saran gaz örtüsü

Atmosfer, Dünya'yı saran ve yerçekimiyle gezegene bağlı duran gaz örtüsüdür. Yerçekimi gazları aşağıya doğru çektiği için hava yere yakın yerde yoğun, yukarıda seyrektir. Dağcıların yüksek irtifada nefes almakta zorlanması bundandır: oksijenin oranı aynı kalır, ama her nefeste ciğere giren hava miktarı azalır. Ders kitaplarında atmosfer kütlesinin yaklaşık dörtte üçünün yerden en fazla 16–18 km yükseğe uzanan en alt katmanda toplandığı anlatılır. Yukarıya doğru keskin bir tavan yoktur; hava giderek incelir ve uzay boşluğuna karışır.

Havayı oluşturan gazlar

Kuru havanın bileşimi yeryüzünün her yerinde aşağı yukarı aynıdır. Ders kitabı düzeyinde bilinmesi gereken oranlar şunlardır:

Tablonun son iki satırı, bir maddenin önemini miktarından okumanın neden yanlış olduğunu gösterir.

Az ama vazgeçilmez: su buharı ve karbondioksit

Su buharı havada çok az bulunur ve oranı sabit değildir: çöl üzerindeki kuru havada pek azdır, okyanus üzerindeki sıcak ve nemli havada artar. Buna karşılık bulut, sis, yağmur, kar, dolu gibi olayların hepsinin hammaddesi odur. Havada su buharı olmasaydı yağış da olmazdı.

Karbondioksit, yeşil bitkilerin fotosentezde kullandığı gazdır; besin zincirinin başı ona bağlıdır. Su buharıyla birlikte ikinci bir işi daha üstlenir: Güneş'ten gelen ışınların büyük kısmını geçirir, ama ısınan yeryüzünün geri yaydığı ısının bir bölümünü tutar. Bu tutma olayına sera etkisi denir. Atmosferi olmayan Ay'da gündüz ile gece arasındaki sıcaklık farkı yüzlerce dereceyi bulur; Dünya'da bu farkı yumuşatan, havanın bir yorgan gibi ısıyı geç bırakmasıdır. Sera etkisi olmasaydı Dünya yaşam için fazla soğuk olurdu; tartışılan konu, karbondioksit oranı arttıkça tutulan ısının da artması ve bunun ortalama sıcaklıkları yükseltme eğilimidir.

Katmanlar neye göre ayrılır?

Atmosfer yukarıya doğru katmanlara bölünür ve bu bölmenin ölçütü, yükseldikçe sıcaklığın hangi yönde değiştiğidir. Bir katmanda sıcaklık yükseldikçe azalırken bir sonrakinde artmaya başlar; değişimin yön değiştirdiği yer iki katman arasındaki sınırdır. Bu sınırlar «-poz» ekiyle adlandırılır: troposferi stratosferden ayıran sınır tropopozdur.

Aşağıdaki tablo, orta enlemlerde yukarı bırakılan bir hava balonunun ölçebileceği değerleri gösteriyor (örnek veri, ders kitaplarında verilen ortalama değerlere yakın kurulmuştur):

Yerden 11 km'ye kadar sıcaklık düzenli olarak düşer: burası troposferdir. 11 ile 20 km arasında değişmez; tropopoz bu kesimdedir. 20 km'den sonra sıcaklık yeniden yükselir: balon stratosfere girmiştir.

Troposfer: hava olaylarının katmanı

Troposfer yeryüzüne değen en alt katmandır. Atmosferin kütlesinin büyük bölümü ve su buharının neredeyse tamamı burada bulunur; bu yüzden bulut, yağış, rüzgâr, fırtına ve şimşek gibi hava olaylarının hemen hepsi bu katmanda yaşanır. Troposfer ısısını doğrudan Güneş'ten değil, güneş ışınlarıyla ısınan yeryüzünden alır. Isı kaynağı aşağıda olduğu için yükseldikçe sıcaklık azalır; bu azalmanın oranını ve sıcaklığı yeryüzünde dağıtan etkenleri ayrıca işleyeceğiz. Yerde ısınan hava hafifleyip yükselir, yukarıda soğuyup alçalır; bu dikey hareketler katmanı sürekli karıştırır. Kancadaki sarsıntının kaynağı da budur.

