Statisk stabilitet i en væske eller gass vil si at tettheten synker med høyden og øker med dypet. For eksempel vil kald luft ligge under varmere luft, og saltholdig vann vil ligge under ferskvann. Når tungt ligger under lett, er atmosfæren eller havet i en stabil tilstand.

Ballong

Kald luft er mer kompakt, og dermed tyngre enn varm luft. Hvordan temperaturen endrer seg med høyden (temperatursjiktingen), har derfor mye å si for stabiliteten.

Man kan se for seg en ballong fylt med luft, der luften i ballongen ikke blander seg med luften rundt, og heller ikke endrer temperatur. Dersom man gir denne ballongen en dytt oppover, vil atmosfærens temperatursjikting i stor grad bestemme hva som skjer videre.

Synker temperaturen raskt med høyden, vil ballongen «aldri» bli kaldere enn omgivelsene, og «alltid» fortsette å stige. Ballongen vil være svært lite stabil, og vi sier at atmosfæren er instabilt sjiktet, eller statisk instabil.

Dersom temperaturen øker med høyden, vil en stigende ballong bli kaldere enn luften omkring den. Den vil da på grunn av gravitasjonen synke tilbake mot utgangspunktet. «Dyttes» ballongen nedover, vil den ha en høyere temperatur enn luften omkring, og dermed stige tilbake mot utgangsposisjonen. I slike tilfeller vil ballongen være svært stabil. Veien tilbake til likevekt er kort i en stabil atmosfære, og man sier gjerne at forstyrrelser forsøkes utlignet.

Dersom temperaturen avtar akkurat passe lite med høyden, vil en dyttet ballong bli værende i sin nye posisjon. I slike tilfeller er atmosfæren statisk nøytral, eller nøytralt sjiktet.

I virkeligheten

I virkeligheten er det ikke nødvendig at kald luft ligger under varm luft for at atmosfæren skal være statisk stabil. Dette skyldes at atmosfæren har et større antall luftmolekyler per volum nært bakken. Tettheten vil derfor avta med høyden selv om temperaturen også avtar. I tørr (umettet) luft er atmosfæren statisk stabil så lenge temperaturen avtar med høyden mindre enn 1 °C per 100 meter.

Fuktigheten spiller også inn på luftens tetthet, og dermed også stabiliteten. I fuktig luft (når lufta er mettet), er atmosfæren statisk stabil når temperaturen avtar med høyden mindre enn 0,5 °C per 100 meter.

Temperaturen i atmosfæren synker generelt med høyden, men vanligvis ikke nok til at den er statisk instabil. Atmosfæren er stort sett statisk nøytral eller stabil. Dette er som forventet siden stabilitet er det samme som balanse, eller likevekt mellom naturkreftene.

Stabilitet spesial: inversjoner

Temperaturinversjon over Bergen
Eksos hoper seg opp under en temperaturinversjon over Bergen en oktobermorgen i 2013. Inversjonen løste seg raskt opp etter at dette bildet ble tatt. Om vinteren kan slike temperaturinversjoner bli liggende lenge, og det kan bli svært dårlig luftkvalitet.
Temperaturinversjon over Bergen
Lisens: CC BY NC SA 3.0

I visse tilfeller endrer ikke temperaturen seg med høyden. Atmosfæren er da isoterm. Temperaturen kan også øke med høyden i enkelte nivåer, som i eksempelet med ballongen. Dette kalles en temperaturinversjon, og i disse områdene er atmosfæren svært stabil.

I stratosfæren gjør ozonlaget at temperaturen øker med høyden. Overgangen mellom troposfære og stratosfære kalles tropopausen, og dette svært stabile laget fungerer som et slags lokk. Dette «lokket» er grunnen til at tordenskyer og røyken etter svære eksplosjoner får fasong som en ambolt eller en sopp. Røyk eller vanndråper stiger til værs, men i tropopausen er luften så stabil at den i stor grad hindrer oppstigningen, og gjør at skyen heller brer seg ut horisontalt.

Svært kraftige vertikale bevegelser kan likevel «bryte gjennom» tropopausen. Deler av røyken etter en atombombe som har gått av, vil derfor entre stratosfæren. Det samme vil asken fra et kraftig vulkanutbrudd. Også værsystemer kan bryte gjennom, for eksempel kraftige tordenskyer, eller fjellbølger. Fjellbølger oppstår når det blåser kraftig, og forutsetter et stabilt luftlag i fjelltopphøyde.

Av og til dannes også inversjoner ved bakken. Dette skjer typisk i kalde perioder om vinteren. Kald luft vil synke, og denne prosessen, kalt subsidens, gjør at luften etter hvert vil bli vesentlig kaldere ved bakken enn lengre oppe, og særlig i fordypninger i terrenget, som for eksempel i dalbunner. På samme måte som tropopausen, vil bakkeinversjoner fungere som et «lokk» og hindre at luften stiger. Er det i tillegg vindstille, vil bevegelsen i lufta være tilnærmet lik null, og eventuelle utslipp fra for eksempel biler og vedfyring vil hope seg opp. Det er i tilfeller med bakkeinversjoner at vi får de berømmelig giftlokkene i byene, og luftkvaliteten kan bli svært dårlig.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg