Atmosfæren

Oversigtsbillede over atmosfæren

	Højde (ofte betydelig varians mellem højder i de enkelte kilder)	Luftsammensætning
		Jordens afstand til solen 149.476.000 km godt 2 mill. km. mindre i januar og godt 2 mill. km. mere i juli
	Mod solen 80 km. - +60.000 km. Fra solen 80 km. - 6-7 mill. km				Magnetosfære ------ Ringstrømme 8.000-30.000 km. ------ Ydre "van Allen" bælte 10.000-65.000 km.
A t m o s f æ r e n	>500 - ca. +10.000 km		Heterosfære med turbopause ydre atmosfære	Exosfære	Plasmasfære Mod solen 1.000 - 18.000 km. Fra solen 1.000 km. - 40.000 km. ------ Indre "van Allen" bælte 1.000-4.000 km.
	80/85 - >500 km		Heterosfære med turbopause ydre atmosfære	Termosfære	Ionosfære
	50 - 80/85 km		Homosfære / turbosfære indre atmosfære	Mesosfære med mosopause og turbopause
	12 - 50 km			Stratosfære med stratopasuse ------ Ozonlag
	0 - 12 km			Troposfære med tropopause ------ Jetstrømme
	6.376,5 km	Jordskorpe: Fast form = Lithosfære. Vand = Hydrosfære			Jordens radius (til sammenligning)

Atmosfæren er en ganske stor "pose" udenom jorden. Den strækkes sig adskillige tusinde kilometer ud i rummet. Den består af en række gasser, der i forskellige højder indgår i forskellige kombinationer med hinanden. De holdes inde mod jorden af tyngdekraften. Dennes aftagende effekt med højden indebærer, at gassernes tæthed aftager med afstanden fra jorden. Ca. 50% af den samlede luft-/gasmasse ligger indenfor de nederste 5 km af troposfæren. Andre ca. 30% ligger indenfor resten af troposfæren. 99,9997% af luftmassen ligger under 100 km. fra jordoverfladen - i homosfæren.
Denne luftmængde er sammensat som vist i tabellen nedenfor.

Det kan være svært at beskrive atmosfæren systematisk, idet den vertikalt kan beskrives på 3 forskellige sideordnede måder.
Vertikalt kan der indenfor de enkelte måder i varierende omfang opdeles i hovedlag og mellemlag. Derudover kan der indenfor de enkelte lag være dynamiske variationer over tid og af andre årsager. En enkelt ting kan endvidere have forskellige navne og enighed om afstande og tykkelser er der heller ikke altid. Dertil kommer, at der ikke synes blandt folk med indsigt at være helt enighed om hvor i matrixen visse begreber skal placeres. (Eksempelvis er der variation mellem om exosfsæren betragtes som et selvstændigt temperaturlag over termosfæren eller om den er en del af termosfæren. Nedenfor er den medtaget som et temperaturlag).

Mens de enkelte regioner kaldes "sfærer" (spheres) kaldes deres øverste grænse typisk "pause".

Atmosfæren beskytter livet på jorden ved at absorbere solens ultraviolette stråler (al UVC og næsten al UVB), forstøve meteorer, forstøve kometer, absorbere solvind og kosmisk stråling. Herudover reducerer atmosfæren temperaturforskellene mellem nat og dag samt udligner globalt set temperaturforskellene mellem områder med relativt indstrålingsoverskud, subtroperne og troperne, og områder med relativt indstrålingsunderskud, de polare egne arktis og antarktis. Dette kaldes den atmosfæriske cirkulation.

Det et godt spørgsmål hvordan og hvornår atmosfæren (og jorden iøvrigt) er opstået? Her er 2 bud:

Tør atmosfære					Små mængder tør atmosfære
Gas			Volume (%)	kommentar	Gas			Volume (%)	kommentar
Kvælstof	N₂	Nitrogen	78,0840	grundstof	Kvælstofilte	N₂O	Nitrous oxide	0,00005
Ilt	O₂	Oxygen	20,9460	grundstof	Xenon	Xe	Xenon	0,000009	ædelgas, grundstof
Argon	Ar	Argon	0,9340	ædelgas, grundstof	Ozon	O₃	Ozone	0 - 0,000007	grundstof
Kuldioxyd, kulsyre	CO₂	Carbon dioxide	0,0383	molekule, årstids- og døgnafhængigt	Kvælstofoverilte	NO₂	Nitrogen dioxide	0,000002
Neon	Ne	Neon	0,001818	ædelgas, grundstof	Jod	I	Iodine	0,000001
Helium	He	Helium	0,000524	ædelgas, grundstof	Kulilte, kuloxyd	CO	Carbon monoxide	spor
Metan, sumpgas	CH₄	Methane	0,0001745	modelule, årstids- og døgnafhængigt	Ammoniak	NH₃	Ammonia	spor
Krypton	Kr	Krypton	0,000114	ædelgas, grundstof
Brint	H₂	Hydrogen	0,000055	grundstof
Våd atmosfære
Vanddamp	H₂O	Water vapor	ca. 0,25 over hele atmosfæren. Typisk 1% - 4% ved jordoverfladen.	molekyle, årstids- og døgnafhængigt

Luftsammensætning

Atmosfæren opdeles i 2 hovedområder primært afgrænset af hvordan gasserne arrangerer sig.

Heterosfære

Forskelligheds- eller uensartetheds-lag.
På et tidspunkt bliver der så få atomer og molekuler i luften at kollision mellem dem bliver en sjældenhed. Der vil derfor heller ikke ske nogen væsentlig blanding imellem dem. Det er i dette område (skønsmæssigt i en højde på ca. 100 km.) at heterosfæren begynder over turbopausen. Heterosfæren kaldes til tider også barosfæren. Den manglende kollision medfører en tendens til at de tilstedeværende gasarter lagdeler sig baseret på molekylær masse i lag bestående af hhv. helium, molekylær brint og atomar brint.Højden på heterosfæren kan variere betydeligt afhængig af temperatur.

Heterosfæren er hjemsted for exosfæren og termosfæren, samt for de 3 ioniseringslag magnetosfæren, plasmasfæren og ionosfæren.

Heterosfæren (op til ca. 2.000 km, men dog mest i termosfæren) er også der, hvor en række LEO satellitter (Low Earth Orbiting satellites) opererer. LEO sattelitter omfatter bl.a. rumfærger (320 - 380 km.), den internationale rumstation, Hubble rumteleskopet mange geostationære kommunikationssatellitter opererer. Desværre er området også fyldt med en masse 'rumaffald'. LEO satellitter er ikke geo-stationære, men har en typisk "rejsehastighed på ca. 27,400 km/t.
Desværre er brinten i heterosfæren reaktiv og angriber satellitternes komponenter med livstidsforkortelse til følge.

