Atmosphäre

Die Atmosphäre der Erde ist eine Gasschicht, welche unseren Planeten umgibt: Diese Schicht wird durch die Schwerkraft der Erde zusammengehalten. Sie besteht aus "Luft", die sich aus 78% Stickstoff, 21% Sauerstoff, 0.93% Argon, 0.039% Kohlendioxyd und kleinen Mengen anderer Gase zusammensetzt . Die Luft enthält auch eine variable Menge an Wasserdampf, im Durchschnitt etwa 1%.

Die Atmosphäre schützt das Leben auf der Erde, indem sie

• die ultraviolette Solarstrahlung absorbiert,
• die Wärmerückstrahlung der Oberflächen zurückhält (Treibhauseffekt), und
• die Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht verringert.

Die Atmosphäre wird in fünf unterschiedliche Schichten untergliedert.

• Die Troposphäre, welche sich vom Erdboden bis in acht Kilometer Höhe an den Polen und 18 Kilometer Höhe in der Äquator-Zone erstreckt
• Die Stratosphäre, welche sich von der Tropopause (die Grenzschicht zwischen Troposphäre und Stratosphäre) bis zur Stratopause erstreckt, welche sich in etwa 50 km Höhe befindet
• Die Mesosphäre, welche sich bis zur Mesopause in etwa 80 bis 90 km Höhe erstreckt
• Die Ionosphäre, (oder auch Thermosphäre) welche sich von der Mesopause bis in etwa 500 km erstreckt
• Und schließlich die Exosphäre, die letzte Schicht, welche sich von Höhenkilometer 500 bis 1000 erstreckt, bevor der Übergang in das Vakuum des Weltalls stattfindet

In der Atmosphäre beobachten wir den Prozess, den wir Wetter nennen, hauptsächlich aber in der untersten Schicht, der Troposphäre, welche unten näher beschrieben wird.

Troposphäre

Die Troposphäre ist die unterste Schicht der Atmosphäre, und reicht vom Erdboden bis zur Tropopause. Ihre Dicke beträgt etwa 8 Kilometer an den Polen, wo sie im Winter bis zu 2 Kilometer niedriger ist als im Sommer, und 18 bis zu 20 Kilometer am Äquator.
In der Troposphäre sind etwa 90 Prozent der gesamten Luft sowie beinahe der gesamte Wasserdampf der Erdatmosphäre enthalten. Da sich hier der Großteil des Wetters abspielt, spricht man auch von der Wetterschicht (oder Advektionsschicht) der Atmosphäre.

Der Rand zwischen der Troposphäre und der folgenden Schicht (Stratosphäre), wird Tropopause genannt. Dort wird die Luft bedeutend dünner, und es findet eine Temperaturumkehr (Inversion) statt: Die Temperaturen in der Stratosphäre liegen zwischen -40 und -3°C, und damit höher als in den oberen Schichten der Troposphäre.

Die niedrigste Schicht der Troposphäre, wo sie mit der Erdoberfläche in Berührung kommt, ist die planetarische Grenzschicht. Diese Schicht ist gewöhnlich einige hundert Meter bis 2 Kilometer stark, abhängig von der Landoberfläche und der Uhrzeit.Die Troposphäre wird nur in geringem Maße direkt durch Sonnenstrahlen erwärmt. Der größte Teil der Wärme wird vom Erdboden aufgenommen, der sich in der Sonne erwärmt. Die Lufttemperatur nimmt daher im Schnitt um etwa 6,5 °C pro Kilometer Höhe ab. Dies nennt man den vertikalen atmosphärischen Temperaturgradienten.

Im einzelnen beträgt die Temperaturabnahme in trockenadiabatischen (= wolkenlosen) Abschnitten durchschnittlich 1 Grad auf je 100 Meter (Dry adiabatic lapse rate = DALR), im feucht-adiabatischen (wolken-und nebelreichen) Raum sind es pro 100 Meter etwa 0,6 Grad (Saturated adiabatic lapse rate = SALR). An der Tropopause beträgt die Temperatur um –75 °C (am Äquator) bis –45 °C (an den Polen).

Da warme Gase hochsteigen und kalte absinken, wird die Luft innerhalb der Troposphäre durchmischt, und damit die Entstehung von Wetter möglich. Da an der Ozonschicht in der Stratosphäre die Temperatur mit zunehmender Höhe wieder steigt (Inversion), stellt sie eine Durchmischungsgrenze dar. Daher spielen sich alle Vorgänge, die das Wetter beeinflussen, in der Troposphäre ab. Durch die Erwärmung entsehen Auf- und Seitenwinde, durch den vorhandenen Wasserdampf werden Wolken gebildet, Regen entsteht und die Troposphäre wird von gelösten Gasen und Feststoffen gereinigt.

Temperaturschichtung der Atmosphäre

Die Temperatur in der Atmosphäre nimmt mit der Höhe ab.

Eigentlich müsste warme Luft aufsteigen. Dies tut sie aber nicht - warum? Da die Dichte der Luft mit der Höhe abnimmt, ist die aufliegende Luft der oberen Schichten leichter als die darunterliegende wärmere (aber dichtere, unter höherem Luftdruck stehende) Luft. Daher steigt die warme Luft nicht auf - oder doch? ;)

Manchmal steigt die warme Luft auf - dann, wenn ein Luftpaket besonders stark erwärmt und dadurch leichter wird - dann verdrängt es die darüberliegende kältere Luft, und steigt solange auf, bis es sich selbst soweit ausgedehnt und abgekühlt hat, daß sein Gewicht nicht mehr leichter ist als das der umliegenden Luft.