|
|
|
De mesosfeer s de derde laag van de atmosfeer, direct boven de stratosfeer en direct daaronder
de thermosfeer. In de mesosfeer neemt de temperatuur af naarmate de hoogte toeneemt.
Dit kenmerk wordt gebruikt om grenzen te definiëren: het begint bovenaan de stratosfeer ook wel de stratopauze genoemd en eindigt bij de mesopauze, het koudste deel van de atmosfeer van de aarde, met temperaturen onder −143 °C (130K). De exacte boven- en ondergrenzen van de mesosfeer variëren afhankelijk van de breedtegraad en het seizoen (hoger in de winter en in de tropen, lager in de zomer en aan de polen), maar de ondergrens bevindt zich gewoonlijk op een hoogte van 47 tot 51 km (154.000 tot 167.000 voet) boven zeeniveau, en de bovengrens (de mesopauze) is gewoonlijk 85 tot 100 km (279.000 tot 328.000 voet). |
| |
| De stratosfeer en de mesosfeer worden soms gezamenlijk de middenatmosfeer genoemd, die zich uitstrekt over hoogten tussen ongeveer 12 en 80 km boven het aardoppervlak. De mesopauze, op een hoogte van 80-90 km, scheidt de mesosfeer van de thermosfeer - de op een na buitenste laag van de atmosfeer van de aarde. Op aarde valt de mesopauze bijna samen met de turbopauze, waaronder verschillende chemische soorten goed gemengd zijn als gevolg van turbulente draaikolken. Boven dit niveau wordt de atmosfeer niet-uniform omdat de schaalhoogten van verschillende chemische soorten verschillen afhankelijk van hun moleculaire massa |
| |
| De term nabij de ruimte wordt soms ook gebruikt om te verwijzen naar hoogten in de mesosfeer. Deze term heeft geen technische definitie, maar verwijst doorgaans naar het gebied grofweg tussen de Armstrong-limiet (ongeveer 62.000 ft of 19 km, waarboven mensen een drukpak nodig hebben om te overleven) en de Kármán-lijn waar astrodynamica het moet overnemen van aerodynamica om te kunnen vliegen, of, volgens een andere definitie, naar de ruimte tussen de hoogste hoogte waarop commerciële vliegtuigen vliegen (ongeveer 40.000 voet (12,2 km) en de laagste perigeum van satellieten die in een baan om de aarde kunnen draaien (ongeveer 73 km). Sommige bronnen maken onderscheid tussen de termen "nabije ruimte" en "bovenste atmosfeer", zodat alleen de lagen die zich het dichtst bij de Kármán-lijn bevinden, worden beschreven als "nabije ruimte" |
|
|
 |
| Opbouw van de atmosfeer |
|
| |
| Temperatuur |
| |
In de mesosfeer neemt de temperatuur af met toenemende hoogte. Dit is het resultaat van de afnemende absorptie van zonnestraling door de
ijle atmosfeer met een afnemende relatieve ozonconcentratie naarmate de hoogte toeneemt. Ozon is de belangrijkste absorbeerder in de UV-golflengten die de absorptie door de thermosfeer overleefden. Bovendien is dit ook een gevolg van de toenemende afkoeling door de emissie van CO2-straling. De bovenkant van de mesosfeer, de mesopauze genoemd, is het koudste deel van de atmosfeer van de aarde. De temperaturen in
de bovenste mesosfeer dalen tot ongeveer -100 ° C (173 K; -148 ° F), variërend afhankelijk van de breedtegraad en het seizoen. |
| |
| |
| Nagloed van de troposfeer (oranje), de stratosfeer (blauw) en de mesosfeer (donker) waar het binnendringen van de atmosfeer begint, waardoor rooksporen achterblijven, zoals in dit geval van de terugkeer van een ruimtevaartuig. |
| |
 |
| Afbeelding-1 |
|
|
 |
| Afbeelding-2 |
|
|
1: De atmosfeer van de aarde zoals deze vanuit de ruimte verschijnt, als banden van verschillende kleuren aan de horizon. Vanaf de onderkant
verlicht nagloeien de troposfeer in oranje met silhouetten van wolken, en de stratosfeer in wit en blauw. Vervolgens strekt de mesosfeer
(roze gebied) zich uit tot net onder de rand van de ruimte op honderd kilometer afstand en de roze lijn van airglow van de lagere thermosfeer
(donker), die groene en rode aurorae over honderden kilometers herbergt. |
2: Nagloed van de troposfeer (oranje), de stratosfeer (blauw) en de mesosfeer (donker) waar het binnendringen van de atmosfeer begint,
waardoor rooksporen achterblijven, zoals in dit geval van de terugkeer van een ruimtevaartuig. |
| |
| De belangrijkste kenmerken in deze regio zijn sterke zonale oost-west winden, atmosferische getijden, interne atmosferische zwaartekrachtgolven (gewoonlijk "zwaartekrachtgolven" genoemd) en planetaire golven. De meeste van deze getijden en golven beginnen in de troposfeer en de lagere stratosfeer, en planten zich voort naar de mesosfeer. In de mesosfeer kunnen de amplitudes van zwaartekrachtgolven zo groot worden dat de golven onstabiel worden en verdwijnen. Deze dissipatie zorgt voor momentum in de mesosfeer en stimuleert grotendeels de mondiale circulatie |
| |
Nachtlichtende wolken bevinden zich in de mesosfeer. De bovenste mesosfeer is ook het gebied van de ionosfeer dat bekend staat als de D-laag,