Homosfære

Ensartet lag.
Homosfæren også kaldet turbosfæren udgør den samlede nedre del af atmosfæren. Dens omfang svarer ret nøje til Troposfæren + Stratosfæren + Mesosfæren. Den strækker sig fra jordoverfladen op til knap 100 km. højde.

De væsentligste samlede karakteristika for homosfæren er at gasblandingen er forholdsvis homogen - bortset fra vanddampe og visse specielle forhold såsom ozonlaget. Tætheden af luftatomer, temperaturforskelle, corioliseffekten, Rossby-bølger og jetstrømme gør, at der bliver rørt ganske godt rundt i gryden.

Faldende tæthed med højden indebærer at homosfæren indeholder 99,999% af den samlede masse i atmosfæren.

Temperatur

Inden vi fra jordens overflade kommer ud i de rene ingenting skal passeres 5 luftlag, der især differentieres på temperatur.

Exosfære

Exosfæren ((Græsk):exo for yderside eller ekstern og sphaîra for kugle) er den yderste sfære i Jordens atmosfære og sidste "stop" føre det ydre rum. Exosfæren begynder ca. 500 (måske 1.000) km over Jorden og har en diffus ydre grænse ved omkring 5.000 - 10.000 km. Partikler i exosfæren er ikke / kun i begrænset omfang regulerede af tyngdekraften til forskel fra partiklerne i de 4 underliggende temperatursfærer.

"Lufttætheden" i exosfæren er så lille at kollisioner mellem atomer er sjældne. Bevæger de sig med tilstrækkelig hastighed kan de med stor sandsynlighed slippe fri af jordens tyngdekraft og bevæge sig ud i næste niveau: det interplanetare rum. Exosfæren indeholder kun letteste gasser, især ilt, lidt helium, kultveilte og atomisk ilt.

Exosfærens tæthed og struktur påvirkes af en række faktorer såsom ændringer i tæthed og temperatur i atmosfæren nedenunder, fotoionisering (The ionization of an atom or molecule by the absorption of a high-energy photon (the elementary particle responsible for electromagnetic phenomena. It is the carrier of electromagnetic radiation of all wavelengths). It is an important source of opacity in stars.) og ionisering fra påvirkninger med partikler fra solvinde (A tenuous, radial flow of gas and energetic charged particles, mostly protons and electrons, from the Sun's corona), udveksling af ladninger med plasma i planosfæren og stråletryk udført af solare ultraviolette fotoner.

Den nederste del af exosfæren (exobasen) kaldes også Det kritiske Niveau. Basen kan defineres på 2 måder:

Den højde hvorover der kun i begrænset omfang forekommer atomare kollisioner mellem partikler og
Den højde hvorover de forekommende atomer følger en bane der alene er påvirket af tyngdekraften og aerodynamiske kræfter.

I eller under exobasen er tætheden derimod så stor at kollosioner i stigende grad påvirker gasmolekulers og atomers bevægelser.
Der er også komponenter, der har en binding til jordens tyngdekraft. Disse kan være både atomer, der har afsluttet et ballistisk forløb i rummet og atomer, der har været i kredsløb i en periode. Efter i nogen tid at have kredset om jorden returnerer de til den tættere atmosfære.

Termosfære

Termosfæren ((Græsk):therme for varme og sphaîra for kugle) er et lag fra ca. 80 km til ca. 500 km højde i jordens atmosfære.

Temperaturen stiger med højden fra knap -100°C til +1.700°C eller mere alt efter solaktivitet. I dagtiden vil temperaturen endda kunne stige til 2.500°C. Den tynde luft gør dog, at et normalt termometer ville vise langt under 0°C. Stigningen sker ved at de meget små mængder af ilt (O2) og kvælstof der findes i den meget tynde luft absorberer energi fra kosmisk stråling og solstråler. Da lufttrykket er ekstremt lavt, har de høje temperaturer dog mindre betydning.

Op til en højde på ca. 120 km. kan det "atmosfæriske tidevand", der har sit udgangspunkt i troposfæren og stratosfæren, mærkes. Medvirkende dertil er de store forskelle i temperatur der følger af døgnrytmen. Over denne højde er luftens molekuletæthed for lille til at der kan dannes et "flow".

Mesosfære

Mesosfæren ((Græsk): mesos for mellem / midterste og sphaira for kugle) er den del af atmosfæren, der ligger over stratosfæren og er er det yderste lag i homosfæren. Mesosfæren er ca. 30-35 km. tyk og ligger ca. 50 - 80/85 km over jorden.

Efter at temperaturen steg i stratosfæren, falder den nu drastisk og når i den yderste del af mesosfæren (mesopausen) ned på ca. -70 til -100°C varierende med breddegrad og årstid. Temperaturen aftager med højden fordi opvarmningen ved opsamling af ultraviolette stråler i ozonlaget ophører og fordi svage forekomster af kultveilte har en betydelig afkølende effekt.
I de nedre dele af atmosfæren fungerer kultveilten som en såkaldt drivhusgas ved at opsamle infrarøde stråler fra jordens overflade. I den fortyndede luft afkøler kultveilten atmosfæren ved at reflektere varme tilbage til rummet.
I mesopausen når temperaturen således ned på en så nogenlunde liniær fortsættelse af forholdet mellem højde og temperatur i troposfæren. Mesosfæren nulstiller således (set fra jorden) temperaturstigningenen i stratosfæren.

Mesosfæren indeholder en betydelig mængde gas. En betydelig mængder meteorer / stjerneskud varierende i størrelse fra sandkorn til større sten, der kommer ind fra rummet, brænder op i den varme der dannes ved mødet med gasserne. Ved nedbrydningen af meteorerne efterlades en ganske høj koncentration af jern og andre metalliske atomer.

De væsentligste dynamiske karakteristika ved mesosfæren er forekomsten af "atmosfærisk tidevand" / "tyngedekraft bølger" Disse er de yderste opadgående følger af Planetære- eller Rossby-bølger der har udgangspunkt relateret til Jetstrømmene. Bølgerne kan i mesosfæren blive så store, at de bliver ustabile og opløses. Energien derfra udgør en væsentlig del af drivkraften bag mesosfærens globale cirkulation.

Mesosfæren ligger mellem den maksimale højde fly kan nå og den minimale højde rumfærger kan operere i. Den er derfor det mest ukendte lag i atmosfæren.

De polare mesosfære skyer eller natskyer forekommer i den øverste del af mesosfæren.

