Atmosphäre der Erde

Die Luft oberhalb der Erdoberfläche wird wissenschaftlich auch als Atmosphäre der Erde bezeichnet. Sie besteht zum größten Teil aus Stickstoff und Sauerstoff. Aber auch Edelgase, Spurengase, Wasserdampf und Partikel wie Staubteilchen und andere Aerosole gehören zu der Atmosphäre.

Die Erdatmosphäre ist von großer Bedeutung für das Wetter und das Klima auf unserem Planeten. Und auch das Leben auf der Erde könnte ohne die Atmosphäre nicht existieren.

Die Erdatmosphäre erstreckt sich über eine Höhe von mehreren Hundert Kilometern. Je nach Höhe über dem Erdboden ändern sich die physikalischen Eigenschaften, wie vor allem Druck und Temperatur. Man kann die Atmosphäre deshalb in verschiedene Schichten unterteilen, was auch als vertikale Struktur oder Aufbau der Atmosphäre bezeichnet wird.

Heute besteht die Erdatmosphäre zu etwa 78 Prozent aus Stickstoff und ca. 21 Prozent aus Sauerstoff. In der Erdgeschichte hat sich die Zusammensetzung der Erdatmosphäre jedoch öfters stark verändert. Dies hat jeweils zu verschiedenen, teils sehr starken Folgen auf die Biosphäre (also das Leben auf der Erde), auf das Klimasystem und auch auf andere Bereiche der Erde geführt.

Und auch heute noch verändert sich die Erdatmosphäre, woraus sich auch wieder bedeutende Auswirkungen ergeben. Hier ist insbesondere der stark ansteigende Anteil von Treibhausgasen in der Atmosphäre zu nennen, welcher zum Klimawandel und zur globalen Erwärmung führt.

In diesem Artikel fassen wir die wichtigsten Informationen und Daten zur Atmosphäre der Erde zusammen. Dabei gehen wir vor allem auch auf diese Punkte und Fragen ein:

• Zusammensetzung der Erdatmosphäre
• vertikale Struktur der Atmosphäre

Zusammensetzung der Erdatmosphäre

Bezüglich der Zusammensetzung der Atmosphäre unterscheidet man meist diese drei Gruppen:

• Hauptbestandteile
• Spurengase
• Partikel

Hauptbestandteile

Die Erdatmosphäre setzt sich hauptsächlich aus diesen drei gasförmigen Bestandteilen zusammen:

• ca. 78,08 % Stickstoff
• ca. 20,95 % Sauerstoff
• ca. 0,93 % Argon (ein Edelgas)

Die obigen Prozentwerte beziehen sich auf das Volumen, sind also Volumenprozente. Da die molekularen Massen von Stickstoff, Sauerstoff und Argon stark unterschiedlich sind, ergeben sich für die Zusammensetzung in Massenprozenten andere Werte.

Spurengase

Neben den drei Hauptbestandteilen gibt es mehrere weitere gasförmige Stoffe, die sich nur in sehr geringen Anteilen in der Atmosphäre befinden. Da die drei Hauptbestandteile bereits über 99,9 % der Atmosphäre ausmachen, kann der Anteil der Spurengase nicht mehr im Prozentbereich (1: 100) liegen.

Manche Spurengase haben einen Anteil im Bereich von wenigen Promille (1:1.000), viele aber auch nur im Bereich von 1:1 Million oder noch weniger.

Auch ist der Anteil vieler dieser Spurengase sehr variabel und kann von vielen verschiedenen Faktoren abhängen (Quellen, Temperatur, Wind, Sonneneinstrahlung, Höhe über dem Erdboden etc.).

Zu den wichtigsten Spurengasen gehören:

• Kohlenstoffdioxid oder Kohlendioxid (CO₂)
• Methan (CH₄)
• Stickstoffdioxid NO₂
• Ozon (O₃), Ozonschicht

Der Anteil der Spurengase ist also relativ gesehen sehr gering.
Doch die meisten Spurengase haben eine große Bedeutung für die Eigenschaften der Atmosphäre, das Klimasystem der Erde und auch für das Leben auf der Erde.

Wir gehen im folgenden auf die Bedeutung einiger dieser Spurengase genauer ein.

Partikel (Aerosole)

Neben den drei Hauptbestandteilen und den Spurengasen befinden sich in der Erdatmosphäre auch verschiedene flüssige und feste Partikel. Diese werden meist als Aerosole oder Aerosolpartikel bezeichnet. Diese Partikel sind oft nur wenige Nanometer groß und haben damit ein so geringes Gewicht, dass sie in der Luft schweben.

Der Begriff Aerosol bezeichnet genaugenommen das Gemisch aus einem Gas (Luft) und festen oder flüssigen Partikel. Oft verwendet man den Begriff Aerosol aber auch nur für die Partikel.

Aufbau der Erdatmosphäre

Die Atmosphäre lässt sich vertikal, also entsprechend der Höhe über dem Erdboden, in verschiedene Schichten einteilen. Die unterschiedlichen Schichten werden meistens als Sphären bezeichnet. Auch der Begriff Stockwerke der Atmosphäre wird gelegentlich verwendet.

Man unterscheidet diese 5 Sphären bzw. Schichten:

• Troposphäre
• Stratosphäre
• Mesosphäre
• Thermosphäre
• Exosphäre

Jede dieser 5 Schichten kann man sich als gasförmige Kugeln vorstellen, die sich alle über der Erdkugel und auch jeweils über den darunter liegenden Schichten befinden, ähnlich den Schalen einer Zwiebel.

In obigen Abbildung kann man die verschiedenen Schichten erkennen.

In der Wissenschaft wird dieser Aufbau auch als vertikale Struktur der Atmosphäre bezeichnet. Die Forschung der letzten ca. zwei Jahrhunderte hat gezeigt, dass dieser vertikale Aufbau der Atmosphäre von entscheidender Bedeutung für das Wetter, das Klimasystem und auch das Leben auf der Erde ist.

Wir gehen in den folgenden Kapiteln auf die 5 verschiedenen Schichten genauer ein. Dabei wollen wir vor allem auch diese Fragen beantworten:

• Wie unterscheiden sich die verschiedenen Schichten der Atmosphäre?
• Welche physikalischen und chemischen Eigenschaften ändern sich von Schicht zu Schicht?
• Welche Auswirkungen haben die Sphären für das Wetter und das Klima?
• Und wodurch ergibt sich diese vertikale Struktur der Erdatmosphäre?

Quellen:
Wikipedia: Erdatmosphäre
https://de.wikipedia.org/wiki/Luft
https://de.wikipedia.org/wiki/Aerosol