Troposferin kalınlığı her yerde aynı değildir. Ders kitaplarında Ekvator üzerinde yaklaşık 16–18 km, kutuplar üzerinde yaklaşık 8 km olduğu anlatılır. Bunun iki nedeni gösterilir: Ekvator çevresinde güçlü ısınma havayı daha yükseğe taşır ve havayı kabartır; Dünya'nın kendi ekseni çevresinde dönmesinden doğan merkezkaç etkisi de Ekvator'da en fazladır. Kutuplarda soğuk ve yoğun hava ise yere yakın toplanır.

Sözel harita: kutuptan kutba troposferin tavanı

Kâğıdını yatay tut. Alt kenara düz bir çizgi çek: bu yeryüzüdür. Çizginin sol ucu Kuzey Kutbu, tam ortası Ekvator, sağ ucu Güney Kutbu olsun; Kuzey Kutbu ile Ekvator arasında, Ekvator'a biraz daha yakın bir yere 40° K enlemini, yani Türkiye'yi işaretle. Sol kenara düşey bir yükselti ekseni ekle. Şimdi tropopozu çiz: sol uçta yerden 8 km yükseklikte başlayan çizgi, Türkiye'nin üzerinden geçerken yükselir, Ekvator'un üzerinde 16–18 km'ye çıkıp bir kubbe yapar, sağa doğru yeniden alçalarak Güney Kutbu üzerinde 8 km'ye iner. Ortası şişkin bir tepe biçimi çıkar. Bulutlar, yağış ve fırtınalar bu kubbenin altındaki boşlukta yaşanır. Aynı 10 km'de uçan bir uçak kutup üzerinde tropopozu aşmış olabilir; Ekvator üzerinde ise hâlâ troposferin içindedir.

Stratosfer ve ozon

Tropopozun üzerinde stratosfer başlar ve ders kitaplarında yaklaşık 50 km'ye kadar uzandığı anlatılır. Katmanın belirleyici gazı ozondur (O₃). Ozon, Güneş'ten gelen morötesi (ultraviyole) ışınların büyük bölümünü soğurur. Bu ışınlar yeryüzüne bol miktarda ulaşsaydı cilt ve göz hastalıkları artar, bitkiler ve denizdeki küçük canlılar zarar görürdü. Soğurulan enerji katmanı ısıtır; bu yüzden stratosferde yükseldikçe sıcaklık artar. Ozonu inceltmesiyle bilinen kloroflorokarbon (CFC) gazlarının üretimi uluslararası anlaşmalarla sınırlandırılmıştır.

Stratosferde su buharı çok az olduğundan bulut ve yağış görülmez. Üst kısmı alttan sıcak olduğu için hava dikine pek karışmaz; hareket çoğunlukla yataydır. Kancadaki uçuşun aniden sakinleşmesi, uçağın bu durgun kesime yaklaştığını gösterir.

Daha yukarıdaki katmanlar

Stratosferin üzerinde ders kitaplarında sırasıyla mezosfer, termosfer ve ekzosfer sayılır. Mezosferde sıcaklık yükseldikçe yeniden azalır; atmosfere giren göktaşı parçalarının çoğunun burada sürtünmeyle yanıp gökte ışık izi bıraktığı anlatılır. Termosferde hava son derece seyrektir; elektrik yüklü taneciklerin yoğun olduğu kesimi iyonosfer adıyla da anılır ve bazı radyo dalgalarını yansıtır. Kutup ışıkları da bu yükseklikte oluşur. En dıştaki ekzosfer uzaya geçiş kuşağıdır. Bu katmanların sınırları için kaynaklar farklı değerler verir; ders kitabı düzeyinde öne çıkanlar sıraları ve belirgin özellikleridir.

