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Sphärisch
Wir gehen heute nur kurz auf das aktuelle Wettergeschehen in der Schweiz ein. Vielmehr befassen wir uns mit unserer Atmosphäre, die einiges zu bieten hat.
Wetter heute
Die Schweiz befand sich heute im Einflussbereich eines Ausläufers des Azorenhochs. Fast im ganzen Land sorgte trockene Luft für sonniges Wetter. Einzig auf der Alpensüdseite begann der Tag mit ausgedehnter tiefer Bewölkung, die sich allerdings im Laufe des Vormittags zunehmend auflockerte. Die nachfolgenden Quellwolken blieben flach und harmlos.
Von Südengland über Benelux und der Mitte Deutschlands bis Polen und weiter ostwärts erstreckte sich eine Luftmassengrenze, die in den besagten Gebieten für bewölktes Wetter sorgte mit gebietsweise etwas Niederschlag. Diese Störung war mehr oder weniger parallel zur vorherrschenden (westlichen bis nordwestlichen) Strömung eingelagert. Damit bewegte sie sich tagsüber nur wenig vom Fleck. Lediglich in der Höhe wurde vor allem in der zweiten Tageshälfte etwas feuchtere Luft in Richtung Alpen abgeschwemmt. Dies zeigte sich in Form von einigen Cirren.
Aufgrund der stabilen Schichtung und der trockenen Luft bildeten sich über den Bergen nur wenige flache Quellwolken, sodass in vielen Regionen die Sonneneinstrahlung nicht wirklich eingeschränkt wurde. Die Luftmasse war gegenüber dem Vortag etwa 3 bis 4 Grad wärmer. Dies widerspiegelte sich natürlich auch in den Temperaturmaxima des heutigen Tages. Nach einer auf der Alpennordseite angenehm kühlen Nacht (Minima meist zwischen 8 und 12 Grad) wurde es mit maximal 25 bis 28 entsprechend 3 bis 4 Grad wärmer als am Vortag. Im Süden war die Nacht mit minimal etwa 19 Grad deutlich milder. Hier verhinderte die tiefe Bewölkung eine stärkere Abkühlung.
Wechseln wir nun aber das Thema. Ab jetzt wirds sphärisch.
Aufbau der Atmosphäre
In den letzten Tagen haben Sie an dieser Stelle, im Zusammenhang mit den «Leuchtenden Nachtwolken», ein paar Mal etwas von der Mesopause bzw. von der Mesosphäre gelesen, einer Schicht unserer Erdatmosphäre. Heute wollen wir uns mal den gesamten Aufbau der Erdatmosphäre etwas genauer ansehen.
Beginnen wir zuunterst:
Troposphäre – die Wetterschicht
Die Troposphäre ist uns allen bestens bekannt. Es ist die unterste Schicht der Erdatmosphäre, in welcher das Wetter stattfindet. Sie erstreckt sich bis auf eine Höhe von etwa 8 (an den Erdpolen) bis ca. 17 km (am Äquator). In ihr befindet sich rund 80 bis 90 % der gesamten Luftmasse und nahezu der gesamte Wasserdampf der Atmosphäre.
Die Luft setzt sich aus rund 78 % Stickstoff, knapp 21 % Sauerstoff und 1 % Argon zusammen. Diese chemische Zusammensetzung ändert sich im Übrigen bis rund 100 km Höhe nicht. Der Rest der Luft machen Spurenelemente wie Wasserdampf, Kohlendioxid, Neon, Helium und weitere chemische Elemente aus. Diese sind allerdings lebenswichtig. Denn sie absorbieren zum Teil die kurzwellige Sonnenstrahlung, vor allem aber die Wärmeabstrahlung der Erde, womit eine mittlere Erdtemperatur von gegenwärtig etwa 15 °C zustande kommt. Gäbe es diesen natürlichen Treibhauseffekt nicht, läge die mittlere Erdtemperatur bei etwa -18 °C, also rund 33 °C tiefer.
