ciśnienie powietrza

Jeśli mówimy, że ciśnienie powietrza (lub stan barometru) wynosi 745 mm rozumiemy przez to, że ciśnienie znajdującego się nad nami słupa powietrza jest dokładnie takie samo, jak ciśnienie słupa rtęci tego samego przekroju o wysokości 745 mm. Obecnie ciśnienie powietrza, np. na codziennych mapach pogody, wyrażane jest prawie zawsze w milibarach (mb). Odczytanej na barometrze wartości ciśnienia 750 mm odpowiada wielkość równa 1 000 milibarów. Aby otrzymać ciśnienie w milibarach, mnożymy odczytaną na barometrze ilość milimetrów przez 1,33 (np. 735 mm = 735 X 1,33 = 966,6 mb). Przez wprowadzenie milibarów sprowadzono jednostkę pomiaru ciśnienia powietrza — które jest przecież, fizycznie biorąc siłą działającą na jednostkę powierzchni — do jednostek siły (dyn) powszechnie stosowanych w fizyce; 1 mb = 1 000 dyn/cm2. Jest rzeczą oczywistą że ciśnienie powietrza będzie mniejsze np. w górach czy też przy wzniesieniu się balonem ponad poziom morza. Im wyżej się wznosimy, tym krótszy i lżejszy jest nad nami słup powietrza.

Wobec tego, że na poziomie morza ciężar całego znajdującego się nad nami słupa powietrza o przekroju 1 m2 wynosi 10 333 kg, z drugiej zaś strony 1 m3 powietrza waży około 1,3 kg, zdawałoby się, że przez proste dzielenie (10 333:1,3) można obliczyć wysokość atmosfery, otrzymując wartość 7 950 m. Wiemy jednak, że człowiek wzniósł się o własnych siłach na Mount Everest powyżej 8 000 m, a w balonie powyżej 24 000 m, rachunek nasz jest więc błędny. Błąd ten polega na założeniu, że na każdej wysokości 1 m3 powietrza waży tyle samo co na poziomie morza. Przypadek taki miałby miejsce wówczas, gdyby powietrze, będące mieszaniną różnych gazów, było równie mało ściśliwe jak woda. Metr sześcienny powietrza waży jednak tym mniej, im powietrze jest rzadsze, im mniejsze jest ciśnienie, pod którym się ono znajduje. Ponieważ ze wzrostem wysokości uciskający od góry słup powietrza staje się coraz krótszy, 1 m3 powietrza waży tym mniej, im wyżej się wznosimy. Wobec tego trzeba spiętrzyć o wiele więcej niż 7 950 ms powietrza by wyjaśnić ciężar 10 333 kg mierzony na poziomie morza. Ponieważ gęstość powietrza, tj. jego masa liczona na 1 m3, zależy również od temperatury i jego składu na różnych wysokościach, a wielkości tych dla warstw wyższych nie możemy zbyt dokładnie wyznaczyć, więc grubość atmosfery nie da się ściśle określić ani też obliczyć. Wysokości, na których zachodzą zjawiska zmierzchowe, rozżarzanie się meteorytów, gdzie rozpala się zorza polarna wskazują na to, że może nawet powyżej 600 000 m znajduje się jeszcze atmosfera lub co najmniej należący do niej ogromnie rozrzedzony gaz, w którym zachodzą zjawiska świetlne. Najważniejsze jednak procesy pogodowe zachodzą w dolnych warstwach atmosfery, na ogół poniżej 15 km. Na tej wysokości średnia wartość ciśnienia, które na poziomie morza wynosi 760 mm, spada już do 90 mm. Na wysokości 40 km barometr wskazywałby zaledwie ok. 1,8 mm, a na wysokości 100 km już tylko 0,007 mm.