Atmosphäre
Als Atmosphäre oder Erdatmosphäre wird die gasförmige Hülle bezeichnet, die die Erde umgibt. Umgangsprachlich wird die Atmosphäre häufig auch einfach "Luft" genannt. Sie setzt sich überwiegend (ca. 78 Prozent) aus Stickstoff (N2), zu 20 Prozent aus Sauerstoff (O2) und zu weniger als 1 Prozent aus Edelgasen wie zum Beispiel Argon (Ar) zusammen. Hinzu kommen Aerosole, also feste und flüssige Schwebeteilchen in einer gasförmigen Hülle, sowie Spurengase. Zu letzteren zählen Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid (CO2), Methan (CH4), Ozon (O3), Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), Schwefeldioxid (SO2) und Stickstoffverbindungen.
Die Atmosphäre lässt sich in fünf verschiedene Hauptschichten unterteilen:
- Troposphäre reicht von der Erdoberfläche bis zur Tropopause
- Stratosphäre reicht bis zur Stratopause
- Mesosphäre bis zur Mesopause
- Thermosphäre
- Exosphäre
Troposphäre und Tropopause
Der erdnahe Bereich der Atmosphäre wird als Troposphäre bezeichnet. Sie reicht bis in 10-12 Kilometer Höhe. In ihr spielen sich alle wetterrelevanten Phänomene ab wie z.B. die Wolkenbildung. Physikalisch ist die Troposphäre durch eine mittlere stetige Temperaturabnahme mit zunehmender Höhe gekennzeichnet. Die obere Grenze der Troposphäre bildet die Tropopause. Die Lage der Tropopause ist stark von der geographischen Breite und der Jahreszeit abhängig. Sie erreicht ihr Maximum von 17-18 Kilometer über den Tropen. Über den Polen beträgt sie nur ca. 8 Kilometer. Die Troposphäre enthält 80 Prozent der Masse der gesamten Atmosphäre. In ihr befindet sich fast der gesamte Wasserdampf der Atmosphäre. In der untersten Schicht der Troposphäre, der 1,0-2,5 Kilometer mächtigen planetarischen Grenzschicht, bewirkt der Einfluss der Erdoberfläche starke Veränderungen der meteorologischen Parameter wie Temperatur, Wind und Feuchtigkeit.
Stratosphäre und Stratopause
Die Stratosphäre bildet von der Erde aus gesehen die nächste Schicht der Atmosphäre. Das heißt, sie liegt über der Troposphäre. In der Stratosphäre nimmt die Temperatur im Mittel mit steigender Höhe langsam ab, wobei es aber lokal durch die Aufheizung durch Sonneneinstrahlung zu einem Temperaturanstieg kommen kann. In der Erdstratosphäre ist dieser Anstieg ab etwa 20 Kilometer erheblich. Verursacht wird dieser umgekehrte Temperaturverlauf hauptsächlich durch das in der Stratosphäre befindliche Ozon, das UV-Strahlung aus dem Sonnenlicht absorbiert und dabei elektromagnetische Strahlung in Wärme umwandelt. Am stärksten ist die Aufheizung im Bereich der Ozonschicht, dort steigt die Temperatur von ca. -60 °C bis auf knapp unter 0 °C an. Die Stratopause bildet die atmosphärische Grenzschicht zwischen Stratosphäre und Mesosphäre. Sie befindet sich in etwa 50 Kilometern Höhe.
Mesosphäre und Mesopause
Die Mesosphäre bildet die die mittlere der fünf Hauptschichten der Erdatmosphäre. Zur Erde hin grenzt sie in einer Höhe von ca. 50 Kilometern an die Stratopause und in Gegenrichtung in 80 Kilometern Höhe an die Mesopause, die ihrerseits die Grenze zur Thermosphäre bildet. Die Luft ist dort bereits sehr ausgedünnt und das Temperaturspektrum reicht von 0 Grad Celsisus an der Stratopause bis zu -90 Grad an der Mesopause. Stürzen Meteore sowie kleine Gesteins- und Staubteile auf die Erde, verglühen sie in der Regel in der Mesosphäre und sind dort zum Beispiel als Sternschnuppen zu sehen. Im oberen Bereich der Mesosphäre bilden sich meist über den Polarkappen, sogenannte "Leuchtende Nachtwolken". Diese sind auch in unseren Breitengeraden in Europa zu sehen. Vermutlich handelt es sich um Ansammlungen von Eisteilchen, die jedoch nicht mit dem Nord- oder Polarlicht verwechselt werden sollten.
Thermosphäre
Die Thermosphäre bildet die ist die zweitäußerste Schicht der Erdatmosphäre. Sie beginnt in einer Höhe von etwa 80 Kilometern und endet in ca. 800 Kilometern an der Thermopause. Diese bildet wiederum die Grenze zur Exosphäre, der äußersten Schicht der Atmosphäre. Das Temperaturspektrum reicht von 300 °C nachts bis 1.700 °C am Tag. Mitten in der Thermosphäre befindet sich die Internationale Raumstation (englisch International Space Station, kurz ISS) in einer Höhe von 400 Kilometern von der Erde entfernt. Viele Satelliten wie zum Beispiel die Erdbeobachtungssatelliten aus dem Copernicus-Programm bewegen sich an der äußeren Grenze zur Exosphäre in einer Höhe von ca. 780 Kilometern.
Exosphäre
Die Exosphäre bildet die fünfte und damit äußerste Schicht der Erdatmosphäre. Sie stellt den fleißenden Übergang zum interplanetaren Raum dar. Sie grenzt mit ihren unteren Bereichen bei etwa 700 Kilometer Höhe an die Thermosphäre. Je nach Defininition kann die Grenze auch bereits bei 400 Kilometern beginnen. Ihre äußere Grenze liegt bei etwa 10.000 Kilometern. Sie ist allerdings nicht exakt zu bestimmen, da hier die Gasmoleküle der Atmosphäre das Graviationsfeld der Erde bereits verlassen können.
