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ⓘ Erdatmosphäre. Die Atmosphäre der Erde, auch Erdatmosphäre ist die gas­förmige Hülle der Erdoberfläche und eine der sogenannten Erdsphären. Sie hat einen hohen ..


Erdatmosphäre
                                     

ⓘ Erdatmosphäre

Die Atmosphäre der Erde, auch Erdatmosphäre ist die gas­förmige Hülle der Erdoberfläche und eine der sogenannten Erdsphären. Sie hat einen hohen Anteil an Stickstoff und Sauerstoff und somit oxidierende Verhältnisse.

Ihre vertikale Gliederung ist durch unterschiedliche Temperaturen bedingt. Das Wettergeschehen findet in den unteren etwa 10 Kilometern statt, der Troposphäre. Die höheren Schichten haben keinen so hohen Einfluss mehr.

                                     

1. Zusammensetzung

Die bodennahen Schichten bis in etwa 90 km Höhe Kármán-Linie der Raumfahrt haben eine recht gleichförmige Zusammensetzung, weshalb man auch von Homosphäre spricht. Was als Luft bezeichnet wird, besteht im Wesentlichen bei Außerachtlassen des wechselnden Wasserdampfgehalts d. h. in Volumenprozent trockener, wasserdampffreier Luft aus: 78.08 % Stickstoff N 2, 20.95 % Sauerstoff O 2 und 0.93 % Argon Ar, dazu Aerosole und Spurengase, darunter Kohlenstoffdioxid, ferner Methan CH 4, Ozon O 3, Fluorchlorkohlenwasserstoffe, Schwefeldioxid SO 2 und Stickstoff­verbindungen.

Für die Entstehung des Wetters ist neben der Energie­zufuhr durch die Sonnenstrahlung und ihrer tages- und jahreszeitlichen Schwankung hauptsächlich der Gehalt an Wasserdampf verantwortlich. Dieser kommt in wechselnder Konzentration von 0 % Vol. bis etwa 4 % Vol. in der Luft vor, siehe Luftfeuchtigkeit. Die regionale Sonneneinstrahlung hängt über den Gehalt an Aerosolen auch von der Transparenz der Atmosphäre ab.

Die Hochatmosphäre ist ein bereits sehr dünnes Gas, in das auch hochenergetische Anteile der Sonnenstrahlung noch eindringen können. Durch kurzwelliges UV-Licht werden die Moleküle dissoziiert und teilweise ionisiert. Ferner kommt es in Höhen über etwa 100 km auch zu einer Entmischung der Bestandteile nach ihrer unterschiedlichen molaren Masse, weshalb dieser Abschnitt auch Heterosphäre genannt wird. Mit wachsender Höhe nehmen daher die Anteile leichterer Teilchen wie Wasserstoffatome und Helium zu. Diese beiden Elemente entweichen thermisch bedingt allmählich in den Weltraum.

                                     

2.1. Aufbau Schichtung

Die Atmosphäre weist eine Masse von etwa 5.15 10 18 kg auf 5.15 Billiarden Tonnen, also knapp ein Millionstel der Erdmasse. Sie besteht hinsichtlich ihres vertikalen Temperaturverlaufs, insbesondere dessen Gradienten, aus mehreren Schichten:

  • Stratosphäre bis zur Stratopause in 50 km Höhe
  • Exosphäre darüber.
  • Thermosphäre siehe auch unten, Ionosphäre
  • Mesosphäre bis zur Mesopause in 80 bis 85 km Höhe
  • Troposphäre von der Erdoberfläche bis zur Tropopause in Höhen zwischen 7 km Polargebiete und 17 km Tropen

Die Troposphäre wird auch als untere Atmosphäre bezeichnet, Stratosphäre und Mesosphäre gemeinsam als mittlere Atmosphäre und die Thermosphäre als obere Atmosphäre.