Mesopausen (Def: Den 3-dimensionale overflade over 80 km. der har de laveste gennemsnitlige temperaturer pr. døgn.) udgør de øverste kilometer af mesosfæren op mod termosfæren (ca. 88 km. ved den pol der har sommer, og ca. 100 km. ved den pol der har vinter). Den udgør den koldeste del af mesosfæren og udgør desuden et vendepunkt mod svagt stigende temperaturer resten af vejen op til solen.

Ozonlaget

Ozonlaget, der ligger i den laveste del af stratosfæren i ca. 15-35 km. højde, er jordens solbriller overfor rummet. Ca. 90% af atmosfærens ozon er samlet her med en koncentration på nogle få dele pr. million (typisk 2-8). De sidste 10% findes i troposfæren (10% deraf kommer fra ozonlaget. Resten dannes lokalt på forskellig vis). Et komprimeret ozonlag ville ved jordoverfladen kun være nogle få millimeter tykt.
Ozonen transporteres med de store vindsystemer over meget store afstande. Ozonlagets tykkelse kan derfor variere meget kortvarigt fra dag til dag. Over længere perioder kan der forekomme geografiske og årstidsbetingede variationer i lagets tykkelse. Endelig kan der være tale om, at ozonlagets tykkelse naturligt ændrer sig langsomt over mange år.

Strålingen fra solen er på jorden meget beskeden, men dog stærk nok til at vi bør beskytte os en del mod den. Strålingen og dens energirige elektromagnetiske spektrum spreder sig over et meget stort bånd af bølgelængder fra meget korte ultraviolette stråler (op til ca. 350nm) over synligt lys (ca. 350 - ca. 700nm) til infrarøde bølger (over ca. 700 nm). De korteste bølger bærer mest energi og er mest skadelige for levende organismer. Disse har især behov for energierne knyttet til det synlige lys.

Ozonen beskytter jordens biologiske liv mod skadelige indtrængende ultraviolette stråler - elektromagnetiske stråler med kortere bølgelængde end almindeligt lys - fra solen ved at opsamle UVD og UVC stråling, samt meget af UVB og lidt af UVA strålingen.

Den normale cyklus for dannelse / nedbrydning af ozon er:

Iltmolekuler med 2 atomer (O₂) opsplittes ved fotolyse i en langsom proces i 2 atomare ilt-atomer (AO). Et AO atom smelter derefter sammen med et ubrudt O₂-atom og danner et ligeledes ustabilt ozon-atom (O₃).
I en kontinuert delvis lukket proces forårsager ultraviolette stråler fra solen at ozonen nedbrydes til iltatomer (O), der efterfølgende igen sammensmelter til ozon-atomer. Disse processer afgiver varme i stratosfæren. Dette kaldes ilt-ozon cyklusen.
Ozon-atomer glider langsomt ud af processen som følge af reaktioner mellem ilt-atomer og ozon-molekuler (O + 0₃ = 2 O₂). Endvidere kan laget reduceres af frie katalysatorer såsom kvælstof monooxid (NO), hydroxyl (HO), brom (Br) og klor (Cl).
Forekomsterne af de 2 sidste er steget væsentligt i de seneste år. Det skyldes især menneskeskabt udslip af brom i visse BFC-gasser (Bromo-Fluoro-Carbonhaloner); haloner brugt til bl.a. brandslukning og (i meget større udstrækning) af klor i CFC-gasser (Chloro-Fluoro-Carbon klor-flour-kulstof) fra spraydåser, køleskabe, rensemidler etc.

Den uv-stråling, der når jordens overflade, afhænger af ozonlagets tykkelse; jo tykkere ozonlag, jo mindre uv-stråling når ned til jorden. Samtidig er solhøjden meget afgørende for hvor meget af uv-strålingen, der når jordoverfladen: jo højere solen er på himlen, jo større er uv-strålingen, der når jorden. Skyer formindsker til gengæld uv-strålingen.

Ozon er også en drivhusgas, som har indflydelse på atmosfærens strålingsbalance. Det er derfor bekymrende, at der over en årrække er sket en menneskeskabt nedbrydning af ozonlaget.

Stratosfære

Stratosfæren ((Græsk):stratum for lag og sphaîra for kugle) er den del af atmosfæren der ligger ovenover troposfæren. Stratosfæren er ca. 30 - 40 km. tyk. I modsætning til troposfæren, vokser temperaturen med højden i stratosfæren. Det skyldes ozonens nedbremsning af de ultraviolette stråler. Ved stratosfærens bund (tropopausen) i 8 kilometers højde ved polerne voksende til 17 kilometers højde ved ækvator er temperaturen ca. -50 °C, men vokser til ved afslutningen af stratospausen i ca. 50 - 55 km. højde at være et par graders frost. Når der er vinter på den nordlige halvkugle kan pludselige stratosfære opvarmninger ofte observeres som følge af absorbtion af Rossby bølger i stratosfæren.

Grænsen mellem stratosfæren og den underliggende tropopause fremkommer der hvor opvarmning fra konduktion fra oven og opvarmning fra konvektion nedefra balancerer. Stratosfæren begynder derfor grundet lavere jordoverfladetemperatur ved lavere højder nær polerne end ved ækvator.

Balancen med kold luft nederst og varm luft ovenpå gør, at stratosfæren er dynamisk stabil uden konvektion elle anden turbulerns.

Opvarmningen op igennem stratosfæren skyldes tilstedeværelsen af ozonlaget.
The stratosphere is layered in temperature because it is heated from above by absorption of ultraviolet radiation from the Sun.
The heating is caused by an ozone layer that absorbs solar ultraviolet radiation, heating the upper layers of the stratosphere.
The stratosphere is a region of intense interactions among radiative, dynamical, and chemical processes, in which horizontal mixing of gaseous components proceeds much more rapidly than vertical mixing. An interesting feature of stratospheric circulation is the quasi-Biennial Oscillation (QBO) in the tropical latitudes, which is driven by gravity waves that are convectively generated in the troposphere. The QBO induces a secondary circulation that is important for the global stratospheric transport of tracers such as ozone or water vapor.

Stratosfæren udgør 19% af atmosfærens luft og indeholder sporadisk vanddamp og støv.

Højtgående rutefly benytter den nederste del af stratosfæren for at undgå turbulens. Den øverste del anvendes alene af visse spionfly og vejrballoner.
Similarly, most gliders soar on thermal plumes that rise through the troposphere above warm patches of ground; these plumes end at the base of the stratosphere, setting a limit to how high gliders can fly in most parts of the world. (Some gliders do fly higher, using ridge lift from mountain ranges to lift them into the stratosphere.)

