Meteorologie: Die Atmosphäre
Vertikale Aufbau der Atmosphäre
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Die Atmosphäre ist die Lufthülle, die die Erde umgibt. Sie weist eine Masse von zirka 4,9 · 1018 kg auf und teilt sich in Bezug auf ihren Temperaturverlauf in mehrere Schichten ein:
- Die Troposphäre von 0 km (Gebirge, Stratosphärendurchbruch) bis zwischen 7 km (Polargebiete) und 17 km (Tropen), begrenzt durch die Tropopause,
- die Stratosphäre von zwischen 7 und 17 km bis 50 km, begrenzt durch die Stratopause,
- die Mesosphäre von 50 km bis zwischen 80 und 85 km, begrenzt durch die Mesopause,
- die Thermosphäre von zwischen 80 und 85 km bis über 640 km und
- die Exosphäre von zwischen 500 und 1000 km bis etwa 100.000 km (in den interplanetaren Raum übergehend).
Die Troposphäre wird auch als untere Atmosphäre, Stratosphäre und Mesosphäre gemeinsam als mittlere Atmosphäre und Thermosphäre und Exosphäre zusammen als obere Atmosphäre bezeichnet.
Diese Gliederung gibt nur eine grobe Einteilung wieder und es ist auch möglich, die Atmosphäre nicht nach dem Temperaturverlauf, sondern nach anderen Gesichtspunkten zu gliedern, wie
- dem radio-physikalischen Zustand der Atmosphäre:
- Ionosphäre
- Magnetosphäre
- nach den physiko-chemischen Prozessen
- Ozonosphäre / Ozonschicht (16-50 km)
- Chemosphäre (20-600 km)
- dem Durchmischungsgrad
- Homosphäre (0-100 km)
- Homopause (100-120 km)
- Heterosphäre (>120 km)
- dem aerodynamischen Zustand
- Prandtl-Schicht (ca. 0-50 m)
- Ekman-Schicht (ca. 50-1000 m)
- Prandtl-Schicht + Ekman-Schicht = Planetare Grenzschicht (Peplosphäre)
- Freie Atmosphäre (>1 km)
- der Lebenszone
- Biosphäre (0-20 km)
Die bodennahen Schichten bis in etwa 90 km Höhe haben eine recht gleichförmige Zusammensetzung, weshalb dieser Abschnitt auch als Homosphäre bezeichnet wird.
Die oberen Schichten bestehen aus sehr dünnem Gas, das nicht mehr in Molekülen, sondern in Atomen und Ionen vorliegt (daher der Name Ionosphäre). Dies liegt daran, dass die von der Sonne eingestrahlte hochenergetische Strahlung die Moleküle dissoziieren lässt, die so entstehenden Ionen aber erst nach längerer Zeit auf einen Partner treffen. Ferner kommt es auch zu einer Entmischung der Bestandteile nach ihrer unterschiedlichen molaren Masse, weshalb sich mit zunehmender Höhe leichtere Gase wie Wasserstoff konzentrieren (siehe Abbildung 2). Diese sind unter Umständen auch in der Lage in den Weltraum zu entweichen, was sich jedoch aufgrund der extrem dünnen Atmosphäre in diesen Höhen und den dadurch sehr geringen Masseverlusten mit dem Eintrag beispielsweise durch den Sonnenwind ausgleicht.
Troposphäre
BearbeitenDas Wetter spielt sich ausschließlich in der Troposphäre ab, in mitteleuropäischen Breiten liegt sie bis zu einer Höhe von ca. 11.000 m
Tropopause
BearbeitenStratosphäre
BearbeitenFür Klimabetrachtungen müssen nicht nur die Troposphäre sondern auch die stratosphärische Vorgänge miteinbezogen werden.
Höhe ca. 11 bis 47 km Höhe
Mesosphäre
BearbeitenNeuerdings zeichnet sich ab, dass sogar Vorgänge in der Mesosphäre berücksichtigt werden müssen, will man die Wechselwirkung zwischen Klima und Atmosphärenchemie verstehen.
Höhe zwischen 47 & 85 km
Thermosphäre
BearbeitenExosphäre
BearbeitenDer Übergang zwischen Exosphäre und Weltraum ist kontinuierlich und man kann daher per se keine scharfe Obergrenze der Erdatmosphäre ziehen.
Seitens der Fédération Aéronautique Internationale wird daher die Homopause bzw. eine Höhe von rund 100 km als Grenze angesehen, da hier mit einer Temperatur von -90 ºC und einem Luftdruck von einem Hektopascal (0,1 % des Luftdrucks auf Meereshöhe) bereits nahezu Weltraumbedingungen herrschen. Diese Definition ist international weitestgehend anerkannt, wenn sie auch keine uneingeschränkte Gültigkeit besitzt. So wird zum Beispiel von der NASA die Mesopause (etwa 80 km) als Grenze definiert.