Infoblatt Atmosphäre

Beschreibung der Lufthülle der Erde




Durch die Anziehung der Erde werden auf ihrer Oberfläche Gase gebunden; diese bilden die Atmosphäre. Die Atmosphäre ist demzufolge die Lufthülle der Erde. Sie wird in vier unterschiedlich hohe Schichten unterteilt: Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre und Thermosphäre. Die Grundlage für diese Einteilung ist die Veränderung der Temperatur mit zunehmender Höhe.


Die äußersten "Hüllen" der Erde – Thermosphäre und Mesosphäre

In ca. 500 km Höhe geht die Erdatmosphäre nahezu nahtlos in den Weltraum über. In diesem Übergangsbereich herrschen Temperaturen von bis zu 1.000 °C, weshalb diese Schicht der Atmosphäre als Thermosphäre bezeichnet wird. Unterhalb der Thermosphäre befindet sich die Mesosphäre. Beide Schichten werden in etwa 80 km Höhe durch die Mesopause getrennt, an der die Temperatur mit zunehmender Höhe stark ansteigt. Erscheinungen in der Thermosphäre sind die Polarlichter. Dabei werden von der Sonne ausgestrahlte Protonen und Elektronen durch das Magnetfeld der Erde an den Polen in die Atmosphäre geleitet und dort durch Gase zum Leuchten angeregt. In der oberen Mesosphäre werden manchmal Eiswolken nachts von den letzten Sonnenstrahlen angestrahlt und erscheinen so als leuchtende Nachtwolken.


Voraussetzung für Leben – das Ozon in der Stratosphäre

In ca. 50 km Höhe befindet sich die Stratopause. Sie grenzt die Mesosphäre von der darunter liegenden Stratosphäre ab. Innerhalb der Stratosphäre liegt die Ozonschicht. Dort ist die Konzentration an Ozon – einem Molekül mit drei Sauerstoffatomen – sehr groß. Zur Bildung von Ozon muss kurzwellige UV-Strahlung absorbiert (aufgenommen) werden. Damit das Ozon wieder abgebaut wird, wird langwelligere UV-Strahlung absorbiert. Zur Ozonbildung und -vernichtung wird also UV-Strahlung benötigt und somit in der Ozonschicht nahezu vollständig dem Spektrum der Sonnenstrahlen entzogen. An die Erdoberfläche gelangen daher nur das sichtbare Licht, die infrarote Strahlung (Wärmestrahlung) sowie andere langwelligere Strahlungen. Die Absorption von UV-Strahlung durch das Ozon in der Stratosphäre ist für das Leben auf der Erde von enormer Bedeutung: Ultraviolette Strahlen rufen in der Erbsubstanz Mutationen hervor und können so ganze Pflanzen verändern oder bewirken beim Menschen Hautkrebs. Die Ozonschicht vermindert solche Veränderungen.


Der Ort des Wetters – die Troposphäre

Die unterste Schicht der Atmosphäre ist mit ihrer Mächtigkeit von ca. 8 km an den Polen und bis zu 18 km in den Tropen die "dünnste", aber für die Meteorologen die interessanteste. Sie wird nach oben durch die Tropopause abgegrenzt, die in den Tropen höher liegt als an den Polen, weil sich die warme Tropikluft gegenüber der kalten Polarluft stärker ausdehnt.
Da sich durch die unterschiedliche Sonneneinstrahlung im Laufe eines Jahres oder eines Tages nur die unterste Schicht der Atmosphäre erwärmt oder abkühlt, kommt es auch nur hier zu Temperaturunterschieden, die durch Winde ausgeglichen werden. Diese Ausgleichströmungen mit ihren Folgeerscheinungen wie Wolken oder Niederschlägen machen das Wetter aus. Das gesamte Wettergeschehen spielt sich also ausschließlich in der Troposphäre ab.
Die Troposphäre wird durch Durchschnittswerte der für den Flugverkehr entwickelten internationalen Standardatmosphäre definiert:

Werte der Standardatmosphäre (Troposphäre)
Luftdruck in 0 m Höhe (NN)	1.013,25 hPa
Temperatur in 0 m Höhe (NN)	+ 15 °C
Temperaturabnahme	0,65 °C / 100 m
Tropopausenhöhe	11 km
Tropopausentemperatur	- 56,5 °C

Chemische Zusammensetzung der Troposphäre

Wer meint, in der Luft befinde sich vor allem "Luft", irrt sich. Die Troposphäre besteht zu ca. 78 % aus Stickstoff und nur zu ca. 21 % aus Sauerstoff. Das restliche Prozent bilden das Edelgas Argon und die auf Grund ihres minimalen Anteils so genannten Spurengase:

Zusammensetzung der Troposphäre
Gas		Volumenprozent
Stickstoff	N2	78,084
Sauerstoff	O2	20,9476
Argon	Ar	0,934
Kohlendioxid	CO2	0,035 (veränderlich) vorindustrieller Gehalt (1860): 0,029
Neon	Ne	0,001818 (veränderlich)
Helium	He	0,000524
Methan	CH4	0,0002 (veränderlich)
Krypton	Kr	0,000114
Wasserstoff	H2	0,00005
Stickoxidul (Distickstoffoxid)	N2O	0,00005
Xenon	Xe	0,0000087
Ozon	O3	0,000007 (veränderlich)

Unter den Spurengasen sind neben dem Ozon auch noch das Kohlenstoffdioxid, das Methan und der im Wasser gebundene Wasserstoff bedeutend. CO₂ und CH₄ sind Treibhausgase, d. h. sie absorbieren die Wärmestrahlung und sorgen so für die Aufrechterhaltung der 15 °C Durchschnittstemperatur auf der Erdoberfläche. Das Wasser ist die Vorraussetzung für Wolkenbildung und Niederschläge.