Atmosphäre

Wikipedia:
Die Atmosphäre der Erde, auch Erdatmosphäre (von altgriechisch o atmos, deutsch ,Dampf' und aa sphaira, deutsch ,Kugel') ist die gasförmige Hülle der Erdoberfläche und eine der sogenannten Erdsphären.
Sie hat einen hohen Anteil an Stickstoff und Sauerstoff und somit oxidierende Verhältnisse.
Ihre vertikale Gliederung ist durch unterschiedliche Temperaturen bedingt.
Das Wettergeschehen findet in den unteren etwa 10 Kilometern statt, der Troposphäre.
Die höheren Schichten haben keinen großen Einfluss mehr.
== Zusammensetzung
Die bodennahen Schichten bis in etwa 90 km Höhe (Karman-Linie der Raumfahrt) haben eine recht gleichförmige Zusammensetzung, weshalb man auch von Homosphäre spricht.
Was als Luft bezeichnet wird, besteht im Wesentlichen bei Außerachtlassen des wechselnden Wasserdampfgehalts (d. h. in Volumenprozent trockener, wasserdampffreier Luft) aus: 78,08 % Stickstoff (N2), 20,95 % Sauerstoff (O2) und 0,93 % Argon (Ar), dazu Aerosole und Spurengase, darunter Kohlenstoffdioxid (CO2, mit derzeit 0,04 %, nach Wasserdampf der wichtigste Verursacher des Treibhauseffekts), ferner Methan (CH4), Ozon (O3), Fluorchlorkohlenwasserstoffe, Schwefeldioxid (SO2) und Stickstoffverbindungen.
Für die Entstehung des Wetters ist neben der Energiezufuhr durch die Sonnenstrahlung und ihrer tages- und jahreszeitlichen Schwankung hauptsächlich der Gehalt an Wasserdampf verantwortlich.
Dieser kommt in wechselnder Konzentration von 0 % Vol. bis etwa 4 % Vol. in der Luft vor, siehe Luftfeuchtigkeit.
Die regionale Sonneneinstrahlung hängt über den Gehalt an Aerosolen auch von der Transparenz der Atmosphäre ab.
Die Hochatmosphäre ist ein bereits sehr dünnes Gas, in das auch hochenergetische Anteile der Sonnenstrahlung noch eindringen können.
Durch kurzwelliges UV-Licht werden die Moleküle dissoziiert und teilweise ionisiert.
Ferner kommt es in Höhen über etwa 100 km auch zu einer Entmischung der Bestandteile nach ihrer unterschiedlichen molaren Masse, weshalb dieser Abschnitt auch Heterosphäre genannt wird.
Mit wachsender Höhe nehmen daher die Anteile leichterer Teilchen wie Wasserstoffatome und Helium zu.
Diese beiden Elemente entweichen thermisch bedingt allmählich in den Weltraum.
== Aufbau
=== Schichtung
Die Atmosphäre weist eine Masse von etwa 5,15 * 1018 kg auf (5,15 Billiarden Tonnen), also knapp ein Millionstel der Erdmasse.
Sie besteht hinsichtlich ihres vertikalen Temperaturverlaufs, insbesondere dessen Gradienten, aus mehreren Schichten:
Die Troposphäre wird auch als untere Atmosphäre bezeichnet, Stratosphäre und Mesosphäre gemeinsam als mittlere Atmosphäre und die Thermosphäre als obere Atmosphäre.
Vor allem in der Troposphäre - der Wettersphäre - zeigt sich eine Dynamik innerhalb der Temperaturschichtung und des Gehalts an Wasserdampf, weshalb dort auch die jeweilige Schichtungsstabilität eine große Rolle spielt.
Außer nach dem Temperaturverlauf lässt sich die Lufthülle auch nach anderen Gesichtspunkten einteilen:
Nach chemischen Gesichtspunkten lassen sich außerdem die Ozonosphäre (Ozonschicht in 16-50 km Höhe) und eine Chemosphäre (20-600 km) abgrenzen.
=== Grenze zum Weltraum
Der Übergang zwischen Exosphäre und Weltraum ist kontinuierlich, man kann keine scharfe Obergrenze der Atmosphäre ziehen.
In der Exosphäre (oberhalb der Exobase in ~600 km Höhe) ist die mittlere freie Weglänge so groß, dass Teilchen entweichen können, wenn sie die Fluchtgeschwindigkeit erreichen können.
Einzelnen Wasserstoffteilchen wird das durch Zusammenstöße bereits bei mittleren Geschwindigkeiten von 3-4 km/s möglich.