Stratopausen udgør de øverste ca. 5 km. af stratosfæren og er det område op mod mesosfæren, hvori temperaturkurven knækker for at falde fra omkring frysepunktet til lavere temperaturer.
Lufttrykket er ca. 1/1.000 del af trykket ved jordens overflade.

Indsæt i homosfæren: More importantly, regions within the atmosphere like the troposphere, stratosphere, and mesosphere are distinguishable because of distinct temperature gradients with relatively well-defined starting and ending points.

Jetstrømme

Jetstrømme blev fundet af piloter under transatlantiske flyvninger under 2' verdenskrig.
Primært er der 2 luftstrømme med grundlæggende vestlige vinde på den nordlige halvkugle og 2 på den sydlige. (Andre mindre væsentlige strømme forekommer dog også. F.eks. strømme i modsat retning i troperne om sommeren).
Vertikalt ligger de så nogenlunde i tropopausen. Horisontalt ligger de i det øverste polare hjørne af hhv. hadleycellen og ferrelcellen langs de til tider turbulente skillelinier hvor hhv. hadleycellen og ferrelcellen mødes - den subtropiske jet - og hvor ferrelcellen og polarcellen går hvert til sit - den polare jet. De nordlige omkring hhv. 20°N-50°N og 50°N-70°N og den ækvatoriale østlige omkring 10°N-20°N .
En strøm kan være en "luftflod" op til 250 km bred og over 1.500 km lang og ofte kun nogle få kilometer dyb. Vindene i dem kan om sommeren være op til 55 km/t som middelhastighed og op til 120 km/t om vinteren, dog er målt hastigheder på over 500 km/t. Vindhastigheden skal være højere end ca. 100 km/t for at kunne kaldes en jetstrøm. De blæser fra vest mod øst. Forenklet udtrykt er de stærke østgående jetstrømme en konsekvens af, at der er varmere ved ækvator end ved polerne og strømmene fungerer i betydelig udstrækning som flyttemænd for varme fra troperne til polerne.

Jetstrømme er meget volatile, idet de kan bugte sig meget, blæse den modsatte vej, dele sig, samle sig igen eller smelte sammen med en anden - eller endda gå i ring eller afbrydes. (se animation på

). De to strømme kan endda til tider forenes.
Danmark ligger (ca. 54-58°N) godt inde i den polare strøms kongerige. Den er den kraftigste og mest turbulente af de to.

Vindbåndene skabes af Jordens rotation og trykforskelle mellem varme og kolde luftmasser.
I varm luft aftager trykket langsommere med højden end i kold luft. Hvis for eksempel lufttrykket er ens ved overfladen vil trykforskellen mellem den kolde og varme luft derfor vokse med højden og hele tiden med det laveste tryk i koldluften. Større trykforskel betyder kraftigere vind.
Jordrotationen (ca. 1750 km/t ved ækvator/jordoverfladen) forhindrer vinden i at blæse direkte fra højt mod lavt tryk og derved udjævne trykforskellene hurtigt. I stedet blæser vinden i den retning, hvor trykket ændrer sig mindst (stort set langs isobarerne), på den nordlige halvkugle med det laveste tryk på den polare side.

Normalt blæser jetstrømmene ikke som en ren vestenvind. De bugter sig i bølger hen over jordkloden. Nogle gange når bølgetoppene op i polaregnene og bølgedalene ned i subtroperne. Både Jordens rotation og land-bjerge-hav mønsteret er med til at skabe bølgende jetstrømme. Vejrmønstrene omkring de bugtende jetstrømme er komplicerede og der er højtryks- og lavtryksvejr på begge side. Generelt er vejret dog koldest på den polare side af strømmen.
Bølgerne bevæger sig også fra vest mod øst, men langsommere end vindene i dem. Teorien omkring Roosby bølger

giver en akcepteret forklaring på bølgernes fremdrift. Roosby's bølger driver vestpå i forhold til det flow de er indlejret i, men relateret til jordoverfladen driver de mod øst.

Man er i stigende grad blevet klar over at Jetstrømmene også indvirker på cykloniske storm systemer længere nede i atmosfæren. Forståelsen af dem (hvori der konstant forskes) er derfor et væsentligt element i forståelsen af meteorologi og opbygningen af vejrmeldinger.
Det har længe været antagelsen, at de atlantiske højtryk og regngivende lavtryk "opstod" i atmosfæren. Meget tyder imidlertid på, at de opstår i jetstrømmene og siver ned derfra. Vindene i jetstrømmene vides over tid at accelere, decellerere og skifte retning. Det er ved disse positive eller negative accelerationspunkter at atmosfæriske høj- og lavtryk synes at opstå.
Piloter på lange øst-vestgående ruter er meget opmærksomme på jetstrømme. På vej østpå kan strømmene udnyttes til at komme hurtigere og billigere frem. På vej vestover skal strømmene helst undgås.

Troposfære

Troposfæren (Græsk):trope for vending og sphaîra for kugle) er det nederste lag af Jordens atmosfære og en del af biosfæren: Her findes næsten al det vand der er i atmosfæren; dels som vanddamp, og dels kondenseret til skyer, tåge eller som nedbør. Vandindholdet aftager med højden både fordi tilgangen sker ved jordoverfladen og fordi luftens temperatur og dermed evne til at indeholde vand aftager med højden. Det er også her langt det meste vejr "foregår".

I troposfæren aftager temperaturen med højden; for hver kilometer man stiger til vejs, aftager luftens temperatur med ca. 9 grader Celsius. Dette fortsætter hele vejen op til den øvre grænse for troposfæren, som ved polerne ligger i ca. 9 km højde, ved ækvator ca. 18 km højde, og på vore breddegrader ca. 12 km højde. Ovenfor afgrænses troposfæren af den såkaldte tropopause. Temperaturen der vil typisk være omrking -45°C ved polerne og -75°C ved ækvator.

Store cumulonimbus- eller "byge-skyer" kan til tider vokse sig så høje at de når op til den øvre grænse for troposfæren. Da væksten i disse skyer bl.a. "drives" af at temperaturen i troposfæren aftager med højden, virker tropopausen med dens konstante temperatur som et "låg" der forhindrer skyen i at vokse yderligere opad. Men hvis der bliver ved med at stige fugtig luft op nedefra, tvinges den øverste del af skyen til at brede sig ud i vandret retning, hvorved skyen får facon som en kæmpemæssig paddehat.

Tropopausen udgør grænseområdet mellem troposfæren og stratosfæren. Den er et omlægningslag, hvor temperaturfaldet op gennem troposfæren standses og erstattes af temperaturstigning i stratosfæren. Tropopausen blokerer ganske kraftigt for vertikal udveksling af luft mellem de 2 luftlag. Tropopausen afgiver plads til Jetstrømmene (se ovenfor).

