Definition: Was ist die Atmosphäre?
Die Atmosphäre ist die gasförmige Hülle der Erde. Sie umgibt den Planeten, ermöglicht Wetter und Klima, schützt vor einem Teil der kosmischen Strahlung, enthält den Sauerstoff zum Atmen und reguliert die Temperatur an der Erdoberfläche. Ohne Atmosphäre wäre die Erde ein lebensfeindlicher Ort mit starken Temperaturschwankungen, hoher Strahlungsbelastung und ohne flüssiges Wasser in heutiger Form.
Die Atmosphäre besteht hauptsächlich aus Stickstoff und Sauerstoff. Hinzu kommen Argon, Kohlendioxid, Wasserdampf, Ozon, Methan, Lachgas und zahlreiche Spurengase. Außerdem enthält sie Aerosole, Staub, Ruß, Pollen, Meersalz, Eiskristalle und Wassertröpfchen. Obwohl die Atmosphäre im Vergleich zum Erdradius sehr dünn ist, erfüllt sie zentrale Aufgaben für Leben, Wetter, Wasserkreislauf und Klimasystem.
Zusammensetzung der Atmosphäre
Der größte Anteil der trockenen Luft besteht aus Stickstoff. Sauerstoff macht den zweitgrößten Anteil aus und ist für die Atmung vieler Lebewesen sowie für Verbrennungsprozesse wichtig. Argon ist ein Edelgas und chemisch weitgehend reaktionsträge. Kohlendioxid kommt nur in vergleichsweise geringer Konzentration vor, hat aber große Wirkung auf den Wärmehaushalt der Erde.
Wasserdampf ist sehr variabel. In warmen, feuchten Tropen kann die Luft viel Wasserdampf enthalten, in kalten Polarregionen sehr wenig. Wasserdampf ist wichtig für Wolken, Niederschlag und den natürlichen Treibhauseffekt. Auch Spurengase wie Methan, Lachgas und Ozon beeinflussen Klima und Luftchemie, obwohl sie nur in kleinen Mengen vorkommen.
Aerosole und Partikel
Neben Gasen enthält die Atmosphäre feine Partikel. Dazu zählen mineralischer Staub, Meersalz, Ruß, Sulfatpartikel, Pollen, Vulkanasche und organische Partikel. Sie beeinflussen Luftqualität, Wolkenbildung und Strahlungshaushalt. Manche Partikel reflektieren Sonnenlicht, andere absorbieren Wärme. Feinstaub kann außerdem die Gesundheit belasten.
Schichten der Atmosphäre
Die Atmosphäre ist in mehrere Schichten gegliedert, die sich durch Temperaturverlauf und physikalische Eigenschaften unterscheiden. Die wichtigsten Schichten sind Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre, Thermosphäre und Exosphäre.
Troposphäre
Die Troposphäre ist die unterste Schicht der Atmosphäre und reicht je nach Breite und Jahreszeit etwa bis acht bis achtzehn Kilometer Höhe. In ihr findet fast das gesamte Wetter statt. Wolken, Regen, Schnee, Gewitter, Wind und Stürme entstehen überwiegend in dieser Schicht. Auch der größte Teil des Wasserdampfs befindet sich dort.
In der Troposphäre nimmt die Temperatur mit zunehmender Höhe im Durchschnitt ab. Warme Luft steigt auf, kühlt ab, und Wasserdampf kann kondensieren. Dadurch entstehen Wolken und Niederschläge. Die Troposphäre ist für Menschen, Tiere, Pflanzen und Ökosysteme die unmittelbar wichtigste Atmosphärenschicht.
Stratosphäre
Über der Troposphäre liegt die Stratosphäre. In ihr befindet sich die Ozonschicht, die einen großen Teil der schädlichen ultravioletten Strahlung der Sonne absorbiert. Dadurch schützt sie Lebewesen vor DNA-Schäden, Hautschäden und Belastungen für Pflanzen und Plankton.
In der Stratosphäre steigt die Temperatur mit der Höhe an, weil Ozon UV-Strahlung aufnimmt und dabei Wärme freisetzt. Diese Temperaturstruktur stabilisiert die Schicht. Austauschprozesse zwischen Troposphäre und Stratosphäre laufen langsamer ab als innerhalb der Troposphäre.
Höhere Schichten
Mesosphäre, Thermosphäre und Exosphäre liegen darüber. In der Mesosphäre verglühen viele Meteore. Die Thermosphäre enthält die Ionosphäre, die für Polarlichter und Funkwellen eine Rolle spielt. Die Exosphäre geht allmählich in den Weltraum über. Diese höheren Schichten sind für das tägliche Wetter weniger direkt wichtig, gehören aber zum Schutz- und Strahlungssystem der Erde.
Atmosphäre und Wetter
Wetter entsteht durch Bewegung, Erwärmung, Abkühlung und Feuchtigkeitsaustausch in der Atmosphäre. Sonnenstrahlung erwärmt Erdoberfläche und Luft ungleichmäßig. Warme Luft dehnt sich aus und steigt auf, kältere Luft sinkt ab. Druckunterschiede erzeugen Wind. Wasserdampf kondensiert zu Wolken und Niederschlag.
