Wetternews: Wie ist die Atmosphäre aufgebaut?

Die Atmosphäre ist die Gashülle, die den ganzen Planeten umfasst.

Dennoch ist die Atmosphäre nicht überall gleich. Sie lässt sich z.B. an Temperatur, Druck und sogar Wetter in 5 verschiedene Schichten unterteilen.

Die Troposphäre

Ganz unten ist die Troposphäre. Sämtliche Wetterphänomene spielen sich darin ab. Fast alle Wolken und damit der Wasserdampf sind hier konzentriert. Steigen wir auf, stellen wir schnell fest, dass die Temperatur relativ gleichmässig abnimmt, je nachdem, wie feucht die Umgebungsluft ist. Am Boden beträgt die Temperatur im Durchschnitt 14 °C, während sie an der Grenze zur Stratosphäre durchaus -60°C erreichen kann.

Auch der Druck nimmt ab, am Anfang alle 8 Meter um 1 Hektopascal. Diese Grösse bezeichnet man als barometrische Höhenstufe. Je weiter wir jedoch aufsteigen, desto mehr Strecke müssen wir zurücklegen, damit der Druck um 1 Hektopascal abnimmt. Der Grund dafür liegt darin, dass Gase unter Druck zusammengepresst werden, und der Druck nach oben hin abnimmt.

In etwa 11 Kilometern Höhe befindet sich auch die Grenze der Troposphäre über Mitteleuropa, die sogenannte Tropopause. Die Höhe der Tropopause hängt jedoch massgeblich von der Temperatur ab. Über den Polen ist die Tropopause auf etwa 8 km, über den Tropen auf 16 km Höhe.

Wolken im unteren, mittleren und oberen Stockwerk der Troposphäre (Bildquelle: Meteomeldungen/App)

Die Stratosphäre

Über der Troposphäre schliesst sich die Stratosphäre an. Die Temperatur nimmt hier erst kaum noch ab, dann schliesst sich eine sehr starke Inversion an, also statt der erwarteten Temperaturabnahme, nimmt sie stattdessen wieder zu. Der Grund: Hier befindet sich die Ozonschicht. Ultraviolette Strahlung der Sonne wird vom Ozon absorbiert, das sich dadurch aufheizt und aufspaltet.

Während die Temperatur an der Tropopause in 16 km etwa -60 °C beträgt, ist sie an der Grenze zur Mesosphäre in etwa 50 km Höhe bei etwa 0 °C. In der Stratosphäre befinden sich eigentlich keine Wolken mehr, da hier kaum noch Wasserdampf vorhanden ist. Wird es jedoch sehr kalt, kann Schwefel- & Salpetersäure gefrieren, und sich daran ein dünner Mantel aus Eiskristallen bilden. Solche Wolken nennt man Perlmuttwolken. Sie treten aufgrund der notwendigen tiefen Temperaturen hauptsächlich über den Polen auf.

Perlmuttwolke in der Stratosphäre (Bildquelle: Wikipedia)

Die Mesosphäre

Die Mesosphäre ist die mittlere Atmosphärenschicht und reicht von 50 km bis in etwa 80 km Höhe. Die Temperatur nimmt hier mit der Höhe wieder ab, von den 0 °C auf etwa -90 °C. Wenn Meteore auf die Erde stürzen, verglühen sie häufig in der Mesosphäre.

Am Rande der oberen Mesosphäre wird die Luft so dünn, das kein Wind mehr möglich ist. Folglich werden die Gase, die „Luft“ ausmachen, nicht länger durchmischt. Leichtere Gase wie Wasserstoff und Helium befinden sich über schwereren Gasen wie Sauerstoff und Stickstoff. Diese Grenze wird als Turbopause bezeichnet.

Doch auch hier sind noch sehr selten Wolken zu finden, die sogenannten leuchtenden Nachtwolken in etwa 80 bis 85 km Höhe. Um diese Wolken zu erzeugen, bedarf es sehr tiefer Temperaturen (-140 °C), damit der wenige Wasserdampf kondensiert.

Leuchtende Nachtwolken (Bildquelle: unsplash.com)

Die Thermosphäre

Oberhalb der Mesosphäre beginnt die Thermosphäre. Der Name rührt von den hohen Temperaturen, die hier herrschen. In der Thermosphäre kann es bis zu 1’700°C warm werden. Das ist aber nicht die Temperatur, wie man sie sich auf dem Erdboden vorstellen würde. Da die Luft hier extrem dünn ist, sind einzelne Teilchen weit voneinander entfernt. Stattdessen handelt es sich hier um die durchschnittliche Bewegungstemperatur einzelner Teilchen.

Tatsächlich reicht die Thermosphäre bis etwa 800 km über den Erdboden. Das bedeutet, dass sich hier viele polarumlaufende Satelliten oder die ISS befinden. Auch die Ionosphäre ist ein Teil der Thermosphäre. Aufgrund der Sonnenstrahlung werden Moleküle und Atome ionisiert, sie sind also elektrisch geladen. Wenn es Nacht wird, vereinigen sich die Elektronen wieder mit den Atomen und es entsteht das sogenannte Nachthimmelsleuchten, das z.T. im sichtbaren Licht ausstrahlt.

Grünliches Nachthimmelsleuchten, aufgenommen von der ISS (Bildquelle: Wikipedia)

Die Exosphäre

Die letzte Schicht der Erdatmosphäre ist die Exosphäre. Im Gegensatz zu all den anderen Schichten hat die Exosphäre keine wirklich fest definierte Grenze und reicht weit bis in den Weltraum. Tatsächlich konnte man beweisen, dass die äusserste Hülle der Erdatmosphäre bis zum Mond reicht. Teilchen, die sich hier aufhalten, sind nicht mehr gravitativ an die Erde gebunden, und können das Erdumfeld verlassen, sofern sie nicht ionisiert sind. Dann nämlich sind sie durch das Erdmagnetfeld weiterhin dazu gezwungen, die Erde zu umrunden.