En letlæselig eksamensopgave om fotosyntese, atmosfære, drivhusgasser o.m.a.

Troposfæren lægger luftrum til 6 konvektionsceller rundt om jorden: Hadley-, Ferrel- og Polar-cellerne. Cellerne spejles omkring ækvator mod hhv. nord og syd.
Cellernes ækvator følger ikke det geografiske ækvator, men det "solare" ækvator. Det befinder sig altid der hvor solen står lodret på himlen midt på dagen (i "zenit"). Det solare ækvator bevæger sig således hen over året hen over det geografiske ækvator 2 gange om året (midsommer og midvinter) og berører hver af vendekredsene (23,5° nord og syd) 1 gang om året ved hhv. sommer- og vintersolhverv.

Hadley cellen.

Ved det solare ækvator, hvor de 2 Haddley-celler mødes, medfører det altid lodrette eller højtvinklede solindfald en kraftig opvarmning af og tilførsel af vanddamp til luften. Opvarmningen af luften medfører at den bliver lettere og stiger til vejrs og øger samtidig volumen, hvorved der opstår et lavtryk. I højden vil den varme luft derfor søge / blive skubbet væk fra ækvator i begge retninger. I en afstand af omkring 30° fra Zenit er solens indfaldsvinkel faldet så meget at den systematiske opvarmning gradvis er ophørt. En begyndende afkøling indebærer derimod at luften fortættes / bliver tungere og begynder at søge tilbage mod jordoverfladen i et højtryk. Luften kan herefter bevæge sig tilbage mod det solare ækvator som en passatvind (grundet coreoliseffekten).

Hadleycellerne er dermed globale termisk drevne luftcirkulationer der holdes igang med overskudsvarme fra den højtstående sols overopvarmning af jordoverfladen som drivmiddel.

Når solopvarmning aftager over dagen / over distancen sker der samtidig en fortætning af vanddampene i den. Derved udløses kraftig regn i form af f.eks. monsun eller den daglige regnbyge fra kl. 15 til kl. 15³⁰. Luften er således typisk meget tør, når den vender tilbage til jordoverfladen.

Polar cellerne.

Ved de solare polområder, hvor centrum i polarcellerne ligger, medfører det altid vandrette eller lavtvinklede solindfald ikke alene en meget ringe opvarmning, men reelt sker der en kontinuent afkøling. Derved bliver luften mindre fyldig / bliver tungere og søger tilbage mod jordoverfladen i et højtryk. Luften vil herefter søge / blive skubbet væk fra de koldeste områder. Nærheden til jordens akse indebærer at coreoliseffekten ikke vil være særlig stor på luftmasserne i polarcellen, men i dens polfjerne dele kan der dog dannes østenvinde. I en afstand af omkring 30-40° fra den solare pol er solens indfaldsvinkel steget så meget, at den systematiske afkøling gradvis er ophørt. En begyndende opvarmning og tilførsel af fugtighed indebærer derimod at luften bliver lettere og begynder at stige opad i et lavtryk. Luften kan herefter i troposfærens øverste lag bevæge sig tilbage mod de solare polområder.

Polarcellerne er dermed globale termisk drevne luftcirkulationer der holdes igang med underskudsvarme fra den lavtstående sols underopvarmning (afkøling) af jordoverfladen som drivmiddel.

Ferrel cellerne.

Mens Hadley- og polarcellerne begge drejer samme vej rundt og begge er drevet af sin egen - skønt modsat betingede - termiske motor, drejer ferrel-cellerne den anden vej og har ingen selvstændig motor. Ferrel-cellernes drivkraft udgøres hhv. af gnidningsmodstand overført fra de andre celler og af overførsler af betydelige luftmasser mellem cellerne. I snitfladen mellem Hadley- og Ferrel-cellerne betyder det hhv. overførsel af varm luft til Ferrel-cellerne og kold luft til Hadley-cellerne. I snitfladen mellem Ferrel- og Polar-cellerne betyder det hhv. overførsel af varm luft til Polar-cellerne og kold luft til Ferrel-cellerne. De 3 celler i forening medfører derved at overskudsvarme ved stor indstråling ved det solare ækvator kan overføres til og bruges ved stor udstråling i de polare områder.

Ferrel-cellerne er dermed globale luftcirkulationer uden eget drivmiddel der holdes igang ved inerti i snitfladen med de andre celler og ved overførsel af varme mod polerne og kulde mod ækvator.

Som udgangspunkt bevæger de jordnære luftmasser i ferrel-cellerne sig væk fra ækvator. Corioliseffekten medfører imidlertid, at de med stigende afstand fra ækvator afbøjes i østlig retning og området betegnes derfor også som Vestenvindsbæltet.
I snitfladen mellem Hadley- og Ferrel-cellerne bevæger i jordnære luftmasser sig hver til sit. Dette giver ikke anledning til de store gnidninger.
I snitfladen mellem Ferrel- og polar-cellerne bevæger i jordnære luftmasser sig mod hinanden - varme/lune fugtige strømme fra syd/sydvest med relativt højt tryk og kolde/kølige tørre strømme fra nord med relativt lavt tryk. Dette jordnære luftmasseoverskud/-sammenstød giver anledning til en del gnidninger i form af skifter mellem højtryk og lavtryk og fronter og andre fænomener vi kender så godt fra den vejrmæssige danske hverdag. Områderne kaldes også ofte Polarfronterne eller de Subpolare lavtryksområder.
De korte dage om vinteren betyder at den nordlige polarcelle bliver større og skubber polarfronten ned til ca. 50°N (ca. Centraleuropa), mens fronten om sommeren med de længere dage og større solindfald trækkes tilbage til ca. 60°N (ca. Mellemskandinavien). Da Danmark ligger på ca. 55°N passerer fronten hen over landet 2 gange om året. "statistisk set" ligger Danmark således nord for Polarfronten ca. 5-6 vintermåneder hvert år.
I de højere luftlag udgør de polare jetstrømme også et element i vejrdannelsen i snitfladen mellem Ferrel- og polar-cellerne.

Hav / land.

