Erdatmosphäre

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Die Erdatmosphäre (von griech. ἀτμός atmós „Dampf“ und σφαῖρα „Kugel“) ist die in in verschiedene Schichten gegliederte Gashülle der Erde und geht etwa in einer Höhe zwischen 400 km und 1000 km in die Exosphäre über. Die Atmosphäre der Erde enthält heute in Volumenprozent bezogen auf die trocken, wasserfreie Luft etwa 78,084 % Stickstoff (N2), 20,946 % Sauerstoff (O2) und 0,934 % Argon (Ar), weiters auch noch Aerosole und Spurengase, insbesondere Kohlenstoffdioxid (CO2) mit derzeit 0,04 %, nach Wasserdampf der Hauptverursacher des Treibhauseffekts, Methan (CH4), Ozon (O3), Fluorchlorkohlenwasserstoffe, Schwefeldioxid (SO2) und Stickstoffverbindungen[1]. Der wechselnde Gehalt von Wasserdampf in der Atmosphäre, die Luftfeuchtigkeit, von etwa 0 bis 4 % Vol. ist neben der Energiezufuhr durch die Sonneneinstrahlung hauptverantwortlich für die Entstehung der Wetterphänomene.

Der mittlere Luftdruck beträgt auf Meereshöhe unter Normbedingungen (0° C) 101 325 Pa = 101,325 kPa = 1 013,25 hPa ≈ 1 bar.

Die Schichten der Erdatmosphäre

Die Gliederung der Erdatmosphäre

Die Erdatmosphäre gliedert sich in mehrere Schichten:

  • Die Troposphäre bildet die unterste Schicht der Erdatmosphäre. Sie reicht von der Erdoberfläche bis in eine durchschnittliche Höhe von etwa 15 km. Am Äquator erreicht sie sogar eine Höhe von bis zu 18 km, an den Polen hingegen nur etwa 8 km, wobei sie im Winter ungefähr 2 km niedriger ist als im Sommer. Nach oben hin wird die Troposphäre durch die Tropopause von der nächsthöheren Schicht abgegrenzt. Die Troposphäre wird nur wenig durch die direkte Sonnenstrahlung, sondern hauptsächlich durch die Rückstrahlung vom Boden aus erwärmt. Die Temperatur sinkt daher mit zunehmender Höhe um durchschnittlich 6,5 °C/km ab und erreicht an der Grenze zur Tropopause über dem Äquator ungefähr - 75 °C und über den Polen - 45 °C. Die Troposphäre umfasst bereits ca. 90% der gesamten Luft und enthält fast den gesamten Wasserdampf, der von der Erde aufsteigt, durch die tiefen Temperaturen in Form von Wolken kondensiert bzw. gefriert und sich als Regen, Schnee, Hagel und Nebel wieder niederschlägt. Die Troposphäre ist damit die eigentliche Wetterschicht der Erdatmosphäre, in der sich fast das ganze Wettergeschehen abspielt.
  • Die Stratosphäre schließt an die Tropopause an und erstreckt sich bis zur Stratopause in rund 50 km Höhe. Im Gegensatz zur Troposphäre steigt die Temperatur zunächst mit zunehmender Höhe an und erreicht in der Ozonschicht, die sich in den unteren Bereichen der Stratosphäre bildet, durch die starke Absorption der UV-Strahlung etwa 0 °C. Danach sinkt die Temperatur wieder ab.
  • Die Mesosphäre, die an die Stratopause anschließt, reicht bis zur Mesopause in etwa 80 - 85 km Höhe. Die Temperatur nimmt mit steigender Höhe ab, mit nur etwa 3 °C/km jedoch wesentlich schwächer als in der Troposphäre.
  • Die Thermosphäre schließt an die Menopause an. Die Grenze zeichnet sich durch ein ausgeprägtes Temperaturminimum aus. Danach steigt die Temperatur stark an, am stärksten in einer Höhe von etwa 120 km. Je nach Sonnenaktivität entstehen hier Temperaturen bis zu 2.000 °C. Die Thermosphäre überlappt sich weitgehend mit der Ionosphäre, die große Mengen von Ionen und freien Elektronen enthält.
  • Die Exosphäre beginnt in einer Höhe von 400 - 1000 km und besteht praktisch nur mehr aus vollkommen ionisiertem Wasserstoff, d.h. aus einem äußerst dünnen Gas aus Protonen und Elektronen, das die solare UV-Strahlung in charakteristischer Weise streut und auch als Geokorona bezeichnet wird. Sie reicht nach neueren Messungen mit hochempfindlichen etwa 630.000 km weit über die Mondbahn hinaus[2]. Von einer eigentlichen Grenze der Erdatmosphäre kann man nicht sprechen, da die Gasdichte nach außen hin kontinuierlich abnimmt.

Siehe auch

Literatur

  • Helmut Kraus: Die Atmosphäre der Erde – eine Einführung in die Meteorologie. Springer, Berlin 2004, ISBN 3-540-20656-6.
  • C. D. Schönwiese: Klimatologie. Ulmer Verlag, Stuttgart 2003, ISBN 3-8252-1793-0
  • Karin Labitzke: Die Stratosphäre. Springer, Berlin 1998, ISBN 3-540-65000-8.
  • Brigitte Klose: Meteorologie – Eine interdisziplinäre Einführung in die Physik der Atmosphäre. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg 2016 ISBN 978-3662436219.

Einzelnachweise

  1. Carbon Dioxide Information Analysis Center
  2. Erdatmosphäre reicht bis zum Mond. Abgerufen am 2019-06-19. (de)
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