Atmosphäre
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Abbildung 1: Die untersten Schichten der Erde erscheinen vom Space-
Shuttle als schmales, dunkelblaues Streifen am Horizont der Erdkugel.
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copyright: NASA; Bildinformation
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Die Atmosphäre umspannt die Erde als sehr dünnen Schutzfilm gegen den kalten
und leeren Weltraum (s. Abbildung 1). Ihre Hauptbestandteile sind Stickstoff
mit 78% und Sauerstoff mit 21%. Das restliche eine Prozent sind Bestandteile wie
Kohlenstoff-Sauerstoff- Verbindungen, Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen oder
Edelgase wie beispielsweise Argon.
Die Atmosphäre wird entsprechend ihres positiven oder negativen Temperaturgradientens
in die vier Schichten Troposphäre – Stratosphäre – Mesosphäre –
Thermosphäre unterteilt (s. Abbildung 2). Darüber kommt noch die Exosphäre,
die den Übergang in den Weltraum markiert. Diese wird meistens nicht als eine
wirkliche Schicht gezählt. Die Obergrenze der Exosphäre befindet sich etwa
1000 Kilometer über der Erdoberfläche. Allerdings konzentrieren sich 99% der
Atmosphärenmasse in den unteren 40 Kilometern. Das
bedeutet nichts anderes, als dass der Druck mit zunehmender Höhe dramatisch
abnimmt.
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Die Troposphäre
Die Troposphäre ist die unterste Schicht der Atmosphäre, mit einer Mächtigkeit zwischen 8 und 18 Kilometern.
Die Dicke schwankt mit den Jahreszeiten, wobei sie im Sommer größer ist als
im Winter. Innerhalb der Troposphäre nimmt die Temperatur von durchschnittlich
17°C am Boden mit etwa 6°C pro Kilometer ab und erreicht an ihrer Obergrenze
im Mittel eine Temperatur von –52°C. In der Troposphäre spielt sich fast
das gesamte Wetter ab (s. Abbildung 3); sie enthält 99% des gesamten
Wasserdampfes der Atmosphäre.
Die Troposphäre ist durch die Tropopause von der Stratosphäre getrennt.
Innerhalb der Tropopause ist die Temperatur konstant.
Die Stratosphäre & die Ozonschicht
Die Stratosphäre folgt auf die
Troposhäre und erstreckt sich von etwa 10 Kilometer bis 50 Kilometer über der
Erdoberfläche. In den ersten etwa 20 Kilometern ist die Temperatur relativ
konstant, dann nimmt sie bis auf etwa 0°C an ihrer Obergrenze zu. Der plötzliche
Temperaturanstieg wird durch die Ozonschicht in etwa 30 bis 40 Kilometer Höhe
verursacht. Die Ozonschicht absorbiert die ultraviolette Strahlung der Sonne,
wobei sich der Bereich aufheizt. Gerade die
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Abbildung 2: Die vier Schichten der
Atmosphäre. Rot ist der Temperaturverlauf mit zunehmender Höhe dargestellt.
copyright: NASA
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Absorption des gefährlichen
UV-Lichtes macht die Ozonschicht für das Leben auf der Erde so wichtig. In den
letzten Jahren wurde durch menschlich verursachte Umweltverschmutzung die
Ozonschicht geschädigt und teilweise sogar ganz zerstört (s. Abbildung 4). Die Stratosphäre greift in
geringem Maße in das Wettergeschehen ein. Da dort aber meist „sturmfrei“
ist, wird die Stratosphäre gerne von Piloten aufgesucht, da sie einen ruhigen
Flug verspricht. Allerdings sind es auch sehr stark Flugzeugabgase, welche die
Ozonschicht schädigen, da sie die Tropopause nur schlecht durchdringen und
dadurch in der Stratosphäre verbleiben und irgendwann mit der Ozonschicht in
Berührung kommen.
Die Stratosphäre ist durch die Stratopause von der Mesosphäre getrennt.
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Abbildung
3: Ein Sturm- wirbel über Europa.
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copyright: NASA;
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Abbildung 4:
Ozonloch über der Antarktis (schattiert) im September 2000.
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copyright: NASA Bildinformation
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Die Mesosphäre
Die schließt an die Stratosphäre
an und reicht von etwa 50 bis 85 Kilometern über die Erdoberfläche. Wie
einleitend schon erwähnt, konzentrieren sich 99% der Atmosphärenmasse in den
untern 40 Kilometern. Die extrem ausgedünnte Luft der Mesosphäre lässt die
Temperatur mit zunehmender Höhe wieder auf –93°C fallen. Die chemische
Zusammensetzung besteht überwiegend aus leichten Gasen. Außerdem beginnt sich
eine Schichtung der chemischen Elemente entsprechend ihrer Masse auszubilden.
Dabei liegen leichtere Elemente über den schweren.
Innerhalb der Mesosphäre verglühen
die meisten Meteore, wenn sie auf die Erde stürzen. Beobachtet man nachts eine
Sternschnuppe, kann man sich fast sicher sein, ihn eben in der Mesosphäre
verglühen zu sehen.
Auch zwischen Mesosphäre und Thermosphäre liegt eine Zwischenschicht – die Mesopause.
Die Thermosphäre
Die weit ausgedehnte Thermosphäre
oberhalb der Mesosphäre reicht von 85 bis etwa 600 Kilometer über die
Erdoberfläche. In ihr sind die einzelnen Gasteilchen sehr weit voneinander
entfernt. Die extrem kleine Dichte dieser Atmosphärenschicht setzt sie der
hochenergetischen Sonnenstrahlung aus. Dadurch heizt sich die Thermosphäre bis
über 1700°C in ihren äußersten Ausläufern auf.
In der Thermosphäre erscheinen die
berühmten Nordlichter (s. Abbildung 5). Außerdem umläuft in diesem Bereich
das Space-Shuttle und neuerdings auch die Internationale Raumstation ISS die
Erde.
Die Exosphäre
Die Exosphäre wird meist nicht
mehr der Atmosphäre zugeschlagen. Sie markiert den Übergang zwischen Atmosphäre
und dem interplanetarem Raum und erstreckt sich zwischen etwa 600 und 1000
Kilometern über der Erdoberfläche. Auch darin können Nordlichter entstehen.
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Abbildung
5:
Eine herrliche
Nordlicht-Aufnahme von Jan Curtis, der am Geophysikalischen Institut der
Alaska-Universität arbeitet. Er nannte das Bild "Griechischer Bogen und
Vorhang".
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Aufgenommen von & copyright
bei: Jan Curtis
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