Die Atmosphäre

Die Entstehung der Atmosphäre ist zweifellos mit der Entstehung der Erde selbst verbunden. Bevor die Erde an ihrer Oberfläche erstarrte, hatte sie eine Gashülle, die keinen Sauerstoff enthielt, der vorhandene Wasserstoff entwich nach und nach in den Weltraum. Mit der Bildung einer festen Kruste wurden Gase frei, wie Kohlendioxid, Stickstoff und Wasserdampf. Mit der weiteren Abkühlung entstanden wahrscheinlich große Mengen an Wasserdampf, heute macht er fast 4% der Atmosphäre aus. Der für uns lebensnotwendige freie Sauerstoff bildete sich erst viel später durch die grünen Pflanzen. Mit Hilfe der Fotosynthese (Sonnenlicht als Energie, Chlorophyll als Katalysator) bauen die Pflanzen aus den Grundstoffen Wasser und Kohlendioxid die für sie wichtigen Kohlenhydrate auf, wobei Sauerstoff freigesetzt wird und die Atmosphäre anreichert. Der Aufbau der Atmosphäre
Bis zu einer Höhe von 50 km ist die Atmosphäre bemerkenswert gleichmäßig aufgebaut. Sie besteht aus einem Gemisch von Gasen mit jeweils eigenen chemischen und physikalischen Eigenschaften. Obgleich Kohlendioxid, Wasserdampf und Ozon nur in geringem Maße an der Zusammensetzung der Atmosphäre beteiligt sind, spielen sie eine wichtige Rolle bei der Absorption solarer wie terrestrischer Strahlung und sind somit eine der Voraussetzungen für die Entwicklung des Lebens auf unserem Planeten. Die Schwerkraft bindet dieses Gasgemisch an die Erde, Druck und Dichte sind nahe der Erdoberfläche am größten. Die Durchschnittsdichte beträgt hier 1,2 kg/m3, der durchschnittliche Druck 1013 Millibar (mb), das entspricht etwa 1 kg/cm2 in einer Höhe von 16 km fällt der Druck auf 100 Millibar und die Dichte verringert sich auf weniger als 11% der Normaldichte in Meereshöhe. Die Atmosphäre lässt die Sonnenstrahlung weitgehend ohne Abschwächung passieren. Doch die geringen Ozongehalte, die sich in 24 km Höhe (in nennenswerten Konzentrationen bis 50 km Höhe) anreichern, schirmen die für das irdische Leben gefährliche ultraviolette Strahlung ab. Auf Meereshöhe würde diese Ozonschicht wegen des höheren Drucks nur eine Dicke von 2,5 mm aufweisen. Nach Streuung, Reflexion und auch Absorption in den unteren, dichteren Schichten der Atmosphäre werden nur mehr 46% der Sonnenstrahlung, die die obere Atmosphäre erreicht, von der Erdoberfläche als Wärme aufgenommen. Dank dieser Energiezufuhr erreicht die mittlere Oberflächentemperatur einen Wert von 14 °C. Die Erde selbst sendet Strahlung wesentlich größerer Wellenlänge (Infrarot- oder Wärmestrahlung) aus, die von Kohlendioxid, Wasserdampf und Wolken in der unteren Atmosphäre absorbiert wird. Dies bedeutet, dass die Atmosphäre von unten aufgeheizt wird und nicht, wie man erwarten könnte, von oben. Die Wärmestrahlung der Erde wird einerseits von der Atmosphäre an den Weltraum abgegeben, andererseits aber reflektiert und von der Erde wieder aufgenommen. Diese Austauschvorgänge bewirken einen ausgeglichenen Energiehaushalt. Temperaturverteilung
Im unteren »Stockwerk« der Atmosphäre nimmt die Temperatur mit der Höhe ab. Diese in den Polarregionen 8 km und am Äquator 16-19 km dicke Schicht wird als Troposphäre bezeichnet. Sie ist charakterisiert durch mit der Höhe wachsende Windgeschwindigkeiten, hohe Feuchtigkeit in den unteren Bereichen und lebhafte vertikale Luftbewegungen: Hier spielt sich das »Wetter« ab. Unter Tropopause versteht man die Grenzschicht zwischen Troposphäre und Stratosphäre. In der unteren Stratosphäre bleibt die Temperatur konstant. In diesem Bereich der Atmosphäre gibt es ausgeprägte Luftströmungen und hohe Windgeschwindigkeiten (Jetstreams), die von Düsenflugzeugen genutzt werden. In der oberen Stratosphäre, etwa ab 25 km Höhe, nimmt die Temperatur allmählich mit steigender Höhe zu und erreicht ein Maximum in der Stratopause. Über der Stratopause folgt die Mesosphäre, in der die Temperatur rasch absinkt, das Minimum liegt bei 85 km Höhe – dieser Abschnitt wird Mesopause genannt. Darüber folgt die Thermosphäre (mit der Mesosphäre auch als Ionosphäre zusammengefasst), in der die Temperatur wiederum bis zur Thermopause (400km) ansteigt. Hier beginnt die äußere Atmosphäre (Exosphäre), wo der Druck fast so gering ist wie in einem Vakuum, so dass der Temperaturbegriff keine Gültigkeit mehr besitzt. Innerhalb der Troposphäre wirkt eine andere Art des Wärmeausgleichs. In der tropischen Zone wird mehr Strahlungswärme aufgenommen als abgegeben, in den Polarzonen ist es umgekehrt. Die großen Temperaturunterschiede zwischen diesen Bereichen verursachen einen Druckunterschied. Demzufolge können die entstehenden Luftströmungen ausgleichend wirken: Die sehr hohen Temperaturen in den Tropen erfahren eine Abschwächung, die kalten Polargebiete werden durch die Winde aus den mittleren Breiten erwärmt. Der Wasserhaushalt der Atmosphäre
Wasser kommt in der Atmosphäre hauptsächlich als Wasserdampf vor. Der Wasserhaushalt nimmt mit der Höhe ab, da das Wasser von der Erdoberfläche stammt. Die Luftfeuchtigkeit ist am geringsten im Bereich der subtropischen Wüsten, am höchsten in Äquatornähe bzw. den Monsungebieten, besonders aber über den Meeren. Zwischen der Erde und der unteren Atmosphäre vollzieht sich ein fortwährender Kreislauf des Wassers. Der Wasserhaushalt der Atmosphäre beträgt zwar nur 1% der gesamten Wassermenge auf unserem Planeten, doch ist dies für das Bestehen von Leben auf der Erde genug.

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Info 26.09.2017 - 00:10
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