Her kan du se skinn i jordas atmosfære, som en stripe. Bildet er fra den internasjonale romstasjonen.
Her kan du se skinn i jordas atmosfære, som en stripe. Bildet er fra den internasjonale romstasjonen.

Hvorfor forsvinner ikke all lufta ut i verdensrommet?

SPØR EN FORSKER: Atmosfæren lekker kanskje mer enn du tror, men heldigvis har vi fortsatt luft nok her nede.

Nesten alle som lever, lever i atmosfæren - lufta vi puster og lever i som ligger rundt hele jorden.

Men hvordan holder den seg på plass? For oss oppleves atmosfæren rundt oss som noe svært lett og uangripelig.

Likevel stikker den ikke av, og den holdes på plass av samme grunn som alt annet holder seg nede på jorda: Tyngdekraften.

– Jorda er stor og tung, sier Bjørn Samset til forskning.no. Han er fysiker og seniorforsker ved Cicero -senter for klimaforskning.

– Disse gassene kan ikke stikke av så lenge det er en jord som holder de på plass.

Jorda ble til av en hel rekke forskjellige grunnstoffer for godt over 4 milliarder år siden. I denne prosessen la molekylene av grunnstoffer seg fra tyngst innerst til lettest ytterst, og alt holdes på plass av den samme tyngdekraften.

De letteste molekylene ligger som et slags tynt slør, nesten som en veldig tynn væske, rundt kloden.

Samset peker på at alle disse molekylene i atmosfæren ville ha lagt seg i lag, fra tyngst nederst til lettest ytterst hvis det ikke skjedde noen miksing i atmosfæren. Men i den virkelige verden tilfører sola ekstremt mye energi til atmosfæren, og det er svært mye som skjer der oppe.

Men bittelitt av lufta forsvinner faktisk ut i verdensrommet. Rundt 90 tonn av atmosfæren forsvinner hver eneste dag rett ut i rommet, ifølge den Europeiske romfartsorganisasjonen.

Dette høres mye ut, men det er bare en ørliten del av atmosfæren.

– Det ville nok tatt over 150 milliarder år før atmosfæren forsvant på denne måten, sier Samset.

Hvorfor noe av oksygenet forsvinner er et komplisert spørsmål, men det skal vi komme tilbake til senere i saken.

Men først: Hva er det egentlig i lufta?

Lufta som ikke forsvinner

Lufta er laget av en hel rekke forskjellige gasser, men det er aller mest nitrogen - opp mot 80 prosent. Det livsviktige oksygenet utgjør rundt 20 prosent, med mindre mengder av argon, karbondioksid, helium, hydrogen og andre stoffer.

Les mer om hvor oksygenet på jorda egentlig kommer fra på forskning.no.

Men det er her vår intuisjon om verden stopper litt opp. Vi opplever stein som noe tungt og håndfast, mens lufta er noe fundamentalt annerledes. Filosofene i antikken og andre deler av verden kom opp med de fire elementene jord, ild, luft og vann som noe unikt og forskjellig fra hverandre.

Men det er ikke sånn verden fungerer. Alt er bygget opp av grunnstoffer, og disse grunnstoffene har masse og vekt.

– Det er egentlig ikke noen forskjell på et nitrogen-molekyl og en stein. «Only different in your mind» som Yoda sier, sier Samset.

– Hvis et nitrogen-molekyl skal stikke av fra jorden, så må det få energi fra ett eller annet sted.

Hvis både et nitrogenmolekyl eller en stein skal reise ut av jordens dype tyngdefelt, må det tilføres energi. Når vi sender ting ut i verdensrommet, bruker vi raketter til å motvirke tyngdekraften.

Det krever mye energi, noe som forklarer hvorfor rakettene vi bruker er så store og trenger så mye brennstoff. For å unnslippe jordens gravitasjon fra overflaten må man opp i over 40 000 kilometer i timen.

En Saturn V-rakett fraktet månefartøyet, romskipet og tre astronauter ut mot månen, med en total last på maks 130 tonn med vekt. Men for å sende det ut i rommet må hele raketten veie opp mot 2800 tonn - det aller meste er drivstoff, ifølge NASA.

Et molekyl med nitrogen er ekstremt mye lettere enn rakettlasten, men det må fortsatt tilføres energi for at det skal forsvinne.

Og det kan skje på flere måter.

Denne raketten er over 110 meter høy, og består stort sett av drivstoff. Det er mye energi som trengs for å unnslippe jordoverflaten.
Denne raketten er over 110 meter høy, og består stort sett av drivstoff. Det er mye energi som trengs for å unnslippe jordoverflaten.

Lette grunnstoffer

Noen stoffer - helium og hydrogen - er lettere enn luft. Disse gassene stiger opp i atmosfæren, men dette betyr ikke at de forsvinner ut i verdensrommet når du for eksempel stikker hull på en heliumballong.

Det er littegranne helium spredt i atmosfæren, og det er for eksempel ekstremt tynt spredt helium og hydrogen i atmosfærens ytterste lag - eksosfæren.

Det tilføres energi fra sola som varmer opp atmosfæren og får atomer og molekyler til å bevege mer på seg, og denne energien kan kaste ut stoffer. Det tilføres også hydrogen og helium til atmosfæren fra sola.

