Schwerpunkt

Hauchdünn, aber lebenswichtig

Die Atmosphärenphysik erforscht die komplexen Verhältnisse in der empfindlichen Gashülle der Erde.

  • Ulrich Platt und Christian von Savigny
  • 07 / 2017 Seite: 31

Hätte die Erde die Größe eines Basketballs, so wäre die Atmosphäre gerade mal einen Millimeter „dick“. Doch diese hauchdünne Hülle sorgt auf vielfältige Weise für lebensfreundliche Bedingungen und spielt eine entscheidende Rolle für unser Klima. Grund genug, um sich mit den wesentlichen Aspekten der Physik der Atmosphäre genauer zu beschäftigen.

Etwa 99 Prozent der gesamten atmosphärischen Luftmasse befindet sich in ihren untersten 30 Kilo­metern. Doch auch wenn das bezogen auf den Erddurchmesser nicht viel erscheint, ist die Erdatmosphäre für alles Leben auf der Erde von fundamentaler Bedeutung. Sie ist verantwortlich für den natürlichen Treibhauseffekt, der die globale Durchschnittstemperatur der Erdoberfläche um 30 bis 33 °C auf behagliche +15 °C anhebt und so flüssiges Wasser auf der Erdober­fläche ermöglicht. Die Atmosphäre schirmt hochenergetische kosmische Strahlung ab und beherbergt die stratosphärische Ozonschicht, die Landlebewesen vor der gefährlichen UV-Strahlung der Sonne schützt. Und sie versorgt Menschen wie Tiere mit dem lebenswichtigen Sauerstoff und Pflanzen mit dem notwendigen Kohlendioxid. Die Atmosphäre sorgt – überwiegend durch den Transport latenter Wärme vom Äquator aus polwärts – für eine gleichmäßige Temperaturverteilung. Zudem ist sie als wichtiges Reservoir über vielfältige und komplexe Wechselwirkungsprozesse in globale Spurenstoffkreisläufe und den Wasserkreislauf eingebunden. Nur neun Gase machen 99,9999 Prozent (Volumen) der Atmosphäre aus: Stickstoff, Sauerstoff, Wasserdampf, CO2 und die Edelgase Argon, Neon, Helium und Krypton sowie Methan. Das restliche Millionstel besteht aus hunderten bis tausenden von Spurengasen.

Der Atmosphärendruck P und zunächst auch die Temperatur T nehmen mit der Höhe z ab. Die Druckabnahme wird durch die barometrische Höhenformel beschrieben [1]...

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