FVLR - Lüftung - Grundlagen - Aufbau der Atmosphäre

Als Atmosphäre wird die durch die Massenanziehung der Erde festgehaltene Gashülle bezeichnet. Das Wort „Atmosphäre“ kommt aus dem griechischen:
atmos = Dunst und sphaira = Kugel.

Kennzeichen ihrer Vertikalstruktur ist die exponentielle Verdünnung mit wachsendem Abstand von der Oberfläche der Erde. Die Atmosphäre besitzt keine definierte Obergrenze und ist auf Grund eines ausgeprägten Temperaturprofils schalen- bzw. etagenartig aufgebaut.
Im unteren „Stockwerk“, der Troposphäre, nimmt die Temperatur mit zunehmender Höhe um etwa 6,5°C pro 1000 m ab. Verursacht wird dieser Temperatureffekt über die Erwärmung der Erdoberfläche durch die Sonne und die Rückstrahlung dieser Wärme an die Luft. Turbulenzen und eine rege Durchmischung der Luft sind die Folge.

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Quelle: Fonds der Chemischen Industrie
Folienserie: Umweltbereich Luft 1987

In der untersten Schicht der Troposphäre, der 1 bis 2,5 Kilometer mächtigen planetarischen Grenzschicht, bewirkt der Einfluss der Erdoberfläche starke Veränderungen von Temperatur, Wind und Feuchtigkeit. Hier existieren Schichten, in denen die Temperatur mit wachsender Höhe zu, anstatt abnimmt. Man spricht dann von Inversionen. Die Troposphäre enthält 80% der Masse der gesamten Atmosphäre und fast ihren gesamten Wasserdampf, also auch die Wolken. In dieser im Mittel 11 Kilometer hohen Schicht laufen alle Wetterprozesse ab. Die Troposphäre ist also die wetterwirksame Schicht der Atmosphäre.

Die Troposphäre lässt sich nochmals in eine obere Advektionszone und eine untere Reibungszone (Grundschicht der Atmosphäre) einteilen. In der unteren Zone dominieren vertikale Austauschprozess, in der oberen eher horizontale. Die Grenzschicht bildet die Peplopause (gekennzeichnet durch eine Temperaturinversion).

Stratosphäre / Mesosphäre

In den oberen „Stockwerken“ der Atmosphäre, der hoch reichenden Strato- und der Mesosphäre (zusammen auch Chemosphäre genannt), wird die langwellige UV-Strahlung (< 3 μm) absorbiert. Hier kann das ungefilterte, energiereiche Sonnenlicht Sauerstoff spalten, dessen Bruchstücke mit weiterem Sauerstoff zu Ozon (O₃) reagieren. So entsteht in einer Höhe von etwa 20 bis 40 Kilometer ein weltumspannender feiner Ozonschleier, der, zusammengepresst auf den normalen Luftdruck von 1 bar, eine Dicke von lediglich 3 mm hätte. Dieses Ozon reicht aber aus, um einen großen Anteil der energiereichen UV-Strahlung zu absorbieren und dadurch die Lebewesen auf der Erde vor dieser Strahlung zu schützen. Das Ozonmaximum wird in einer Höhe von ca. 18-25 Kilometer Höhe erreicht ("Ozonschicht").

Durch die UV-Absorption steigt die Temperatur in der Stratosphäre mit der Höhe wieder an. Die Folge ist, dass die Grenzschicht zwischen Troposphäre und Stratosphäre, die Tropopause (Höhe variiert zwischen 17 Kilometern in den Tropen und 9 Kilometern in den Polargebieten), wie eine undurchdringliche Sperrschicht wirkt. Sie ist eine weltweite permanente Inversion, da über und unter ihr verschiedene thermische Begebenheiten vorhanden sind. Der Wasserdampfgehalt ist nur noch verschwindend gering. Stoffübergänge werden dadurch stark gehemmt und verlangsamt.
Die Temperatur nimmt mit steigender Höhe nur noch geringfügig ab, sie nimmt zur Mesosphäre hin sogar zu. Es herrscht eine stabile Schichtung vor.

Die Mesosphäre selbst reicht bis in eine Höhe von ca. 100 Kilometer.

Ionosphäre

Der Bereich zwischen etwa 100 und 400 Kilometer Höhe wird als Ionosphäre bezeichnet.
Ionisationsprozesse (Ionen=Teilchen mit positivem oder negativen Ladungszustand) entstehen durch Energieaufnahme (Absorption) aus UV- oder Röntgen- Elektronen oder radioaktiver Strahlung.

Dadurch entstehen sehr hohe Temperaturen (bis zu
1000°C). Auf der Erdoberfläche sind diese Vorgänge als Polarlichter oder als Sternschnuppen zu beobachten.
Besonders oft erscheinen sie in Zeiten reger Sonnenfleckentätigkeit.