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Die Erdatmosphäre

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In diesem Kapitel erfahren Sie etwas über die Zusammensetzung und den Aufbau der Erdatmosphäre. Es wird auch geschildert, wie die Uratmosphäre aussah und wieso sich deren Zusammensetzung im Laufe der Zeit geändert hat.

Die Bestandteile der Erdatmosphäre

Die Erdatmosphäre ist der Schauplatz aller beobachtbaren Wettererscheinungen, seien es durchziehende Schönwetterwolken, drohende Gewitterwolken oder ein farbenprächtiger Regenbogen. Sie besteht in den unteren Schichten (bis etwa 100 km Höhe) aus einem gleichmäßigen, homogenen Gasgemisch, das folgende Zusammensetzung aufweist:

Zusammensetzung der Luft
Bestandteil Molekulargewicht (g/mol) Prozentualer Anteil an der Gesamtanzahl der Moleküle
Stickstoff 28.016 0.7808 (75.51% Massenanteil)
Sauerstoff 32.000 0.2095 (23.14% Massenanteil)
Argon 39.94 0.0093 (1.28% Massenanteil)
Wasserdampf 18.02 0 - 0.04
Kohlendioxid 44.01 325 ppm (parts per million)
Neon 20.18 18 ppm (parts per million)
Helium 4.00 5 ppm (parts per million)
Krypton 83.7 1 ppm (parts per million)
Wasserstoff 2.02 0.5 ppm (parts per million)
Ozon 48.00 0-12 ppm (parts per million)

Foto: Die Wolkenbildung findet fast ausschließlich in der Troposphäre statt. Wolken bilden sich in der Troposphäre

Warum homogen?

Die homogene Zusammensetzung rührt daher, daß bis zur Höhe von 100km die turbulente Durchmischung der Atmosphäre noch ausreichend groß ist, so daß sie der molekularen Diffusion überwiegt. Darüber findet eine diffusive Trennung der schwereren von den leichteren Molekülen statt, wobei am äußeren Rand der Erdatmosphäre in etwa 1000km Höhe nur noch die leichtesten Gase, Helium und Wasserstoff, zu finden sind. Man bezeichnet die untere Schicht, in welcher turbulente Prozesse dominieren, als Homosphäre, und die darüberliegende diffuse Schicht als Heterosphäre. Die dünne Übergangszone, die idealerweise auch als "Trennfläche" betrachtet werden kann, bezeichnet man als Turbopause.

Permanente und variable Gase

Wie man bereits aus der Tabelle ersieht, kommen sowohl der Wasserdampf als auch Ozon in variablen Anteilen in der Erdatmosphäre vor. Alle anderen Luftbestandteile sind permanente Gase.
Es ist der Wasserdampf, der durch seine große räumliche und zeitliche Variabilität den Hauptanteil der Vielfältigkeit des Wetters ausmacht. Hinzu kommt die Tatsache, daß Wasser in allen drei Aggregatzuständen (dampfförmig, flüssig und fest) unter den normalerweise in der Erdatmosphäre herrschenden Bedingungen vorkommt. Dies kann man von keinem anderen Gasbestandteil der Luft behaupten (wenn man von der Auskristallisation von Kohlendioxid bei extrem niedrigen Temperaturen (unter -80°C) absieht).

Die Uratmosphäre

Vergleicht man die Atmosphäre der Erde mit der der Sonne, so stellt man fest, daß sie erstaunlich wenig Edelgase (Helium, Neon, Argon, Xenon, Kryton und Radon) enthält. Es gibt diverse Theorien, die diesen Mangel zu erklären versuchen. Die derzeit vorherrschende Meinung ist die, daß sich entweder die Erde durch eine Zusammenballung von festen Materiebestandteilen gebildet hat, die systematisch vorhandene Gase gebunden haben (viele Meteoriten weisen derartige Bestandteile auf), oder daß die gasförmigen Bestandteile, die die Uratmosphäre kurz nach der Entstehung der Erde gebildet haben, dieser schon bald danach durch Verflüchtigung verloren gingen. In beiden Fällen ist es wahrscheinlich, daß unmittelbar nach der Entstehung der Erde vor etwa 4.5 Milliarden Jahren noch gar keine Atmosphäre vorhanden war. Es wird davon ausgegangen, daß die heutige Atmophäre das Resultat von Ausbrüchen flüchtiger Bestandteile aus dem Erdinneren (z.B. durch Vulkanausbrüche) ist.

Vergleich Uratmosphäre - heutige Atmosphäre

Vergleicht man jedoch die Zusammensetzung der heutigen Luft mit der Zusammensetzung von Vulkangasen, so stellt man deutliche Unterschiede fest (z.B. enthalten Vulkangase etwa 85% Wasserdampf, 10% Kohlendioxid und ein paar Prozent Stickstoff- und Schwefelverbindungen). Diese Diskrepanz läßt nur dann verstehen, wenn man die Erdatmosphäre nicht als eine abgeschlossene Einheit auffaßt, sondern als eine Komponente des globalen Klimasystems. Die anderen Komponenten werden durch die Hydrosphäre (alles flüssige Wasser auf der Erde), die Lithosphäre (alle festen Bestandteile, also z.B. die Erdkruste), die Cryosphäre (alle Eismassen, also Gletscher, Polkappen) sowie die Biosphäre (die gesamte Flore und Fauna) gebildet.


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