Seitens der Federation Aeronautique Internationale wird die Homopause bzw. eine Höhe von rund 100 km (Karman-Linie) als Grenze angesehen.
Diese Definition ist international weitestgehend anerkannt, wenn sie auch keine uneingeschränkte Gültigkeit besitzt.
So wird zum Beispiel von der NASA die Mesopause (etwa 80 km) als Grenze definiert.
== Erforschung
Die untere Atmosphäre, insbesondere die Troposphäre, ist das Forschungsfeld der Meteorologie, wohingegen die mittlere und obere Atmosphäre (Stratosphäre, Mesosphäre) in den Bereich der Aerologie gehören.
Messungen erfolgen in Bodennähe mit dem vollen Spektrum der meteorologischen Messgeräte.
In der Höhe, besonders in Bezug auf Höhenprofile, stellen Radiosonden, meteorologische Raketen, Lidars, Radars und Wetter- beziehungsweise Umweltsatelliten die wichtigsten Messverfahren dar.
In der Zukunft werden voraussichtlich auch Höhenplattformen wie das High Altitude and Long Range Research Aircraft eine größere Rolle spielen.
== Entwicklung
Die Entwicklung der Atmosphäre ist ein Teil der chemischen Evolution der Erde und zudem ein wichtiges Element der Klimageschichte.
Sie wird heute in vier wesentliche Entwicklungsstufen unterschieden.
Am Anfang stand die Entstehung der Erde vor etwa 4,56 Milliarden Jahren.
Dabei verfügte sie schon sehr früh über eine vermutlich aus Wasserstoff (H2) und Helium (He) bestehende Gashülle, die jedoch wieder verloren ging.
Durch die langsame Abkühlung der Erde und den dabei auftretenden Vulkanismus kam es zu einer umfangreichen Ausgasung aus dem Erdinneren.
Die dadurch erzeugte Atmosphäre bestand zu etwa 80 % aus Wasserdampf (H2O), zu 10 % aus Kohlendioxid (CO2) und zu 5 bis 7 % aus Schwefelwasserstoff.
Dabei handelt es sich um die Produkte des Vulkanismus, die auch heute noch beobachtet werden können.
Der hohe Anteil des Wasserdampfs erklärt sich dadurch, dass die Atmosphäre zu diesem Zeitpunkt noch zu warm war, um Niederschläge bilden zu können.
Es gab also noch keine Gewässer auf der Erde.
Der eigentliche Ursprung des Wassers ist umstritten.
Nachdem die Temperatur der Atmosphäre unter den Siedepunkt des Wassers fiel, kam es zu einem extrem langen Dauerregen, nach dessen Ende sich die Ozeane gebildet hatten und dementsprechend die anderen Atmosphärengase relativ zum Wasserdampf angereichert wurden.
Die hohe UV-Einstrahlung bedingte eine photochemische Zerlegung der Wasser-, Methan- und Ammoniakmoleküle, wodurch sich Kohlenstoffdioxid und Stickstoff relativ anreicherten.
Die leichten Gase wie Wasserstoff oder Helium verflüchtigten sich in den Weltraum.
Kohlenstoffdioxid wurde in großen Mengen in den Ozeanen gelöst und von C-autotrophen Mikroorganismen zum Teil verbraucht.
Unverändert blieb der inerte Stickstoff.
Dieser wurde mit der Zeit weiter relativ angereichert und bildete vor etwa 3,4 Milliarden Jahren den Hauptbestandteil der Atmosphäre.
Der Sauerstoff O2 spielt die Hauptrolle bei der weiteren Entwicklung zur heutigen Atmosphäre.
Cyanobakterien mit oxygener Photosynthese führten als C-Autotrophe zu einem weiteren Absinken der Kohlenstoffdioxidkonzentration, bildeten aber vor allem (möglicherweise schon vor etwa 3,5 Milliarden Jahren beginnend) Sauerstoff.
Die Sauerstoffkonzentration der Atmosphäre blieb jedoch zunächst gering, weil der gebildete Sauerstoff in den Ozeanen bei der Oxidation von Eisen(II)-Ionen und Schwefelwasserstoff verbraucht wurde.
Erst vor etwa zwei Milliarden Jahren begann Sauerstoff in die Atmosphäre zu entweichen, als die mit Sauerstoff reagierenden Stoffe knapp wurden.
Vor einer Milliarde Jahren überstieg die Sauerstoffkonzentration der Atmosphäre drei Prozent, wodurch sich im Verlauf der nächsten 400 Millionen Jahre allmählich eine erste Ozonschicht bilden konnte.