Gebirge, Meere, Wälder, Städte und Landflächen beeinflussen Wetterprozesse. Meere speichern Wärme und geben Feuchtigkeit ab. Gebirge zwingen Luftmassen zum Aufsteigen, wodurch Niederschläge entstehen können. Städte speichern Wärme und bilden lokale Wärmeinseln. Vegetation kühlt durch Verdunstung und beeinflusst Luftfeuchtigkeit.
Atmosphäre und Klima
Klima beschreibt den langfristigen Zustand des Wetters. Die Atmosphäre ist dabei eng mit Ozeanen, Eisflächen, Böden, Vegetation und Strahlungshaushalt verbunden. Treibhausgase in der Atmosphäre lassen kurzwellige Sonnenstrahlung weitgehend passieren, nehmen aber einen Teil der langwelligen Wärmestrahlung der Erde auf. Dadurch entsteht der natürliche Treibhauseffekt.
Ohne natürlichen Treibhauseffekt wäre die Erde deutlich kälter. Problematisch ist die zusätzliche Verstärkung durch menschliche Emissionen. Kohlendioxid aus Verbrennung fossiler Rohstoffe, Methan aus Landwirtschaft und Energiegewinnung sowie Lachgas aus stickstoffreichen Prozessen erhöhen die Wärmespeicherung der Atmosphäre. Dadurch verändert sich das Klimasystem.
Kohlendioxid
Kohlendioxid entsteht bei Atmung, Zersetzung, Verbrennung und vielen industriellen Prozessen. Pflanzen nehmen Kohlendioxid bei der Photosynthese auf. Seit Beginn der Industrialisierung ist die Konzentration durch Kohle, Öl, Gas, Zementproduktion und Landnutzungsänderungen deutlich gestiegen. Kohlendioxid bleibt lange in der Atmosphäre und ist daher zentral für den langfristigen Klimawandel.
Methan und Lachgas
Methan entsteht unter sauerstoffarmen Bedingungen, etwa in Feuchtgebieten, Reisfeldern, Mägen von Wiederkäuern, Deponien und bei Förderung fossiler Energieträger. Es wirkt pro Molekül deutlich stärker erwärmend als Kohlendioxid, bleibt aber kürzer in der Atmosphäre. Lachgas entsteht vor allem durch Stickstoffumsetzungen in Böden und ist ebenfalls ein starkes Treibhausgas.
Luftverschmutzung
Die Atmosphäre transportiert nicht nur natürliche Stoffe, sondern auch Schadstoffe. Dazu gehören Stickoxide, Schwefeldioxid, Feinstaub, Ozon, Kohlenmonoxid, Ammoniak, Ruß und flüchtige organische Verbindungen. Sie stammen aus Verkehr, Industrie, Landwirtschaft, Heizungen, Kraftwerken, Bränden und natürlichen Quellen.
Luftverschmutzung kann Atemwege, Herz-Kreislauf-System, Pflanzen, Böden und Gewässer belasten. Manche Stoffe reagieren in der Atmosphäre weiter und bilden sekundäre Schadstoffe. Aus Stickoxiden und flüchtigen organischen Verbindungen entsteht bei Sonneneinstrahlung bodennahes Ozon. Aus Ammoniak, Schwefeldioxid und Stickoxiden können Feinstaubpartikel entstehen.
Atmosphäre und Wasserkreislauf
Die Atmosphäre ist ein zentraler Teil des Wasserkreislaufs. Wasser verdunstet aus Meeren, Seen, Böden und Pflanzen. Als Wasserdampf wird es in der Luft transportiert, kondensiert zu Wolken und fällt als Regen, Schnee oder Hagel zurück auf die Erde. Dieser Kreislauf verteilt Süßwasser und beeinflusst Ökosysteme, Landwirtschaft und Trinkwasserversorgung.
Mit steigenden Temperaturen kann Luft mehr Wasserdampf aufnehmen. Dadurch können sich Niederschlagsmuster verändern. In manchen Regionen nehmen Starkregen zu, während andere häufiger unter Trockenheit leiden. Die Atmosphäre vermittelt damit viele Folgen des Klimawandels direkt an Land und Gewässer.
Schutzfunktion der Atmosphäre
Die Atmosphäre schützt die Erde vor einem Teil der energiereichen Strahlung aus dem Weltraum. Besonders wichtig ist die Ozonschicht in der Stratosphäre. Sie filtert einen großen Teil der UV-B-Strahlung. Außerdem verglühen viele kleinere Meteoroiden in der Atmosphäre, bevor sie die Erdoberfläche erreichen.
Gleichzeitig sorgt die Atmosphäre für Druckverhältnisse, unter denen flüssiges Wasser an der Oberfläche bestehen kann. Sie verteilt Wärme und gleicht Temperaturunterschiede aus. Ohne diese Hülle wäre Leben, wie es heute existiert, nicht möglich.
Zusammenfassung
Die Atmosphäre ist die gasförmige Hülle der Erde. Sie besteht vor allem aus Stickstoff und Sauerstoff, enthält aber auch Wasserdampf, Kohlendioxid, Ozon, Methan, Lachgas, Aerosole und weitere Spurstoffe. Sie ermöglicht Wetter, Klima, Wasserkreislauf und Atmung und schützt vor Strahlung. Menschliche Emissionen verändern ihre Zusammensetzung und verstärken den Treibhauseffekt. Luftreinhaltung und Klimaschutz sind daher zentrale Aufgaben im Umgang mit der Atmosphäre.
