Die Erdatmosphäre: Zusammensetzung, Entstehung und Aufbau
Zusammensetzung der Atmosphäre
Die Atmosphäre (ATM) ist die Gashülle der Erde, die durch die Schwerkraft an unseren Planeten gebunden ist. Sie umfasst eine Reihe von Gasen und anderen gasförmigen Elementen in der Schwebe. Die Atmosphäre verhindert große Schwankungen der Temperatur an der Erdoberfläche, indem sie die Sonneneinstrahlung während des Tages reguliert und übermäßige Wärmeverluste in der Nacht verhindert.
Gäbe es keine Erdatmosphäre, würde die Temperatur am Tag über 95 °C erreichen und in der Nacht auf unter -180 °C fallen. In der Atmosphäre befinden sich die notwendigen Komponenten, damit Organismen ihre lebenswichtigen Prozesse durchführen können.
Ursprung und Gleichgewicht der Atmosphäre
Die Gase in der Atmosphäre stammen aus dem Gestein der Erde, das etwa 4,6 Milliarden Jahre alt ist. Damals befanden sich die Materialien der Erde in einem halbflüssigen Zustand. Infolge der Hitze, die durch Meteoriteneinschläge und Kollisionen erzeugt wurde, konnten die in den Gesteinen enthaltenen Gase entweichen und sich um unseren Planeten gruppieren.
Diese primitive Atmosphäre enthielt einen hohen Anteil an Kohlendioxid (ca. 5–30 %) sowie Wasserdampf, während Sauerstoff (O₂) komplett fehlte. Sie war weniger transparent als heute, und einige ihrer giftigen Gase wären für heutige Organismen tödlich.
Die Produktion von Sauerstoff (O₂)
Die O₂-Produktion begann vor Milliarden von Jahren in den Ozeanen als Folge der Tätigkeit von Lebewesen. Die ersten Anzeichen von Leben auf der Erde entstanden am Meeresboden: einzellige Organismen ohne Zellkern, die noch nicht atmeten. Nach etwa 3,5 Milliarden Jahren entwickelten sich neue Arten, die begannen, O₂ durch Fotosynthese zu produzieren.
Dieser Sauerstoff fungierte anfangs als Giftgas für ältere Lebensformen. Nach Millionen von Jahren waren die Ozeane mit Sauerstoff gesättigt, sodass das O₂ in die Atmosphäre gelangte und die Entwicklung des terrestrischen Lebens ermöglichte. Die O₂-Atmung erlaubt den Prozess der Verbrennung. Das derzeitige Niveau von O₂ wird durch Mikroorganismen ausgeglichen, die organisches Material in Feuchtgebieten abbauen, dabei O₂ absorbieren und Methan produzieren. Der CO₂-Gehalt der primitiven Atmosphäre sank, als marine Organismen dieses Gas zum Aufbau ihrer Skelette verwendeten.
Struktur der Atmosphäre
Troposphäre
Die Troposphäre ist die Schicht, die dem Boden am nächsten ist und sich vom Meeresspiegel bis in etwa 11 km Höhe erstreckt. Hier ist der Großteil der Luft konzentriert, und die Temperatur sinkt mit zunehmender Höhe. In dieser Schicht finden alle klimatischen Phänomene statt.
Stratosphäre
Die Stratosphäre schließt an die Tropopause (die Grenze zur Troposphäre) an und reicht von 11 km bis zu 80 km Höhe. Diese Schicht wird häufig für den Flugverkehr genutzt.
Ionosphäre
In der Ionosphäre ist die Luftdichte gering. Sie zeichnet sich durch einen Reichtum an Ionen (elektrisch geladene Teilchen) aus. Die Ionosphäre ermöglicht die Reflexion und Rückkehr von Funkwellen zur Erde.
Exosphäre
Ab einer Höhe von ca. 1.100 km beginnt die Exosphäre. In dieser Schicht liegen die Teilchen sehr weit auseinander. Die Temperaturen schwanken hier extrem: Sie erreichen über 2.500 °C am Tag und fallen auf bis zu -273 °C in der Nacht.