Atmosphäre
Bezeichnung für die überwiegend gasförmige Hülle, von der die Erde sowie andere Himmelskörper umgeben sind, und die durch die Schwerkraft (Gravitation) dieser Körper festgehalten wird.
Zusammensetzung und Aufbau der Erdatmosphäre
Die Erdatmosphäre setzt sich überwiegend (ca. 78 Prozent) aus Stickstoff (N2), zu 20 Prozent aus Sauerstoff (O2) und zu weniger als 1 Prozent aus Edelgasen wie zum Beispiel Argon (Ar) zusammen. Hinzu kommen Aerosole, also feste und flüssige Schwebeteilchen in einer gasförmigen Hülle, sowie Spurengase. Zu letzteren zählen Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid (CO2), Methan (CH4), Ozon (O3), Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), Schwefeldioxid (SO2) und Stickstoffverbindungen.
Aufbau der Atmosphäre
Als Erdatmosphäre bezeichnet man die Gashülle unseres Planeten. Die Bezeichnung „Sphäre“ ist griechischen Ursprungs und lässt sich mit „Hülle“ oder „Ball“ übersetzen. Die Erdatmosphäre setzt sich aus mehreren Sphären zusammen, die sich unter anderem in Dichte, Druck und Temperatur grundlegend voneinander unterscheiden.
In der bodennahen Troposphäre, die rund drei Viertel der Luftmasse und fast den gesamten Wasserdampf enthält, laufen alle wetterrelevanten Phänomene wie Wind und Wolkenbildung ab.
Quelle: Gerstel
Die Zusammensetzung der Atmosphäre - ihre Gase und Partikel - spielt eine entscheidende Rolle bei der Verknüpfung von menschlichem Wohlergehen mit regionalen und globalen Veränderungen, weil die Atmosphäre alle wichtigen Komponenten des Systems Erde miteinander verbindet. Die Atmosphäre interagiert mit den Ozeanen, dem Land, den terrestrischen und marinen Pflanzen und Tieren sowie den Eisregionen.
Wegen dieser Verknüpfungen befördert die Atmosphäre Veränderung. Emissionen von natürlichen Quellen und menschlichen Aktivitäten treten an der Erdoberfläche in die Atmosphäre ein und werden in andere geographische Regionen und oft in größere Höhen transportiert. Einige Emissionen erfahren chemische Umwandlungen oder werden wieder entfernt oder sie interagieren mit der Feuchtigkeit bei der Wolkenbildung und beim Niederschlag. Einige natürliche Ereignisse und menschliche Aktivitäten, die die Zusammensetzung der Atmosphäre verändern, bewirken auch eine Veränderung des irdischen Strahlungsgleichgewichts. Nachfolgende Auswirkungen auf Änderungen in der atmosphärischen Zusammensetzung schaffen vielfältige Umwelteffekte, die sowohl die menschliche Gesundheit wie auch natürliche Systeme beeinflussen können.
Die Feststellung von Trends in der atmosphärischen Zusammensetzung gehören zu den ersten Vorboten von globalen Veränderungen.
Ein Hauptmerkmal der Atmosphäre besteht darin, dass sie als Langzeitreservoir für bestimmte Spurengase dient, die globale Veränderungen verursachen können. Die lange Verweildauer einiger Gase, wie z.B. Kohlendioxid (>100 Jahre) oder Perfluorkohlenwasserstoff (>1000 Jahre) lassen den Schluss zu, dass die damit verbundenen globalen Veränderungen über Dekaden, Jahrhunderte, sogar Jahrtausende andauern können und dabei die ganze Erde betreffen können.
