Die Erdatmosphäre: Zusammensetzung, Struktur und Klima

Zusammensetzung und Herkunft der Atmosphäre

Die Zusammensetzung der Atmosphäre: Sie ist eine Hülle (Wrapper) um die Erde und besteht aus einer Reihe von Gasen und anderen gasförmigen Elementen. Um große Temperaturschwankungen zu vermeiden, setzt sie sich aus folgenden Gasen zusammen: Stickstoff (N), Sauerstoff (O2), Argon (Ar), Kohlendioxid (CO2) und Edelgasen. Zudem finden sich Staub in der Luft und lebendes Material (in kleinen Mengen).

Herkunft der Gase

Gase aus den Felsen der Erde traten infolge der Hitze im halbflüssigen Zustand aus. Durch den Einschlag von Meteoriten konnten die in den Felsen enthaltenen Gase freigesetzt werden und gruppierten sich um unseren Planeten. Die primitive Atmosphäre enthielt große Mengen an Kohlendioxid und Wasserdampf, während Sauerstoff fehlte. Sie war weniger transparent und einige ihrer Gase wären in der Gegenwart giftig für heutige Organismen.

Die Entwicklung des Sauerstoffs und Stickstoffs

Der Produktionsprozess des Sauerstoffs begann in den Ozeanen als Folge des Lebens. Die ersten Organismen entstanden in den Meeren, wo einzellige Organismen, obwohl sie keinen Zellkern zum Atmen hatten, begannen, Sauerstoff mittels Photosynthese zu produzieren. Dies wirkte anfangs als Gift für die ältesten Lebensformen, ermöglichte aber später die Atmung von Tier- und Pflanzenarten sowie die Verbrennung.

Eine weitere wichtige Änderung der primitiven Atmosphäre war die starke Verminderung des Kohlendioxids durch marine Organismen, da diese das Gas für den Aufbau ihrer Skelette verwendeten.

Stickstoff

Dies ist die Komponente, die in größter Menge vorhanden ist, um die anderen Gase zu verdünnen. Stickstoff ist sehr stabil und hält die Druckstufen aufrecht, an die wir atmosphärisch gewöhnt sind.

Struktur der Atmosphäre

• Troposphäre: Die nächste Schicht der Erde. In ihr treten die Wetterphänomene auf.
• Stratosphäre: Ihre unteren Schichten werden für den Flugverkehr genutzt. Sie ist durch die sogenannte Tropopause von der Troposphäre getrennt.
• Ozonschicht: Sie fungiert als Schutzfilter für die Arten, die das Land bewohnen, indem sie UV-Strahlen absorbiert und einen erheblichen Teil der reflektierten Wärme mindert. Die obere Grenze der Stratosphäre wird als Stratopause bezeichnet.
• Ionosphäre: Hier ist die Dichte der Luft gering. Sie zeichnet sich durch ihren Reichtum an Ionen aus, welche Radiowellen zur Erde zurückwerfen.
• Exosphäre: In dieser Schicht sind die Partikel weit zwischen ihnen verteilt.

Wetter und Klima

Das Wetter ist ein momentaner Zustand der Atmosphäre. Es ist immer an einen vorübergehenden Zeitpunkt sowie an einen bestimmten Ort oder eine Region gebunden. Das Klima hingegen ist die Menge der atmosphärischen Bedingungen, die einen Ort oder eine Region charakterisieren. Es besteht aus einer Verallgemeinerung des Wetters über einen langen Zeitraum von mehreren Jahren.

Elemente des Wetters

Die Wetterelemente sind eine Reihe von Attributen, die den Zustand der Atmosphäre zu einem bestimmten Zeitpunkt beschreiben:

• Temperatur: Die Menge an Hitze, welche die Atmosphäre besitzt.
• Luftdruck: Die Kraft, die von der Atmosphäre in alle Richtungen als Folge des Gewichts der oberen Schichten ausgeübt wird. Der Druck ist in verschiedenen Regionen unseres Planeten nicht homogen.
• Winde: Bewegungen der Luftmassen, die durch Druckunterschiede entstehen; ihre Richtung ist vorwiegend horizontal. Es gibt auch vertikale oder absteigende Bewegungen (Auftrieb). Winde wehen von Regionen mit hohem Druck in Regionen mit niedrigem Druck.
• Niederschlag: Wasser, das durch die Schwerkraft zur Erde fällt.
• Luftfeuchtigkeit: Die Menge an Wasserdampf in der Luft.

Feuchtigkeit und Sättigung

Der Sättigungspunkt ist die maximale Menge an Feuchtigkeit, die ein Teil der Luft aufnehmen kann, ohne dass es zu Niederschlag kommt. Die absolute Feuchtigkeit ist die Menge an Wasserdampf in der Atmosphäre zu einem bestimmten Zeitpunkt. Häufiger wird jedoch der Begriff der relativen Luftfeuchtigkeit verwendet. Dies ist das Verhältnis zwischen der vorhandenen Menge an Wasserdampf und der Menge, die maximal enthalten sein könnte (absolute Feuchtigkeit dividiert durch den Sättigungspunkt). Dieser Wert wird in Prozent ausgedrückt.

Klimafaktoren

Klimafaktoren sind die Bedingungen eines Ortes, welche die Entwicklung spezifischer Merkmale hervorrufen:

• Breitengrad: Die Sonne erwärmt die Erde nicht gleichmäßig. Je nach Neigung der Sonnenstrahlen verteilt sich die Wärme auf eine mehr oder weniger gekrümmte Erdoberfläche. Am Äquator ist die zu durchdringende Luftschicht dünner als an den Polen.
• Höhenlage: Der vertikale Abstand zwischen einem Punkt und dem Meeresspiegel. Die Höhe beeinflusst die Temperatur.
• Verteilung von Ozeanen und Landmassen: Wassermassen erwärmen und kühlen viel langsamer ab als der Erdboden.
• Winde: Sie tragen zur Vielfalt des Klimas bei, indem sie kalte, warme, nasse oder trockene Luftmassen bewegen. Man unterscheidet permanente Winde (Passatwinde, Westwinde, Ostwinde) und saisonale Winde (Monsun).
• Wirbelstürme und Brisen: Zyklone rotieren um ein Tiefdruckgebiet. Brisen entstehen in Küstengebieten durch tägliche Temperaturunterschiede zwischen Kontinent und Meer.
• Meeresströmungen: Sie transportieren Wassermassen über weite Distanzen.
• Vegetation: Sie wirkt als thermischer Moderator und vermeidet große Schwankungen der Temperatur.
• Gebirge: Luftmassen kollidieren mit Bergketten und steigen auf, wobei die Temperatur mit der Höhe sinkt.