Vor allem in der Troposphäre – der Wettersphäre – zeigt sich eine Dynamik innerhalb der Temperaturschichtung und des Gehalts an Wasserdampf, weshalb dort auch die jeweilige Schichtungsstabilität eine große Rolle spielt. Außer nach dem Temperaturverlauf lässt sich die Lufthülle auch nach anderen Gesichtspunkten einteilen:

nach dem aerodynamischen Zustand
  • Prandtl-Schicht + Ekman-Schicht = planetare Grenzschicht = Peplosphäre
  • Prandtl-Schicht etwa 0–50 m
  • Ekman-Schicht etwa 50–1000 m
  • Freie Atmosphäre > 1 km
Gliederung nach dem Durchmischungsgrad
  • Die Homosphäre ist turbulent durchmischt und reicht bis zur Homopause in etwa 100 km Höhe.
  • Darüber beginnt die Heterosphäre. Hier trennen sich die Teilchen nach ihrer Molmasse, da die molekulare Diffusion dominiert.
Gliederung nach dem radio-physikalischen Zustand der Atmosphäre
  • Ionosphäre
  • Magnetosphäre
  • Neutrosphäre Gase überwiegend im neutralen, also nicht-ionisierten Zustand
  • Plasmasphäre vollständige Ionisation aller Teilchen, > 1000 km,

Nach chemischen Gesichtspunkten lassen sich außerdem die Ozonosphäre Ozonschicht in 16–50 km Höhe und eine Chemosphäre 20–600 km abgrenzen.

                                     

2.2. Aufbau Grenze zum Weltraum

Der Übergang zwischen Exosphäre und Weltraum ist kontinuierlich, man kann daher keine scharfe Obergrenze der Atmosphäre ziehen. In der Exosphäre oberhalb der Exobase in ~600 km Höhe ist die mittlere freie Weglänge so groß, dass Teilchen entweichen können, wenn sie Fluchtgeschwindigkeit erreichen können. Einzelnen Wasserstoff-Teilchen wird dies durch Zusammenstöße bereits bei mittleren Geschwindigkeiten von 3–4 km/s möglich.

Seitens der Fédération Aéronautique Internationale wird die Homopause bzw. eine Höhe von rund 100 km Kármán-Linie als Grenze angesehen. 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.

                                     

3. Erforschung

Die untere Atmosphäre, insbesondere die Troposphäre, ist das Forschungsfeld der Meteorologie, wohingegen die mittlere und obere Atmosphäre Stratosphäre, Mesosphäre in den Bereich der Aerologie gehören.

Messungen erfolgen in Bodennähe mit dem vollen Spektrum der meteorologischen Messgeräte. In der Höhe, besonders in Bezug auf Höhenprofile, stellen Radiosonden, meteorologische Raketen, Lidars, Radars und Wetter- beziehungsweise Umweltsatelliten die wichtigsten Messverfahren dar. In der Zukunft werden voraussichtlich auch Höhenplattformen wie das High Altitude and Long Range Research Aircraft eine größere Rolle spielen.

                                     

4. Entwicklung

Die Entwicklung der Atmosphäre ist ein Teil der chemischen Evolution der Erde und zudem ein wichtiges Element der Klimageschichte. Sie wird heute in vier wesentliche Entwicklungsstufen unterschieden.

Am Anfang stand die Entstehung der Erde vor etwa 4.56 Milliarden Jahren. Dabei verfügte sie schon sehr früh über eine vermutlich aus Wasserstoff H 2 und Helium He bestehende Gashülle, die jedoch wieder verloren ging.

Durch die langsame Abkühlung der Erde und den dabei auftretenden Vulkanismus kam es zu einer umfangreichen Ausgasung aus dem Erdinneren. Die dadurch erzeugte Atmosphäre bestand zu etwa 80 % aus Wasserdampf H 2 O, zu 10 % aus Kohlendioxid CO 2 und zu 5 bis 7 % aus Schwefelwasserstoff. Dabei handelt es sich um die Produkte des Vulkanismus, die auch heute noch beobachtet werden können. Der hohe Anteil des Wasserdampfs erklärt sich dadurch, dass die Atmosphäre zu diesem Zeitpunkt noch zu warm war, um Niederschläge bilden zu können. Es gab also noch keine Gewässer auf der Erde. Der eigentliche Ursprung des Wassers ist umstritten.