| Troposphäre und Tropopause | Die Troposphäre reicht an den Polen bis ca. 7 km Höhe und am Äquator bis ca. 17 km. In ihr spielen sich alle wetterrelevanten Phänomene ab wie z.B. die Wolkenbildung. Die obere Grenze der Troposphäre bildet die Tropopause. Die Lage der Tropopause ist stark von der geographischen Breite und der Jahreszeit abhängig. Die Troposphäre enthält 80 Prozent der Masse der gesamten Atmosphäre. In der untersten Schicht der Troposphäre, der 1,0-2,5 Kilometer mächtigen planetarischen Grenzschicht, bewirkt der Einfluss der Erdoberfläche starke Veränderungen der meteorologischen Parameter wie Temperatur, Wind und Feuchtigkeit. Die Erdoberfläche wird durch Absorption kurzwelliger solarer Strahlung erwärmt. Die Wärme geht von der Bodenheizfläche in die mit ihr in Berührung stehende Luft über. Der Weitertransport in höhere Schichten erfolgt durch Turbulenz und Konvektion. Insgesamt kommt es so zu einer Durchmischung in der Troposphäre und es stellt sich eine Temperaturabnahme mit zunehmender Höhe ein. Dieser Lufttemperaturgradient beträgt im Mittel etwa minus 6,5 Kelvin pro Kilometer Höhenzunahme, so dass an der Tropopause Temperaturen um minus 50 Grad Celsius (an den Polen) und um minus 80 Grad Celsius (am Äquator) erreicht werden. In der Troposphäre herrschen ständig auf- und absteigende Luftströme vor, was durch das Wort "trope" (Kehre, Wende) gekennzeichnet wird. Diese Vertikalbewegungen können die Luft vom Erdboden bis zur Tropopause durchmischen und der Wasserdampf kann kondensieren oder verdunsten. Dies führt im Zusammenhang mit der Tatsache, dass die Troposphäre fast den gesamten Wasserdampf der Erdatmosphäre enthält, zu den verschiedenen Wettervorgängen. Die damit einhergehende Wolken- und Niederschlagsbildung bewirkt auch eine Reinigung der Troposphäre von gelösten Gasen und Feststoffen. Letztere sind allerdings als Kondensationskerne unverzichtbar bei der Wolkenbildung. Der Austausch zur nächsthöheren Luftschicht, der Stratosphäre ist nur gering, da von dort aus die Temperatur mit steigender Höhe wieder zunimmt. |
| Stratosphäre und Stratopause | Die Stratosphäre bildet von der Erde aus gesehen die nächsthöhere Schicht der Atmosphäre. In der Stratosphäre nimmt die Temperatur im Mittel mit steigender Höhe langsam ab, wobei es aber lokal durch die Aufheizung durch Sonneneinstrahlung zu einem Temperaturanstieg kommen kann. In der Erdstratosphäre ist dieser Anstieg ab etwa 20 Kilometer erheblich. Verursacht wird dieser umgekehrte Temperaturverlauf hauptsächlich durch das in der Stratosphäre befindliche Ozon, das UV-Strahlung aus dem Sonnenlicht absorbiert und dabei elektromagnetische Strahlung in Wärme umwandelt. Am stärksten ist die Aufheizung im Bereich der Ozonschicht, dort steigt die Temperatur von ca. -60 °C bis auf knapp unter 0 °C an. Die Stratopause bildet die atmosphärische Grenzschicht zwischen Stratosphäre und Mesosphäre. Sie befindet sich in etwa 50 km Höhe. |
| Mesosphäre und Mesopause | Die Mesosphäre bildet die mittlere der fünf Hauptschichten der Erdatmosphäre. Zur Erde hin grenzt sie in einer Höhe von ca. 50 km an die Stratopause und in Gegenrichtung in 80 km Höhe an die Mesopause, die ihrerseits die Grenze zur Thermosphäre bildet. Die Luft ist dort bereits sehr ausgedünnt, Ozon ist kaum noch vorhanden. Das Temperaturspektrum reicht von 0 °C an der Stratopause bis zu -90 Grad an der Mesopause. Stürzen Meteore sowie kleine Gesteins- und Staubteile auf die Erde, verglühen sie in der Regel in der Mesosphäre und sind dort zum Beispiel als Sternschnuppen zu sehen. Im oberen Bereich der Mesosphäre bilden sich meist über den Polarkappen, sogenannte "Leuchtende Nachtwolken". Bläulich-silbern schimmernd sind sie auch in unseren Breitengeraden in Europa zu sehen. Vermutlich handelt es sich um Ansammlungen von Eisteilchen, die jedoch nicht mit dem Nord- oder Polarlicht verwechselt werden sollten. |