Forskellen på hav og land i vejrmæssig sammenhæng er at havområder grundet turbulensen i overfladen opvarmes langsomt af varmen fra solen, men er god til at holde på den. Landområder opvarmes derimod hurtigt, men er ikke god til at holde på varmen. I havene fungerer havstrømmene endvidere som markante transportører af både varme og kulde.
En anden klimatisk påvirkning end afstanden fra det solare ækvator er fordelingen af land- og vandområder (her i stor målestok). På den sydlige halvkugle er fordelingen mellem land og hav ca x/y. På den nordlige halvkugle er den ca. x/y.
Disse forholdsmæssige forskelle betyder at "celleeffekten" slår meget tydeligere igennem på den sydlige halvkugle end på den nordlige. Den nordlige halvkugle består hhv. af de nordamerikanske og asiatiske landområder og havområderne i Atlanterhavet og Stillehavet.

Danmark og de STORE vejrforhold.

I STOR målestok ligger Danmark tæt på 2 vejrmæssige skillelinier: Horisontalt tæt på polarfronten og vertikalt på skillelinien mellem det atlantiske havområde og det asiatiske landområde. Af disse 2 er påvirkningen fra den atlantiske side er dog størst. Havde cellerne eller jorden derimod drejet den anden vej ville Danmark måske have haft permafrost eller endda ligget under et tykt lag is. I Grønland ville det store hit måske samtidig have cross-country-cykelturisme!

Ionisering

I heterosfæren (og ud over dens yderside) ligger der 3 områder med vidt forskelligt udseende der markerer overgangen fra det ydre rum til jordens mere kompakte atmosfære. Disse er:

magnetosfæren
plasmasfæren
ionosfæren

En linksamling med ikke-matematiske beskrivelser af mangt og meget omkring magnetosfære, plasma, nordlys o.m.a.

Lav dit eget magnetometer.

Space Weather Center.

Magnetosfære

En magnetosfære er den region omkring et astronomisk objekt indenfor hvilket forekommende fænomener domineres eller organiseres af dets magnetfelt. Jorden er en af de planeter, der er omgivet af en magnetosfære, der dog er for svag til at opfange plasma.
Uden magnetosfære ville vi ikke være i stand til at bruge magnetkompasser.
Magnetosfæren er den del af rummet udenom jorden, hvor jordens magnetfelt regerer.

Som udgangspunkt er jorden en stor elektromagnet med den ene pol (den magnetiske nordpol) i nærheden af den geografiske sydpol og den anden pol (den magnetiske sydpol) i nærheden af den geografiske nordpol. Magnetismen kommer fra en varm region lige udenfor jordens kerne. Den består af jern og nikkel, der flyder som en stor flod langs jordens ækvatoriale områder. Denne masse er elektrisk aktiv og danner en elektrisk strøm, der i næste fase danner jordens primære magnetfelt.

Venstre figur viser magnetfeltet omkring en simpel magnet, mens højre figur skitserer jordens magnetfelt som følge af påvirkninger fra solen.

Magnetosfæren er jordens magnetfelt. Den udgør et enormt område omkring jorden. På solsiden fremstår magnetosfæren som en nærmest kuglerund trykzone på ca. 10 jordradier, mens den på læsiden fremstår som en meget lang hale på op til 1.000 jordradier - nærmest som et frembrusende projektil. Jordens magnetfelt bliver formelig 'blæst skævt' af påvirkninger fra solen.

Udover lys og varme sender solen også solvinde ud i rummet og dermed også mod jorden. Solvinde er strømme af ladede partikler (en plasma) der udstødes fra solens ydre atmosfære. Plasmaen består mest af højenergi elektroner og protroner der på grund af den høje temperatur i solens korona er i stand til at frigøre sig fra solens tyngdekraft.

Selvom afstanden fra solen til jorden er 149.476.000 km (godt 2 mill. km. mindre i januar og godt 2 mill. km. mere i juli) er solvindene så kraftige at de skævskubber jordens magnetosfære. Dens udstrækning mod solen er ca. 80 - 60.000 km og i retning fra solen når den ud på den anden side af månens bane.

Magnetosfæren hjælper ved sin afbøjning af solvindene til med at beskytte jorden mod de farer en direkte påvirkning fra solvindene ville medføre.

Plasmasfære

også kaldet indre magnetosfære eller (tidl.) protonosfæren.

Plasmasfæren har form som en kuglering (som doughnut) af plasma i den inderste del af magnetosfæren.

Plasmaen består især af brint ioner (H⁺) og helium (He) ioner med hhv. 80 og 20%. De er lavenergi partikler på nogle få tiendedele volt, men der er mange af dem - op til titusinder pr cm³. Dette er væsentligt flere end i den øvrige magnetosfære. Plasmaen oplyses fra solen og videnskabsmænd kan se den med de rette instrumenter.

Jordens magnetlinier er lukkede og næsten "dipolar". Dette tillader optagelse af plasma fra ionosfæren. Afgivelse til magnetosfæren sker typisk fra plasmapausen under rumstorme i geospace ( den region i rummet der strækker sig fra jordens øverste atmosfære til de yderste grænser for jordens magnetfelt).

Plasmasfæren ligger udenfor påvirkning fra jordens tyngdekraft, men jordens magnetfelt får den til at rotere med jorden.

Plasmasfærens base ligger ca. 1.000 km fra jorden, hvor den øverste del af ionosfæren også findes.

Den yderste del af plasmasfæren kaldes plasmapausen og skaber overgang til magnetosfæren. Plasmapausen er meget ustabil i sin placering og form og afhænger af de elektromagnetiske forhold i jordens geospace.

Ringstrømmene

Ringstrømmen omkring jorden er en elektrisk strøm der bæres af ladede partikler fanget i jordens magnetosfære. Den beskytter de lavereliggende dele af rummet mod elektriske felter i magnetosfæren. Den har derfor en betydelig effekt på elektrodynamikken fra geomagnetiske storme.

Ringstrømmenes styrke kan måles fra jorden med et magnetometer. Derved kan man bl.a. følge udvuklingen af geomagnetiske storme. Der er to teser for ringens tilvækst; hhv. partikel injektioner under geomagnetiske substorme i dag/natopdelte rytmer - relateret til solvinde - og transport af og energitilførsel til plasmapartikler ved rotation (co-rotation) sammen med jordens rotation omkring sig selv.

Kendskabet til ringen er endnu så begrænset, at der synes at være mange "løse ender". Dette gælder også fragangen af partikler.

Strukturen af ringstrømme består af en kombineret krum og hældende strøm der følger jordens magnetiske ækvatoriale plan. For elektroner sker bevægelsen mod øst og for ionerne mod vest omkring jorden.

Partiklerne i ringen danner et magnetfelt, der modsatrettet jordens magnetfelt. En umiddelbar observation vil derfor kun vise jordens magnetfelt som svagere end det er.