Atmosfer yaşam için ne yapar?

Gazları ve katmanları gördükten sonra atmosferin işleri tek bir listede toplanabilir: Canlıların soluduğu oksijeni ve bitkilerin kullandığı karbondioksiti barındırır. Ozonla morötesi ışınları süzer. Göktaşlarının çoğunu yere ulaşmadan yakar. Sera etkisiyle gece ile gündüz arasındaki sıcaklık farkını yumuşatır. Su buharını taşıyarak su döngüsünü sürdürür ve yağışı karalara ulaştırır. Sesin yayılmasını ve güneş ışığının saçılarak gökyüzünü aydınlatmasını sağlar.

Hava durumu ile iklim

Troposferde yaşanan olayları iki farklı zaman ölçeğinde konuşuruz. Hava durumu, belirli bir yerde kısa bir süre içindeki atmosfer koşullarıdır: «Bugün Trabzon'da sağanak var», «Yarın sabah Ankara'da sis bekleniyor.» Saatler, günler içinde değişir. Onu inceleyen bilim dalı meteorolojidir. İklim ise geniş bir alanda uzun yıllar boyunca gözlenen hava koşullarının ortalamasıdır; ders kitaplarında bunun için çoğunlukla en az 30 yıllık gözlem gerektiği anlatılır: «Akdeniz kıyılarında yazlar sıcak ve kurak geçer.» İklimi inceleyen dal klimatolojidir. Kısa yol şudur: cümlede bugün, yarın, dün, bu hafta gibi tek bir an varsa hava durumu; «genellikle», «uzun yıllardır», «her yıl» gibi bir ortalama varsa iklim söz konusudur. Sıcak geçen tek bir kış, bir yerin ikliminin değiştiğini göstermez.

Bu derste sıcaklığın troposferde yükseldikçe azaldığını yalnız bir yön olarak gördük. Peki aynı yükseltideki iki yer neden farklı ısınır? Güneş ışınlarının yere hangi açıyla geldiği, karaya mı denize mi yakın olunduğu, yamacın hangi yöne baktığı ve kıyıdan geçen okyanus akıntıları sıcaklığı nasıl değiştirir; eş sıcaklık noktalarını birleştiren izoterm haritaları bu farkları nasıl gösterir? Sıradaki ders, sıcaklığın yeryüzünde dağılışını bu etkenler üzerinden kuruyor.

Örnek 1 — Miktar ile önem

Soru: Atmosferde su buharının oranı azot ve oksijene göre çok düşüktür. Buna rağmen coğrafya açısından önemli sayılmasının nedeni hangisidir?

• A) Havanın ağırlığının büyük kısmını oluşturması
• B) Ozon tabakasını oluşturan gaz olması
• C) Bulut ve yağışın kaynağı olması, yerin yaydığı ısının bir bölümünü tutması
• D) Canlıların soluduğu temel gaz olması
• E) Stratosferde yoğunlaşıp morötesi ışınları soğurması

Çözüm: Ağırlığın büyük kısmı azot ve oksijendedir; A elenir. Ozon ayrı bir gazdır (O₃); B ve E ozonun işini su buharına yükler. Solunum oksijene bağlıdır; D elenir. Su buharı yoğuşarak bulut ve yağışa dönüşür, ayrıca yeryüzünün geri yaydığı ısının bir kısmını tutar. Cevap: C.

Örnek 2 — Katmanı sıcaklık değişiminden tanımak

Soru: Bir hava balonunun ölçümünde yerden 11 km'ye kadar sıcaklık düzenli olarak azalıyor, 11–20 km arasında değişmiyor, 20 km'den sonra artıyor. Bu ölçüme göre hangisi doğrudur?

