Atmosphäre

Atmosphäre: die im Schwerefeld der Erde festgehaltene Lufthülle, etwa 1000 bis 3000 km mächtig, die aus einem Gemisch von Gasen besteht. Mittlere Zusammensetzung in Bodennähe (in Vol.-%): 78,08 Stickstoff, 20,95 Sauerstoff, weniger als 1 Edelgase (Argon, Neon, Krypton, Xenon), etwa 0,03 Kohlendioxid, Wasserdampf in stark wechselndem Anteil, zwischen 0 und 4, außerdem variable Mengen Staub, Meeressalz und Spurenstoffe einschließlich Abgasen. Bis etwa 90 km Höhe ändert Sich die Stoffzusammensetzung außer den Anteilen von Wasserdampf und Sauerstoff nicht (Homosphäre), darüber verändert sie sich mit zunehmender Höhe (Heterosphäre). Die Luftdichte nimmt mit der Höhe ab; im Meeresniveau beträgt sie 1,293 10‘3 g/cm3, in 5 km Höhe nur noch 0,736 10“3 g/cm3. In den unteren 20 km der Atmosphäre sind 90% ihrer Gesamtmasse enthalten. Die Normalatmosphäre (Standardatmosphäre) ist mit einem Luftdruck von 1013,25 hPa und einer Temperatur von 15°C an der Erdoberfläche definiert, wobei die Temperaturabnahme mit der Höhe 0,65 °C/ 100 m (bis in etwa 10 km Höhe) beträgt. Durch teil-weise Absorption der Sonnenstrahlung und der Wärmeabstrahlung der Erdoberfläche (Glashauseffekt), durch Energieaustausch mit der Erdoberfläche und durch Energie- und Wasserdampftransport mit der atmosphärischen Zirkulation ist die Atmosphäre Medium des Wetters und wesentliche Klimabildner. Vertikale Gliederung.

a) nach der thermischen Struktur, unterste Schicht ist die Troposphäre, in der die Wettervorgänge ablaufen; sie untergliedert sich in die Grundschicht (Peplosphäre), in der sich der Energie- und Stoffaustausch mit der Erdoberfläche vollzieht, die Bodenreibung wirksam wird und die Hauptdunstmasse enthalten ist, und die «freie» Troposphäre, in der die Temperatur mit der Höhe abnimmt. Die obere Grenze der Troposphäre wird als Tropopause bezeichnet und liegt (breiten- und wetterlagenabhängig) zwischen 9 und 18 km Höhe mit Temperaturen zwischen -50°C und -80°C. Die anschließende Stratosphäre erstreckt sich bis etwa 50 km Höhe und enthält wegen ihres geringen Wasserdampfgehaltes keine Wolken (außer Perlmutterwolken). Die Temperaturen oberhalb der Tropopause bleiben zunächst mit zunehmender Höhe wenig verändert und nehmen dann in der oberen Stratosphäre bis 10°C zu infolge der Absorption der solaren UV-Strahlung durch das hier angereicherte Ozon. Über der Stratosphäre liegt die Mesosphäre (obere Durchmischungsschicht), innerhalb derer die Temperatur mit zunehmender Höhe wieder abnimmt. Die Obergrenze (Mesopause) liegt mit etwa 80°C bei 85 km Höhe. Die folgende Thermosphäre reicht bis etwa 450 km und geht unter Temperaturanstieg durch Sonnenstrahlungsabsorption bestimmter Wellenlängen dann in die Exosphäre (Dissipationssphäre) über, die die Stoffaustauschzone mit dem interplanetaren Raum darstellt.

b) nach dem Ionisationsgrad, in die Neutrosphäre (bis etwa 65 km), die kaum ionisiert ist, und in die Ionosphäre (zwischen 65 und etwa 500 km) mit verschiedenen Maxima der Elektronen- beziehungsweise Ionendichten. Ionosphäre und Exosphäre werden auch als Hochatmosphäre bezeichnet.

Atmosphärische Zirkulation: Luftströmungen der Erdatmosphäre, die infolge ungleichmäßiger Erwärmung der Erdoberfläche, dadurch bedingter großräumiger Luftdruckunterschiede und unter Einfluss der ablenkenden Kraft durch die Erdrotation entstehen. Oberhalb des Reibungseinflusses der Erdoberfläche (oberhalb etwa 1 km Höhe) stellt sich die atmosphärische Zirkulation als Gleichgewicht zwischen dem wirkenden Druckgefälle vom hohen zum tiefen Luftdruck und der ablenkenden Kraft der Erdrotation (nach rechts auf der Nord-, nach links auf der Südhalbkugel) dar. Deshalb verläuft die atmosphärische Zirkulation in Richtung der Isobaren (auf der Nordhalbkugel liegt der höhere Druck rechts von der Strömungsrichtung, auf der Südhalbkugel links), und die Windgeschwindigkeit ist proportional dem Luftdruckgefälle quer zur Strömungsrichtung. Innerhalb der unteren Atmosphäre erfährt die atmosphärische Zirkulation infolge der Reibung an der Erdoberfläche eine Ablenkung aus der isobarenparallelen Richtung mit einem kleinen Winkel vom höheren zum tieferen Druck (barisches Windgesetz). Infolge dieses Gradientwindgesetzes und der mittleren, charakteristische Luftdruckverteilung entstehen die bestimmenden Glieder der allgemeinen Zirkulation der Atmosphäre: die innertropische Konvergenzzone mit vorherrschender Ostströmung, mit häufigen Starkregen und tropischen Gewittern und Bereichen der Windstillen (Kalmen) und der umlaufenden Winde (.Doldrums, Mallungen)-, zwischen diesen und den Zentren der subtropischen Hochdruckgebiete die Passatzonen, Gebiete ganzjähriger nordöstlicher beziehungsweise südöstlich Winde der atmosphärischen Grundschicht, beständigste Zirkulationsglieder der £ Z.; die subtropischen Hochdruckgürtel (Roßbreiten) in 35 bis 40° nördliche und südliche Breite, Ursprungsgebiete der Passate, infolge absteigender, dabei sich adiabatisch erwärmender und austrocknender Luft wolken- und niederschlagsarm; Westwindzone der mittleren und hohen Breiten, Zone der wandernden Tiefdruckgebiete mit stark wechselhaftem Wetter und mit Niederschlag zu allen Jahreszeiten. In der oberen Troposphäre herrscht im Zentrum der Westwindzone ein schmales Gebiet sehr hoher Windgeschwindigkeiten (Strahlstrom). Die troposphärische Zirkulation der Polargebiete wird durch eine hochreichende Zyklone bestimmt; besonders im Winter liegt über den Polareisgebieten in der unteren Troposphäre ein flaches Hochdruckgebiet mit östlicher Strömung.