I en gass beveger molekylene seg hele tiden og krasjer inn i hverandre, og noen ganger får molekyler av disse og andre gasser et så kraftig dytt at de blir slynget ut av atmosfæren. De når såkalt unnslippelseshastighet, og er dermed fri fra jordens tyngdebrønn.

– Der oppe er tyngdekraften svakere enn ved overflaten, sier Bjørn Samset.

– Noen av disse dunkene blir så harde at de greier å stikke av. Det blir nesten som en tilfeldig rakett.

Men denne «tilfeldig rakett»-effekten står bare for en liten del av det som faktisk forsvinner fra atmosfæren - kun rundt 10-20 prosent.

Og akkurat hvorfor resten forsvinner er et mysterium.

Hvorfor forsvinner det oksygen?

Oksygen og nitrogen-molekyler burde ikke kastes ut av atmosfæren, fordi de er for tunge, forteller Jøran Moen til forskning.no.

Moen har forsket på denne atmosfære-lekkasjen, blant annet ved hjelp av små forskningsraketter som skytes opp fra Svalbard. Han jobber nå som direktør ved UNIS på Svalbard.

Et oksygenatom er for eksempel mange ganger mer massivt enn et helium-atom.

Likevel er det en strøm med oksygen, helium og hydrogen som forsvinner over jordens magnetiske poler - en atmosfærelekkasje. Forskningsrakettene skytes gjennom lekkasjene for å se hva som egentlig foregår her.

Slik ser en kunstner for seg at denne lekkasjen ser ut. Molekyler fra atmosfæren sendes ut i to fontener, og dette står for rundt 90 tonn med tapt atmosfære om dagen.
Slik ser en kunstner for seg at denne lekkasjen ser ut. Molekyler fra atmosfæren sendes ut i to fontener, og dette står for rundt 90 tonn med tapt atmosfære om dagen.

Disse lekkasjene er nesten som fontener av atomer som står ut over de to magnetiske polene på jorda. Og her er det så tunge molekyler at det trengs svært mye energi for å få dem ut.

Og i disse fontenene er det svært tett luft, sammenlignet med rommet rundt. Jøran Moen forteller om satellitter som plutselig opplever mye større motstand når de går gjennom fontenene, fordi tettheten av gass er mye større akkurat her.

Moen forklarer at de ikke vet akkurat hvor all denne energien kommer fra, men den kan spores til solvinden - strømmen med ladde partikler som alltid slår mot atmosfæren. Disse skaper også nordlyset - et fenomen som henger sammen med atmosfære-fontenene.

10 000 grader

–De ladde partiklene skaper en kraftig oppvarming av atmosfæren - opp til 5000 til 10 000 grader Kelvin, sier Jøran Moen til forskning.no.

Dette er altså opp mot 10 000 grader celsius.

Men denne oppvarmingen gir likevel ikke nok energi til å kaste ut de tunge atomene og molekylene.

Moen forteller at det sannsynligvis henger sammen med den elektriske koblingen som skjer mellom jordens magnetfelt og solvinden som treffer magnetfeltet.

Koblingen tilfører energi og har et potensial for kraftig oppvarming av atmosfæren. De oppvarmede atmosfærepartiklene kan følge magnetlinjene i jordas magnetiske felt, og blir kastet ut over de magnetiske polene. Da skapes disse fontene.

En modell som viser magnetfeltet rundt jorda (sirkelen i midten) , og hvordan det bøyer av kraftig solvind, som er representert ved det røde fargen. Magnetfeltene er representert ved alle linjene. Solvinden kommer altså fra venstre.
En modell som viser magnetfeltet rundt jorda (sirkelen i midten) , og hvordan det bøyer av kraftig solvind, som er representert ved det røde fargen. Magnetfeltene er representert ved alle linjene. Solvinden kommer altså fra venstre.

– Men vi har ikke funnet de presise oppvarmingsmekanismene, sier Moen. Han forteller også at dette er et pågående arbeid.

Jordas magnetiske felt beskytter egentlig atmosfæren og oss som lever her mot de ladde partiklene som kommer med solvinden. Uten det magnetiske feltet ville atmosfæren bli sakte, men sikkert blitt skrellet vekk og tynnet ut. Men dette vil ta svært lang tid, ifølge Live Science.

Mars hadde sannsynligvis et kraftig magnetisk felt i solsystemets tidlige tider, men dette feltet sluttet å fungere for flere milliarder år siden, ifølge BBC. På denne tiden hadde Mars en mye tykkere atmosfære, som er kraftig redusert av solvinden. Dette er en av grunnene til at Mars er den ørken-planeten vi kjenner i dag.

Så selv om det lekker litt fra jordas atmosfære, går den ikke tom på lang, lang tid.

Og lenge før all lufta forsvinner ut i verdensrommet, vil jorda være ubeboelig for oss på grunn av at sola utvider seg og blir varmere, som du kan lese mer om på forskning.no

Vi vil gjerne høre fra deg!

TA KONTAKT HER
Har du en tilbakemelding, spørsmål, ros eller kritikk? Eller tips om noe vi bør skrive om?

Powered by Labrador CMS