die alleen overdag aanwezig is wanneer enige ionisatie optreedt waarbij stikstofmonoxide wordt geïoniseerd door Lyman-serie-alfa-waterstofstraling. De ionisatie is zo zwak dat wanneer de nacht valt en de ionisatiebron wordt verwijderd, het vrije elektron en het ion zich weer vormen tot een neutraal molecuul. |
| |
Een 5 km diepe natriumlaag bevindt zich tussen 80-105 km. De natriumlaag, gemaakt van ongebonden, niet-geïoniseerde natriumatomen, straalt zwak uit en draagt bij aan de airglow. Het natrium heeft een gemiddelde concentratie van 400.000 atomen per kubieke centimeter. Deze band
wordt regelmatig aangevuld door natriumsublimatie door inkomende meteoren. Astronomen zijn begonnen deze natriumband te gebruiken om ‘gidssterren’ te creëren als onderdeel van het adaptieve optische correctieproces dat wordt gebruikt om ultrascherpe waarnemingen vanaf de grond te produceren. Andere metaallagen, b.v. ijzer en kalium komen ook voor in de bovenste mesosfeer/lagere thermosfeer. |
| |
| Vanaf oktober 2018 is er een apart type aurora geïdentificeerd, afkomstig uit de mesosfeer. Vaak aangeduid als duinen vanwege hun gelijkenis met zandrimpelingen op een strand, strekken de groene golvende lichten zich uit naar de evenaar. Er is vastgesteld dat ze ongeveer 96 km boven het oppervlak vandaan komen. Omdat poollicht wordt veroorzaakt door ultrasnelle zonnedeeltjes die interageren met atmosferische moleculen, is de groene kleur van deze duinen voorlopig verklaard door de interactie van die zonnedeeltjes met zuurstofmoleculen. De duinen komen daarom voor waar mesosferische zuurstof meer geconcentreerd is. |
| |
| Miljoenen meteoren komen de atmosfeer van de aarde binnen, met een gemiddelde van 40.000 ton per jaar. Er wordt gedacht dat het geablateerde materiaal, meteorische rook genoemd, dient als condensatiekernen voor nachtlichtende wolken. |
| |
|
De mesosfeer ligt boven hoogterecords voor vliegtuigen, terwijl alleen de laagste kilometers toegankelijk zijn voor ballonnen, waarvoor het hoogterecord 53,0 kilometer is. Ondertussen bevindt de mesosfeer zich onder de minimale hoogte voor orbitale ruimtevaartuigen vanwege de hoge atmosferische weerstand. Het is alleen toegankelijk via het gebruik van sonderingsraketten, die slechts enkele minuten per missie mesosferische metingen kunnen uitvoeren. Als gevolg hiervan is het het minst begrepen deel van de atmosfeer, wat resulteert in de humoristische naam ignorosphere. De aanwezigheid van rode sprites en blauwe jets (elektrische ontladingen of bliksem in de lagere mesosfeer), nachtlichtende wolken
en dichtheidsschaarste in deze slecht begrepen laag zijn van actueel wetenschappelijk belang. |
| Mesopauze |
| Mesopauze |
|
| De mesopauze is het punt van minimumtemperatuur op de grens tussen de atmosferische gebieden van de mesosfeer en de thermosfeer. Door het gebrek aan zonnewarmte en de zeer sterke stralingskoeling door koolstofdioxide is de mesosfeer het koudste gebied op aarde, met temperaturen zo laag als -100 °C of 173 K. |
| |
| Jarenlang werd aangenomen dat de hoogte van de mesopauze ongeveer 85 km bedroeg, maar observaties op grotere hoogten en modelstudies van de afgelopen tien jaar hebben aangetoond dat er in feite twee mesopauzes zijn: één op ongeveer 85 km en één op ongeveer 85 km een sterkere op ongeveer 100 km, met een laag iets warmere lucht ertussen. |
| |
| Een ander kenmerk is dat de zomermesopauze koeler is dan de winter ook wel de mesopauze-anomalie genoemd. Het is te wijten aan een zomer-naar-wintercirculatie die aanleiding geeft tot opwelling aan de zomerpool en neerwaartse beweging aan de winterpool. Opstijgende lucht zal uitzetten en afkoelen, wat resulteert in een koude zomermesopauze, en omgekeerd resulteert neerwaartse lucht in compressie en daarmee gepaard gaande temperatuurstijging tijdens de wintermesopauze. In de mesosfeer is de zomer-naar-wintercirculatie het gevolg van de dissipatie van zwaartekrachtgolven, die momentum afzet tegen de gemiddelde oost-weststroom, wat resulteert in een kleine noord-zuidcirculatie. |
| |
| De afgelopen jaren is de mesopauze ook het middelpunt geweest van onderzoeken naar de mondiale klimaatverandering die verband houdt met de toename van CO2. In tegenstelling tot de troposfeer, waar broeikasgassen ervoor zorgen dat de atmosfeer opwarmt, koelt de toename van CO2 in de mesosfeer de atmosfeer af als gevolg van de toegenomen stralingsemissie. Dit resulteert in een meetbaar effect: de mesopauze zou koeler moeten worden met meer CO2. Waarnemingen laten een daling van de temperatuur in de mesopauze zien, hoewel de omvang van deze daling varieert en onderwerp is van verder onderzoek. Er zijn ook modelleringsstudies naar dit fenomeen uitgevoerd. |
| |
|
|
|
|
|
|