| Thermosphäre | Die Thermosphäre bildet die zweitäußerste Schicht der Erdatmosphäre. Sie beginnt in einer Höhe von etwa 80 km und endet in ca. 800 km an der Thermopause. Diese bildet wiederum die Grenze zur Exosphäre, der äußersten Schicht der Atmosphäre. Das Temperaturspektrum reicht von 300 °C nachts bis 1.700 °C am Tag. Mitten in der Thermosphäre befindet sich die Internationale Raumstation (ISS) in einer Höhe von 400 Kilometern von der Erde entfernt. Viele Satelliten wie zum Beispiel die Erdbeobachtungssatelliten aus dem Copernicus-Programm bewegen sich an der äußeren Grenze zur Exosphäre in einer Höhe von ca. 780 km. |
| Exosphäre | Die Exosphäre bildet die fünfte und damit äußerste Schicht der Erdatmosphäre. Die meisten in ihr enthaltenen Teilchen sind weitgehend ionisiert. Sie stellt den fließenden Übergang zum interplanetaren Raum dar. Sie grenzt mit ihren unteren Bereichen bei etwa 700 Kilometer Höhe an die Thermosphäre. Je nach Defininition kann die Grenze auch bereits bei 400 Kilometern beginnen. Ihre äußere Grenze liegt bei etwa 10.000 Kilometern. Sie ist allerdings nicht exakt zu bestimmen, da hier die Gasmoleküle der Atmosphäre das Graviationsfeld der Erde bereits verlassen können. Sind die Gasteilchen allerdings ionisiert (elektrisch geladen), müssen sie sich entlang der Feldlinien des Erdmagnetfeldes innerhalb der Magnetosphäre bewegen und können somit dem Einfluss der Erde nicht entkommen. |
Funktionen der Atmosphäre
Die Atmosphäre hat eine Reihe lebenswichtiger Funktionen, indem sie
- die Lebewesen vor schädlicher bzw. tödlicher Strahlung aus dem Weltraum schützt (Filter für UV- und Röntgenstrahlung der Sonne),
- lebensnotwendiges Sonnenlicht zu den Oberflächen der Kontinente und Ozeane durchlässt (Energiequelle),
- durch das Vorhandensein bestimmter Gase (Treibhausgase) die für das Leben nötigen Temperaturen schafft,
- in der Folge die durchschnittliche Oberflächentemperatur der Erde von ca. +15 °C, gegenüber sonst ca. -18 °C, ermöglicht,
- vor schneller Auskühlung und Überhitzung schützt (z.B. Wärmeausgleich zwischen Tag und Tag),
- Energie (fühlbare Wärme der Luft und latente Wärme des Wasserdampfs) aus Bereichen in Äquatornähe zu mittleren und höheren Breiten transportiert),
- Wasserdampf-Feuchtigkeit durch die dynamischen Prozesse der allgemeine Zirkulation transportiert und verteilt, wodurch die Niederschlagsverteilung bestimmt wird,
- den Hauptspeicher für Stickstoff bildet,
- ein Reservoir für Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff darstellt.
- einbezogen ist in verschiedene lebensnotwendigen Stoffkreisläufe,
- natürliche und anthropogene (durch Menschen verursacht) Emissionen verteilt, die in der Atmosphäre durch Oxidation, Reaktionen mit Radikalen und Photolyse umgesetzt und abgebaut werden und
- vor kleineren Meteoriten schützt, die wegen der großen Reibung beim Eintritt in die Atmosphäre verglühen und so die Erdoberfläche nicht erreichen.
Atmosphäre und Landwirtschaft
Die Atmosphäre ist Teil der natürlichen Umwelt, die landwirtschaftliche Aktivitäten ermöglicht. Dabei stehen Landwirtschaft und Atmosphäre in einem ständigen Austausch, z.B. von Gasen, und sie beeinflussen sich gegenseitig.
Im Fokus aktueller Diskussion steht der Klimawandel mit seinen Auswirkungen auf die Landwirtschaft und umgekehrt mit den Auswirkungen der Landwirtschaft auf den Klimawandel. (s. a. Umweltwirkungen)
| Landwirtschaft - Positivwirkungen |
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| Landwirtschaft - Negativwirkungen |
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| Atmosphäre - Positivwirkungen |
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| Atmosphäre - Negativwirkungen |
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Weitere Informationen:
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