Nachdem die Temperatur der Atmosphäre unter den Siedepunkt des Wassers fiel, kam es zu einem extrem langen Dauerregen, nach dessen Ende sich die Ozeane gebildet hatten und dementsprechend die anderen Atmosphärengase relativ zum Wasserdampf angereichert wurden.

Die hohe UV-Einstrahlung bedingte eine photochemische Zerlegung der Wasser-, Methan- und Ammoniakmoleküle, wodurch sich Kohlenstoffdioxid und Stickstoff relativ anreicherten. Die leichten Gase wie Wasserstoff oder Helium verflüchtigten sich in den Weltraum. Kohlenstoffdioxid wurde in großen Mengen in den Ozeanen gelöst und von C-autotrophen Mikroorganismen zum Teil verbraucht. Unverändert blieb der inerte Stickstoff. Dieser wurde mit der Zeit weiter relativ angereichert und bildete vor etwa 3.4 Milliarden Jahren den Hauptbestandteil der Atmosphäre.

Der Sauerstoff O 2 spielt die Hauptrolle bei der weiteren Entwicklung zur heutigen Atmosphäre. Cyanobakterien mit oxygener Photosynthese führten als C-Autotrophe zu einem weiteren Absinken der Kohlenstoffdioxidkonzentration, bildeten aber vor allem möglicherweise schon vor etwa 3.5 Milliarden Jahren beginnend Sauerstoff. Die Sauerstoffkonzentration der Atmosphäre blieb jedoch zunächst gering, weil der gebildete Sauerstoff in den Ozeanen bei der Oxidation von EisenII-Ionen und Schwefelwasserstoff verbraucht wurde. Erst vor etwa zwei Milliarden Jahren begann Sauerstoff in die Atmosphäre zu entweichen, nämlich als die mit Sauerstoff reagierenden Stoffe knapp wurden. Vor einer Milliarde Jahren überstieg die Sauerstoffkonzentration der Atmosphäre drei Prozent, wodurch sich im Verlauf der nächsten 400 Millionen Jahre allmählich eine erste Ozonschicht bilden konnte. Vor 500–600 Millionen Jahren stieg der Sauerstoffgehalt, bedingt durch das erste massenhafte Auftreten von Landpflanzen, rapide an und erreichte vor 350 Millionen Jahren erstmals das heutige Niveau. Nach mehreren starken Schwankungen während des Erdmittelalters erreichte der Luftsauerstoffgehalt schließlich den heutigen Wert von 21 %.



                                     
  • Die Entwicklung der Erdatmosphäre ist ein Teil der Theorie der chemischen Evolution der Erde und zudem ein wichtiges Element der Klimageschichte. Heute
  • anderen natürlichen Prozessen Kohlenstoffdioxid freigesetzt und in die Erdatmosphäre abgegeben wird. Als Treibhausgas beeinflusst CO2 durch den Treibhauseffekt
  • Die Schichtungsstabilität der Erdatmosphäre beschreibt deren thermodynamische Stabilität bzw. Labilität bezüglich des vertikalen atmosphärischen Temperaturgradienten
  • erforderliche Geschwindigkeit und verglühte beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre Pioneer 3 bestand aus einer kegelförmigen Fiberglasstruktur von 58 cm
  • Missionsziel war die Erforschung der oberen Schichten der Erdatmosphäre Damit äuSere Einflüsse der Erdatmosphäre die Forschungsergebnisse nicht beeinträchtigen
  • waren, konnte sich freier Sauerstoff in der Erdatmosphäre ansammeln. Diese Phase der Entwicklung der Erdatmosphäre wird als groSe Sauerstoffkatastrophe bezeichnet
  • die Erde ist in 300 Kilometern Höhe nicht stabil, da eine sehr dünne Erdatmosphäre die Raumstationen ständig abbremst. Ohne regelmäSigen Schub in höhere
  • und σφαίρα, sphaíra Kugel ist die mittlere der fünf Schichten der Erdatmosphäre sowie ein Teil der Ionosphäre und der Homosphäre. Die Mesosphäre ist
  • Satelliten - Antennen auSerhalb der Erdatmosphäre Auch das Zodiakallicht hat seinen Ursprung auSerhalb der Erdatmosphäre und zählt damit nicht zur Atmosphärischen
  • die Schwächung des Lichts von Himmelskörpern beim Durchgang durch die Erdatmosphäre oder interstellare Materie. Unter dem Begriff Extinktion wird die Schwächung