Vor 500-600 Millionen Jahren stieg der Sauerstoffgehalt, bedingt durch das erste massenhafte Auftreten von Landpflanzen, rapide an und erreichte vor 350 Millionen Jahren erstmals das heutige Niveau.
Nach mehreren starken Schwankungen während des Erdmittelalters erreichte der Luftsauerstoffgehalt schließlich den heutigen Wert von 21 %.

Klexikon (einfache Sprache):
Die Atmosphäre ist die Lufthülle der Erde.
Sie umgibt den Planeten wie eine dünne Haut.
Sie besteht aus Luft, das ist ein Gemisch aus Gasen.
Den größten Anteil hat das Gas Stickstoff.
An zweiter Stelle steht der Sauerstoff, den alle Tiere und auch wir Menschen zum Atmen brauchen.
Pflanzen brauchen unter anderem das Gas Kohlendioxid zum Leben, das sie auch aus der Atmosphäre bekommen.
Ohne die Atmosphäre könnte es auf der Erde kein Leben geben.
Die Luft der Atmosphäre wird von der Schwerkraft der Erde angezogen.
Dadurch hat die Luft ein Gewicht, mit dem sie auf die Erde drückt.
Dieses Gewicht spüren wir als Luftdruck.
Er ist nicht an allen Stellen auf der Erde gleich groß, sondern es gibt Gebiete mit höherem und andere mit niedrigerem Luftdruck.
Luft strömt immer vom hohen zum niedrigen Druck.
Diese Luftströmungen nennen wir Wind.
In der Atmosphäre ist außerdem Wasser enthalten.
Es kann Wolken bilden, aus denen manchmal Regen oder Schnee auf die Erde fallen.
In der Atmosphäre entsteht also das Wetter.
Manche andere Planeten in unserem Sonnensystem haben auch eine Atmosphäre, manche nicht.
Die Atmosphäre eines anderen Planeten kann ganz andere Gase enthalten als die Atmosphäre der Erde.
== Was bewirkt die Atmosphäre?
Ohne die Atmosphäre wäre es auf der Erde so kalt, dass alles Wasser immer gefroren wäre.
Einige Gase der Atmosphäre, wie zum Beispiel Kohlendioxid, sorgen dafür, dass die Erde so warm ist, dass Lebewesen auf ihr existieren können.
Dies nennt man den natürlichen Treibhauseffekt.
Wir Menschen erzeugen seit einigen Jahrhunderten auch sehr viel Kohlendioxid und andere wärmende Gase, so dass wir damit den natürlichen Treibhauseffekt verstärken.
Die Erde wird dadurch in den letzten Jahrzehnten in kleinen Schritten immer wärmer.
Das nennt man Klimawandel oder auch Erderwärmung.
In vielen Gebieten der Welt werden dadurch die Lebensbedingungen für Menschen und andere Lebewesen schlechter, so dass Wissenschaftler, Politiker und viele andere Menschen versuchen, die Erderwärmung aufzuhalten.
Die Atmosphäre schützt uns vor gefährlicher Strahlung aus dem Weltall.
Sehr hoch oben in der Atmosphäre bildet sich ständig das Gas Ozon.
Es hält gefährliche Strahlung von der Sonne auf und lässt sie nicht auf die Erde durch.
Wissenschaftler haben herausgefunden, dass einige Gase dieses Ozon kaputt machen.
Solche Gase werden von den Menschen hergestellt.
Dadurch entstanden zum Beispiel in der Nähe von Australien und in der Antarktis Gebiete, in denen nur noch wenig Ozon in der Atmosphäre vorhanden war.
Das nennt man "Ozonloch":
Es ist kein richtiges Loch in der Atmosphäre, aber dort fehlt es an Ozon.
Daher muss man sich in solchen Gegenden gut vor der Sonne schützen, weil man sonst schneller als woanders Hautkrebs bekommen kann.
Inzwischen dürfen diese Gase nicht mehr hergestellt und verwendet werden.
Das Ozonloch wird seit Jahren immer kleiner.
In einigen Jahrzehnten wird es wieder überall genügend Ozon geben.
Die Gase der Atmosphäre bewirken, dass der Himmel für uns blau aussieht.
Gäbe es keine Atmosphäre, würden wir in das schwarze Weltall schauen.
Wenn kleine Himmelskörper, die durch das Welt fliegen, auf die Erde fallen, verglühen sie meist in der Atmosphäre und schlagen deshalb nicht auf der Erde ein.
Manchmal kann man nachts die Leuchtspur sehen, wenn ein solcher Himmelskörper verglüht.
Das nennt man Sternschnuppe.