Energi bæres især rundt i ringen af ioner; typisk H₊ (brint), He₊ (helium) og O₊ (ilt). De sidste er af samme type som dem i Ionosfæren, men dog mere energiholdige end disse. Alpha-partikler fra solvinde forekommer dog også.

van Allen bælter

van Allen-bælterne (det indre og det ydre) - også kaldet strålingsbælterne (radiation belts) - ligger som 2 ringe omkring den ækvatoriale del af jorden. De følger jordens magnetfelt; er tykkest over ækvator, snævrer ind og bøjer ind mod de magnetiske poler . Bælterne strækker sig fra hhv. 1.000- 5.000 (500 - 13.000 km. og hhv. 1-3 og 3-9 Jordradier er også set) og 16.000 - 24.000 km fra jordens overflade. Bælterne er knyttet til jordens magnetfelt og derfor tættere på jorden mod polerne end de er ved det magnetiske ækvator. Mellemområdet på knap 10.000 km. betegnes derfor som "den sikre zone". Under "geo-uvejr" kan løsrevne dele fra bælterne dog bevæge sig ind i den sikre zone og gøre den usikker.

Bælterne (først det indre) blev fundet ca. 1957 - da man fra satellitter søgte efter andre ting - og man er stadig usikker på mangt og meget onkring dem.

Det indre bælte indeholder høj-energi protroner der bærer energier på omkring 100 millioner volt og (som et overlappende lag) lav-energi elektroner med energier på 1 - 3 millioner volt. Især protronerne kan give problemer for astronauter der iført rumdragter arbejder "udendørs".

Man antager at protronerne er "neutronafflad" afgivet fra atmosfæren mens den bombarderes med kosmiske stråler med oprindelse udenfor solsystemet eller fra solen selv ved løsrivelse under solstorme.

Bæltet er forholdsvis roligt. Partikler undslipper typisk efter kollisioner med neutrale atomer i den øverste atmosfære over jordens poler. Det sker imidlertid så sjældent, at partiklerne i bæltet har en livslængde på nogle få timer til 10 år. Der er derfor kun behov for en lille tilstrømning af nye partikler for at kunne opretholde en kraftig stråling.

Det indre bælte indeholder også et overlappende lav-energi elektronbælte.

Det ydre bælte består mest af høj-energi elektroner med energier på 5 - 20 millioner volt. Plasmaen antages at være fanget af magnetosfæren. Bæltet er ganske dynamisk og kan undergå større ændringer på få timer som følge af uro der påføres fra den ydre magnetosfære. Tilgangen af elektroner sker ved "injektion" fra magnetosfærens hale.

Partiklerne i bæltet er ofte i hurtig bevægelse og kan forårsage skade på de følsomme indre dele af kommunikationssatellitter.

Ionosfære

Ionosfæren strækker sig fra den øverste del af mesosfæren, igennem termosfæren og op i exosfæren - ialt små 1.000 km. Den er et lag i atmosfæren der består af en blanding af ioner og elektroner - typisk ca. 1.000 elektroner pr cm³, men stadig flere tusinde gange flere end der forekommer ved havoverfladen.

Ionosfæren er det nederste af de 3 ioniserede lag i magnetosfæren. Den ligner temperaturlagene ved at dens udstrækning og form er meget "jordbunden" med en udbredelsesform der stort svarer til temperaturlagene. Den ligger i området fra ca. 50 til ca. 1.000 km. med variationer over døgnet og årstiderne.

I anden halvdel af 1800-tallet begyndte man at blive opmærksom på ionosfæren.

I begyndelsen af 1900-tallet blev radioen opfundet, og der viste sig et mønster for, at radiobølger af varierende frekvens i varierende omfang kunne modtages længere væk fra senderen end den lige linie muliggjorde. Ionosfæren og ændringer i den har sidenhen vist sig at have stor betydning for udbredelsen af højfrekvente radiobølger, f.eks. de frekvenser der benyttedes i skibsfarten indtil man i slutningen af 1900-tallet gik over til kommunikation via satellitter. Betydningen består i at højfrekvente radiobølger kan blive reflekteret af ionosfæren og dermed zig-zagge sig frem enten et begrænset antal kilometer eller til den anden side af jorden. Ionosfærens evne til at reflektere radiosignaler afhænger dog både af frekvensen, om de skal bevæge sig over dag- eller nat-områder, samt omfanget af solpletter på solen (forekomsten af dem følger så nogenlunde en cyklus på 11 år). Radiobølger til f.eks. mobiltelefoner, FM-radio, TV og GPS "går igennem" ionosfæren og er dermed stort set afgrænset til "visuel udbredelse". GPS-signaler, der skal igennem ionosfæren fra satellitterne i ca. 20.200 km. højde påvirkes dog lidt af ionosfæren. Ved brugen af GPS-signaler er der typisk indlagt funktionalitet, der tager højde for denne påvirkning.

Ionosfæren opdeles 3 (4) lag:

F
120-400+ km. Også kaldet Appleton laget er det øverste lag i ionosfæren.
Kraftige ultraviolette stråler fra solen (10-100 nm) ioniserer her atomar ilt (O).
Indeholder en række ioner fra kvælstofilt- (NO+) og ilt- (O+) ioner for neden til brint- (H+) og helium- (He+) ioner øverst. Tætheden af elektroner er størst i dette lag.
Laget er den vigtigste del af ionosfæren for højfrekvent kommunikation.

I dagslys splitter F-laget op i 2: F1 og F2:

F1
120-180 km. Overgange mellem molekulære ioner (især O⁺) og positive atomare ioner (især O⁺).
F2
Over 180 km. O⁺ er den primære type ioner. Er karakteriseret ved overgange mellem fotokemiske mekanismer (nederste del) og spredningsmekanisme (øverste del). Forsvinder ikke ved solnedgang, men tætheden reduceres ofte langsomt i nattens løb og laget bliver ustabilt.

E
90-120 km. Også kaldet Kennelly-Heaviside laget eller blot Heaviside laget er det mellemste lag i ionosfæren og blev fundet i 1902. Bløde røntgenstråler (1-10 nm) og svage ultraviolette stråler fra solen ioniserer molekulært ilt (o₂).
Det reflekterer radiobølger på op til ca. 10 MHz. Radiobølger med højere frekvens bliver delvis absorberet.
Den vertikale struktur i laget styres især af modsatrette kræfter fra ionisering og genskabelse. Om natten forsvinder laget næsten helt idet ioniseringens brændstof (solstråler) ikke er til rådighed. Med deraf faldende ionisering og stigende forholdsmæssig gendannelse løftes højden for lagets maksimale styrke.
Forekomsten af neutrale vinde i stor højde bundet til døgnrytmen spiller også en rolle for E-laget. Når lagets maksimum er placeret højt forøges bredden på det bånd af radiobølger der kan reflekteres af laget.
D
50-95 km. Er det nederste lag i ionosfæren of ioniseringen er derfor forholdsvis svag. De fleste ioner i laget er negative. Ionisering sker på 3 måder:

Elektroner produceres ved ionisering af ilt (O₂)og kvælstof (N₂) med røntgenstråler med en bølgelængde på under 1nm. Varierer stærkt med variation i solaktiviteten.
Ved Lyhman alpha processen ved en bølgelængde på 125,1 nm sker der en brintbaseret ionisering af kvælstofilte (NO) molekuler.
Kosmiske stråler med oprindelse udenfor solsystemet kan også foranledige betydelig ionisering i D-laget.