                                     
  • Änderung und σφαίρα sphaira Kugel ist die unterste Schicht der Erdatmosphäre und Teil der Homosphäre. Die Troposphäre reicht vom Erdboden bis zum
  • das Wasservorkommen. Hauptartikel: Erdatmosphäre Der Druckverlauf einer Atmosphäre, im Fall der Erdatmosphäre des Luftdrucks, ist in den unteren Bereichen
  • der NASA zur Erforschung der Entstehung von Stickstoffmonoxid in der Erdatmosphäre Die wissenschaftlichen Aufgaben des SNOE - Satelliten waren eine detaillierte
  • Gipfelhöhe von ungefähr 113.000 Kilometern und verglühte später in der Erdatmosphäre Während ihres 43 Stunden dauernden Fluges konnte Pioneer 1 immerhin
  • Radar PAR, Typ AN FPQ - 16 PARCS zu orten und bereits auSerhalb der Erdatmosphäre mit der Spartan - Rakete zu bekämpfen. Hierbei sollten die Raketen dann
  • Ein modernes Überschallflugzeug gerät bei seinem Jungfernflug aus der Erdatmosphäre in den Weltraum. Es beginnt ein Wettlauf gegen die Zeit und schwindende
  • Stratosphäre identifizierte er in ca. 10 bis 16 km Höhe eine Region in der Erdatmosphäre heute als Tropopause bekannt  in der die Temperatur nicht mehr kontinuierlich
  • Hauptaufgabe von Starshine 3 war Erforschung der Dichte der äuSeren Erdatmosphäre Dazu der 94 cm messende und 91 kg schwere kugelförmige Satellitenkörper
  • Luftfahrzeug ist ein Fahrzeug, das innerhalb der Erdatmosphäre fliegt oder fährt. Die Erdatmosphäre hat keine scharfe obere Grenze zum Weltraum. Flüge
                                     
  • Eigenschaften der Finsternis auch von den aktuellen Bedingungen in der Erdatmosphäre abhängen. Der Skala liegen keine physikalischen Messwerte zugrunde
  • unveränderter Inklination und sollte zwischen 2014 und 2023 in die Erdatmosphäre eintreten. Eine genauere Vorhersage des Eintrittsdatums ist durch die
  • altgriechisch atmós Dampf, Dunst, Hauch und sphaira Kugel steht für: Erdatmosphäre die gasförmige Hülle der Erde Atmosphäre Astronomie die gasförmige
  • gewünschte Höhe erreichen und verglühte am 20. November 1961 in der Erdatmosphäre Trotz der fehlgeschlagenen Zündung wertete die NASA die Mission als
  • Supernovae in Nachbargalaxien oder auSergewöhnliche Phänomene in der Erdatmosphäre Demgegenüber wird der Überbegriff Himmelserscheinung für öfter eintretende
  • Erdoberfläche. Diese Vertikalkomponente des Temperaturgradienten heiSt in der Erdatmosphäre atmosphärischer Temperaturgradient und in der Erdkruste geothermische
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