Die Atmosphäre – Lufthülle der Erde

Geo
102
Ph
3 Globale Zukunftsszenarien — Wege zur Nachhaltigkeit
2
102.1 Die Atmosphäre der Erde aus dem Weltall betrachtet — nur in ihrer unteren Schicht spielt sich das Wettergeschehen ab
Die Atmosphäre – Lufthülle der Erde
Die Sonne liefert die Energie
Die Vorgänge, die zu unserem täglichen Wetter führen und letztlich
auch das Klima bestimmen, spielen
sich in der Atmosphäre ab (Abb.
103.2). Treibende Kraft ist dabei die
Sonne. Sie liefert die Energie, die
schließlich zur Erwärmung der Luftmassen in der Atmosphäre führt.
Von besonderer Bedeutung ist die
Bewegung der Luft: Erwärmte Luft
steigt auf, da sie leichter ist als kalte
Luft. Kalte Luft sinkt dagegen ab. Es
ergeben sich Gebiete mit unterschiedlichem Luftdruck. Die ausgleichenden Strömungen der Luft zwischen den dadurch entstandenen
Tiefdruck- und Hochdruckgebieten
nehmen wir als Winde war.
Durch die Drehung der Erde entstehen große Windsysteme (Beispiel:
Passat). Sie sorgen unter anderem
für typische Wetterlagen, Bewölkungs- und Niederschlagszonen.
Klimasystem Erde
Die Atmosphäre ist jedoch kein isoliertes System. Sie steht in Wechselwirkung mit den Land- und Wasserflächen sowie mit der Pflanzen- und
Tierwelt (Abb. 102.2).
Aufbau der Atmosphäre
Die Atmosphäre besteht aus einem
Gemisch von Gasen. Hauptbestand-
langwellige
Ausstrahlung
teile sind Stickstoff und Sauerstoff
(ca. 99 %), den Rest bilden Argon,
Wasserdampf und Spuren anderer
Gase. Die Atmosphäre wird in verschiedene „Stockwerke“ gegliedert
(Abb. 103.2). Etwa 99 % der Luft befinden sich in den unteren beiden
Schichten. Nur in der Troposphäre ist
Leben möglich. Hier spielen sich die
Wettervorgänge ab. In der Stratosphäre und der Mesosphäre liegt die
Ozonschicht. Sie ist von besonderer
Bedeutung für das Leben auf der
Erde, denn sie schützt vor der energiereichen und damit lebensfeindlichen UV-Strahlung der Sonne.
Weltraum
solare
Einstrahlung
(kurzwellig)
Wolken
Absorption
Reflexion
Niederschläge
und Wind
vulkanische Gase
und Partikel
Seen
und Flüsse
Eis-OzeanWechselwirkung
Schnee und
Eis
372F
tra
hlu
ng
ab
s
3
Ar (0,9 %)
359F
So steuert zum Beispiel die Vegetation erheblich den Kohlenstoffdioxidgehalt der Atmosphäre, ist selbst
aber wiederum von Eigenschaften
der Atmosphäre wie Temperatur
oder Wasserdampfgehalt abhängig.
Meeresströmungen transportieren
große Energiemengen über sehr
weite Strecken. Der Golfstrom bringt
z. B. warmes Wasser aus der Karibik
in den Nordatlantik und sorgt damit
für ein mildes Klima in Nordeuropa.
Atmosphäre
W
är
me
Sonneneinstrahlung
O2 (21 %)
CO2 (0,04 %)
N2 (78 %)
H2O
ahlung
rückstr
Wärme
1
Ozonschicht
O3
Luft-OzeanWechselwirkung
Meereseis
Ozean
LandLuftWechselwirkung
Emission
menschliche
Eingriffe
biogeochemische
Kreisläufe
Die Bezeichnung Treibhauseffekt ist eine bildhafte Umschreibung für die Erwärmung der Atmo­sphäre. Kurzwellige Sonnenstrahlung gelangt fast ungehindert
durch die Atmosphäre bis zur Erdoberfläche, wo sie in
langwellige Wärmestrahlung umgewandelt wird. Ähnlich wie eine Kochplatte heizt die erwärmte Erdoberfläche dann die Atmosphäre. Die Treibhausgase in der
Atmosphäre verhindern, wie die Glasabdeckung eines
Treibhauses, dass die Wärmestrahlung komplett an den
Weltraum abgegeben wird.
Ohne diese Zwischenspeicherung von Wärmeenergie
(als natürlicher Treibhauseffekt bezeichnet) gäbe es
weder flüssiges Wasser noch komplexes Leben auf der
Erde: Ihre mittlere Oberflächentemperatur läge bei
- 18 °C statt bei + 15 °C. Am natürlichen Treibhauseffekt
sind vor allem Wasserdampf (zu 65 %), Kohlenstoffdioxid (zu 15 %) und Ozon (zu 10 %) beteiligt.
103.1 Lebenswichtig — der natürliche Treibhauseffekt der Atmosphäre
Die ursprüngliche Atmosphäre der Erde hatte vermutlich
eine wesentlich höhere Konzentration von Kohlenstoffdi­
oxid sowie höhere Schwefelanteile als heute. Bereits früh
konnte sich aber auch Wasserdampf, der bei Vulkanaus­
brüchen frei­gesetzt wurde, in der Atmosphäre anreichern.
Durch den natürlichen Treibhauseffekt nahmen die Durch­
schnittstemperatur und der Wasserdampfgehalt der At­
mosphäre zu. Wegen der Temperaturumkehr (Inversion)
in der Tropopause konnte der Wasserdampf nicht in die
Strato­sphäre entweichen. Stattdessen kondensierte der
Wasserdampf aus der Atmosphäre und sammelte sich in
den Urozeanen. Der Wasserkreislauf bildete sich aus.
Durch die Niederschläge wurde immer mehr Kohlenstoff­
dioxid aus der Atmosphäre ausgewaschen und in den
kalkigen Sedimentgesteinen der Ozeane, im Boden, in der
Vegetation sowie in den fossilen Brennstoffen abgelagert.
Im Laufe der letzten 3,8 Milliarden Jahre sorgte die pflanz­
liche Fotosynthese für die Produktion des atmosphärischen
Sauerstoffs. Durch die Bestrahlung freier Sauerstoffatome
mit ultraviolettem Licht der Sonne (UV-Licht) bildete sich
in der Atmosphäre die Ozonschicht der Erde.
500 km
400 km
300 km
Exosphäre
Grenze des
blauen Lichts
Thermosphäre
bis 1700 °C
200 km
100 km
Mesopause
– 80 °C
0,01
UV
Mesosphäre
50 km
10 km
Stratopause
1
10 °C
Stratosphäre
Tropopause
Ozonschicht
– 45 °C
10
– 75 °C
Inversion
Mt. Everest
Troposphäre Temperatur
– 100
– 50
Temperatur in °C
355F
103.2 Aufbau und Entwicklung der Atmosphäre
Strömung
102.2 Bestandteile und Prozesse des Klimasystems
103
Wie sorgt die Atmosphäre der Erde dafür, dass Leben auf unserem Planeten möglich ist?
0
250
+ 50 0
500 1000
Luftdruck in hPa