Balancen mellem energirig stråling fra solen (også kaldet solvinde) og luftmolekulernes tæthed er i disse højder sådan, at molekulerne brækkes i stykker til subatomare partikler. Det medfører, at der forekommer henholdsvis frit flydende positivt ladede atomer og molekuler derhar tabt eller forøget antallet af elektroner og dermed blevet negativt ladede.
Ionosfæren er meget følsom overfor udsving i Solens aktivitet - f.eks. i forbindelse med stærke forekomster af solvinde (solstorme).

Jorden modtager en masse energi fra solens udstråling - knap 1.400 watt pr m². Nok til f.eks. at trække ca. 6 pc'ere.
Solen producerer ca. 390.000.000.000.000.000.000.000.000 Watt, hvilket giver høje temperaturer. Den høje varme får solens brintatomer til at bevæge sig meget hurtigt. Når de støder imod hinanden smelter de sammen, og danner gasarten helium (helium er også den gasart man kommer i balloner, for at få dem til at svæve). Det ville være umuligt at fusionere (sammensmeltning af to atomer) under normale omstændigheder, som på Jorden. På grund af den høje varme i Solens kerne (Ca. 14 millioner°C) er det muligt. Hver gang dette sker bliver 1% af det sammensmeltede materiale omdannet til energi i form af lys og varme. Resten af materialet forbliver på solen eller bliver "blæst" væk i form af solvinde. Solen forbrænder ca. 700.000.000 tons brint i sekundet. Dette virker som utroligt meget; men man skal tænke på, at det har solen gjort i ca. 5 milliarder år, og den har kun forbrændt ca. halvdelen af sin beholdning af brint.

Solvinde, opstår på grund af den utrolige energiudladninger, der foregår oppe på Solen, solvinde består af enorme mængder af helium, og eventuelt støv. Disse solvinde kan påvirke vores Jord i form af forstyrrelse i radio, tv- og telekommunikation. På tv ser vi det som atmosfæriske forstyrrelser.
Nordlys er et fænomen, som sker hver gang solvinde rammer vores atmosfære. Vores atmosfære er delt op i flere forskellige lag, bl.a. stratosfære og ionosfære. Det er i ionosfæren, nordlys skabes, når partikler fra solvinde rammer ionosfæren. Her bliver de tændt, og lyser op fordi ionosfæren er elektrisk. Uden ionosfæren kunne man ikke kommunikere trådløst.

Ordbog

Atomtæthed

Atomtætheden er størst ved havoverfladen og aftager med højden, således:

Højde km.	Atomer pr cm³
10.000	100 eller mindre
100	1 million
0	mere end en trillion trillioner Trillion = 1-tal + 18 nuller

Da der også er "luft" langt ude, er der også strømninger og storme der som ved jorden.

Plasma

Plasma (også kaldet Ioniseret gas) er en meget væsentlig substans eller substansen i rummet (space). Plasma er den 4. tilstandsform for atomer og molekyler.

Fast form (solid)
Flydende form / væske (liquid)
Gasform (gas)
Plasma (plasma)

Plasma er en gas i hvilke nogle, men ikke nødvendigvis alle atomer er blevet omdannet til ioner.

På grund af at elektroner oftest er slået løse er plasma elektrisk ledende.
Plasma forefindes eksempelvis i: jordens ionosfære, lyn, lysstofrør, lavenergipære, ozonlaget, sol vinde.

Solen afgiver hele tiden plasma. De spredes omkring den som 'sol vinde' der har en hastighed på 500 km/s. Når solvindene når frem i nærheden af jorden møder de dens magnetfelt - magnetosfære.
Plasma er typisk en blanding af neutrale atomer, ioner og elektroner, der har hver sin individuelle adfærd:

Elektroner
Lette hurtige elektroner kan producere 'elektriske' strømme. De kan producere magnetfelter på samme måde som en elektromagnet.
Ioner
Tunge langsomme ioner kan producere magnetfelter, der dog er svagere og langsommere
Neutrale atomer
Trods lille sandsynlighed kan ioner kollidere med neutrale atomer. Derved forårsages friktion og varmedannelse - mindst ved elektron/ion og mest ved ion/atom.

Neutrale atomer skal fysisk ramme hinanden for at påvirke hinanden.
Ladede partikler kan påvirke hinanden over lange afstande. De kan tiltrække eller frastøde hinanden over store afstande. De kan generere magnetfelter og agere sammen med eksisterende felter.
De elektromagnetiske kræfter i rummet er meget stærkere end tyngdekraften. På deres færd rundt om jorden følger de ladede partikler derfor ofte jordens magnetiske baner.

Atomer / Ioner

Ved tilstrækkelig opvarmning af gas vil dets atomer kollidere så kraftigt at molekulerne vil blive rystet fra hinanden. Individuelle ilt- og kvælstof-atomer vil tabe en eller flere af de mange elektroner der kredser omkring deres kerner. Hver atom består af en tung kerne der indeholder en eller flere protoner og neutroner. Denne tætte basis giver et atom næsten hele dets masse. Rundt om kernen er en sky af elektroner; en elektron for hver proton i kernen.
I et 'neutralt' atom er der lige så mange negative elektroner som der er positivt-ladede protoner.
Rammes et atom hårds nok af et andet atom, en energi-partikel eller en lys-partikel (photon) kan en eller flere elektroner blive slået af.
Får et atom med f.eks. 8 protoner og 8 elektroner slået 1 elektron af, vil det have en nettoladning på +1 fordi de 7 elektroner udligner de positive ladninger i 7 protoner i kernen. Slås der 6 elektroner af vil atomet have en positiv nettoladning på +6.
Atomer med nettoladning kaldes ioner.
Plasma er en gas i hvilke nogle, men ikke nødvendigvis alle, atomer er blevet omdannet til ioner.
Ion-motorer kan anvendes som fremdrivningsmaskiner i rummet.