• A) 20 km'den sonraki artış, katmandaki ozonun morötesi ışınları soğurmasıyla ilgilidir.
• B) Hava olaylarının çoğu 20 km'nin üzerinde yaşanır.
• C) 11 km'ye kadarki kesim stratosferdir.
• D) Sıcaklığın sabit kaldığı kesim mezosferdir.
• E) Balon 20 km'den sonra termosfere girmiştir.

Çözüm: Yükseldikçe sıcaklığın azaldığı alt kesim troposferdir; C yanlış. Azalmanın durduğu 11–20 km kesimi tropopozdur, mezosfer çok daha yukarıdadır; D yanlış. Sıcaklığın arttığı kesim stratosferdir; burada ozon morötesi ışınları soğurup katmanı ısıtır. Hava olayları troposferde toplanır; B yanlış. Termosfer stratosfer ve mezosferin üstündedir; E yanlış. Cevap: A.

Örnek 3 — Troposferin kalınlığı

Soru: Aynı gün biri Ekvator üzerinde, öteki Kuzey Kutbu yakınında bırakılan iki hava balonunda sıcaklığın azalmasının durduğu yükseklik karşılaştırılıyor. Hangisi beklenir?

• A) İki balonda aynı yüksekliktedir; troposfer her yerde eşit kalınlıktadır.
• B) Kutup balonunda daha yüksektir; soğuk hava daha fazla yer kaplar.
• C) Ekvator balonunda daha alçaktır; Güneş ışınları orada atmosferi delip geçer.
• D) Ekvator balonunda yaklaşık iki kat daha yüksektir; güçlü ısınma ve merkezkaç etkisi troposferi kabartır.
• E) Kutup balonunda sıcaklık hiç azalmaz; kutuplarda troposfer yoktur.

Çözüm: Sıcaklığın azalmasının durduğu yer tropopozdur, yani troposferin tavanı. Ders kitaplarında bu tavan Ekvator üzerinde yaklaşık 16–18 km, kutuplar üzerinde yaklaşık 8 km olarak verilir. Ekvator'da ısınan hava yükselir ve merkezkaç etkisi en fazladır. Kutuplarda troposfer incedir ama vardır; E yanlış. Cevap: D.

Örnek 4 — Hava durumu mu, iklim mi?

Soru: Aşağıdaki ifadelerden hangisi iklimle ilgilidir?

• A) Dün akşam Erzurum'da kar yağışı başladı.
• B) Bu hafta sonu Marmara'da kuvvetli rüzgâr bekleniyor.
• C) Bugün öğleden sonra İzmir'de sıcaklık 34 °C'yi buldu.
• D) Sabah saatlerinde Bursa'da yoğun sis vardı.
• E) Doğu Karadeniz kıyılarında yağış uzun yıllardır her mevsime dağılmış olarak düşer.

Çözüm: A, B, C ve D tek bir ana (dün, bu hafta sonu, bugün, sabah) bağlıdır; hepsi hava durumudur. E'de «uzun yıllardır» ve «her mevsim» ifadeleri bir ortalamayı, yani iklimi anlatır. Cevap: E.

• Önemi miktardan okumak. Su buharı ve karbondioksit havada çok az bulunur, ama yağış ve sera etkisi onlara bağlıdır; «en az olan gaz en önemsizdir» çeldiricisi buradan kurulur.
• Ozonu yanlış katmana koymak. Ozon tabakası stratosferdedir; troposferde değil. Hava olaylarını stratosfere, ozonu troposfere yazan seçenekler sık görülür.
• «Her katmanda yükseldikçe soğur» sanmak. Sıcaklık troposferde azalır, stratosferde ozon yüzünden artar. Katmanlar zaten bu yön değişimine göre ayrılır.
• Troposferi kutupta kalın sanmak. Soğuk havanın «daha çok yer kapladığı» düşüncesi yanlıştır; troposfer Ekvator üzerinde en kalın, kutuplarda en incedir.
• Tek bir olaydan iklim hükmü çıkarmak. Kar yağmayan bir kış hava koşullarıyla ilgilidir; iklim uzun yılların ortalamasına bakılarak söylenir.