Atmosphäre

Um den festen Erdkörper hat sich im Laufe seiner Entwicklung eine Lufthülle entwickelt, die Atmosphäre. Sie unterliegt der Anziehungskraft der Erde und nimmt an ihrer Rotation teil. Hier spielen sich die Vorgänge des Wetters und Klimas ab.

Die Zusammensetzung der Atmosphäre: In den unteren Schichten (bis etwa 100 km Höhe), der Homosphäre, bleibt die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre beinahe gleich. Die wesentlichen Bestandteile (und deren durchschnittlicher prozentualer Anteil am Gesamtvolumen) sind Stickstoff (78,08 %), Sauerstoff (20,95 %), Argon (0,93 %) und Kohlendioxid (0,03 %). Daneben sind bis in Höhen von 20 km Wasserdampf und Spurengase zu finden. Letzteren kommt jedoch wegen ihres Einflusses auf den Treibhauseffekt in jüngster Zeit stärkere Bedeutung zu. Spurengase werden nicht nach Hundertstel, sondern nur nach ppm = parts per million oder gar ppb = parts per billion gemessen. Die wichtigsten dieser Spurengase sind: Methan, Ozon, Chlorfluormethane (CFM) oder Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW).

Methan entsteht aus Reisfeldern, Massenrinderhaltung und Verbrennung von Biomasse und ist ein extrem wirksames Treibhausgas. Die derzeitige Konzentration liegt bei 1,7 ppm mit steigender Tendenz.

Ozon entsteht in der Stratosphäre durch UV-Bestrahlung des Luftsauerstoffs und bildet einen Schutzschirm für die Erde, indem es das Eindringen schädlicher kurzwelliger Strahlung blockiert. In etwa 15 bis 35 km Höhe absorbiert Ozon 55 % der solaren UV-Strahlung. Die bodennahe Konzentration liegt derzeit bei etwa 30 ppb, in der Stratosphäre jedoch bei 5 bis 10 ppm.

Chlorfluormethane (CFM) oder Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) sind in Sprühdosen, Kühlanlagen oder bei der Kunststoffschäumung verwendete Stoffe in sehr geringer Konzentration, aber mit einem raschen Zuwachs von derzeit 5 % pro Jahr und einer langen Verweildauer. Sie beschleunigen den Ozonabbau.

Darüber hinaus finden wir in der Atmosphäre eine Reihe von Beimengungen in fester, gasförmiger und flüssiger Form, die über Großstädten und Industriegebieten besonders zahlreich sind, nämlich Staub, Verbrennungsprodukte, Salzkristalle, Bakterien, Luftkeime (Schimmelpilze u.Ä.). Sie alle treten wegen ihres relativ hohen Gewichtes jedoch nur in Bodennähe auf. Für viele Wettererscheinungen spielen diese Teilchen eine große Rolle, so bei der Bildung von Dunst, Nebel, Wolken, Regen (Kondensation). Sie beeinflussen auch den Strahlungs- und Wärmehaushalt der Atmosphäre durch Absorption und sind an atmosphärischen Leuchterscheinungen (z.B. Morgen- und Abendrot) beteiligt.

Der Stockwerkbau der Atmosphäre: Die verschiedenen Stockwerke der Atmosphäre unterscheidet man hauptsächlich nach der Art der Temperaturänderung mit zunehmender Höhe. Die Grenzen zwischen den Stockwerken, den Pausen, sind schmale Übergangszonen, an denen sich die Art der Temperaturveränderung wandelt.

Bis zur Obergrenze der Troposphäre nimmt die Temperatur mit steigender Höhe im Mittel um 0,5 °C pro 100 m ab. In der Stratosphäre ändert sie sich wenig oder nimmt sogar etwas zu. Dadurch bildet die Stratosphäre eine Inversionsschicht und bildet eine Sperre gegen den vertikalen Luftaustausch. Die Ozonschicht verursacht im oberen Teil der Stratosphäre eine beträchtliche Temperaturzunahme. Über der Stratopause kommt es ausstrahlungsbedingt zu einer Temperaturabnahme. Der starke Anstieg der Temperatur in der Thermosphäre ist in der Absorption der solaren Teilchenstrahlung begründet.

Die Dichte der Atmosphäre nimmt mit zunehmender Höhe rasch ab; so wiegt 1 Liter Luft unter normalem Druck (das ist 760 Torr oder 1 013 Millibar) bei einer Temperatur von 0 °C 1,293 g, in einer Höhe von 5 000 m dagegen nur noch 0,73 g.

Entscheidend für das Wettergeschehen, das sich nur in der Troposphäre abspielt, ist der Wasserdampf, der auch als Wasser oder Eis vorhanden sein kann. Da er von der Lufttemperatur abhängig ist, schwankt sein Anteil örtlich und zeitlich sehr stark (zwischen 0 und 4 Volumenprozenten), in den mittleren Breiten liegt er durchschnittlich bei etwa 1 %. Dieser unser Wetter bestimmende Luftmassenaustausch in der Atmosphäre wird als "Allgemeine Zirkulation" der Atmosphäre beschrieben.

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