Der mittlere Luftdruck auf der Erdoberfläche beträgt rund 1013 hPa. Mit der Höhe nimmt der Luftdruck kontinuierlich ab, bis er an der Tropopause, die Obergrenze der Troposphäre, auf etwa 200 hPa sinkt. Ebenso sinkt die Temperatur im Schnitt mit 6.5 °C pro Kilometer. An der Tropopause herrschen demnach typischerweise Temperaturen von -60 bis -80 °C.
Es gäbe noch viele weitere spannende Elemente, die die Troposphäre ausmachen. Diese alle zu erwähnen und beschreiben, würde hier aber den Rahmen sprengen. Deshalb gehen wir nun ein Stockwerk höher in die Stratosphäre.
Stratosphäre – die Ozonschicht
An der Tropopause, die Grenze zwischen der Troposphäre und der Stratosphäre (knapp darunter befindet sich auch der Jetstream), beginnt die Temperatur mit zunehmender Höhe plötzlich wieder zu steigen, vor allem in der oberen Stratosphäre. Daran ist die Chemie Schuld. Das in der Stratosphäre befindliche lebenswichtige Ozon absorbiert die für den Menschen schädliche kurzwellige UV-Strahlung. Durch chemische Prozesse wird dabei Wärme freigesetzt, womit die Temperatur wieder bis gegen 0 °C ansteigt.
Die Stratosphäre erstreckt sich bis auf eine Höhe von rund 50 km über der Erdoberfläche. In dieser Höhe beträgt der Luftdruck noch rund 1 hPa. In ihr befindet sich kaum Wasserdampf. Mit der Temperaturumkehr resultiert eine sehr stabile Schichtung, der Austausch mit der wasserdampfhaltigen Troposphäre ist dadurch stark eingeschränkt. Dennoch können bei sehr kalten Bedingungen (auf ca. 20 bis 30 km Höhe) sogenannte «Polare Stratosphärenwolken» entstehen (im Winter und in höheren nördlichen bzw. südlichen Breiten). Bei https://www.meteoros.de/ finden Sie mehr Infos über die Wolkenart.
Mesosphäre – die leuchtende Schicht
Über der Stratosphäre liegt die Mesosphäre, in welcher kaum noch Ozon vorkommt. Diese erstreckt sich von rund 50 bis etwa 85 km Höhe. Weil kein Ozon mehr vorhanden ist, sinkt auch die Temperatur wieder von etwa 0 °C bei 50 km gegen durchschnittlich -100 Grad bei 85 km Höhe. Die Mesosphäre ist damit die kälteste Schicht der gesamten Atmosphäre. Die Luft hat hier noch einen Tausendstel der Luftdichte auf Meereshöhe.
In der Mesosphäre entstehen oft Sternschnuppen. Staubteile oder kleinere Gesteinsbrocken aus dem Weltall verglühen hier durch Reibung an den Luftpartikeln. Zudem kommt es an der Mesopause zu sogenannten «Leuchtenden Nachtwolken», die Sie in unseren Blog vom 6. Juli oder vom 17. Juni kennengelernt haben.
Thermosphäre – die ionisierte Schicht
Die Thermosphäre liegt über der Mesosphäre. Sie erstreckt sich von rund 85 bis etwa 500 km Höhe. Die Luft ist hier extrem dünn. Der Abstand zwischen den einzelnen Gasteilchen der Luft kann mehrere Kilometer betragen. Die Temperatur steigt innerhalb dieser Sphäre bis etwas über 1700 °C. Allerdings sind so wenige Gasteilchen unterwegs und diese so weit voneinander entfernt, dass zwischen ihnen nur extrem wenig Energie ausgetauscht wird. 1700 °C in der Thermosphäre sind also quasi nicht dasselbe wie an der Erdoberfläche.
In dieser Schicht ist zudem die internationale Raumstation ISS unterwegs. Weit beeindruckender ist aber die Erscheinung von Nord- oder Polarlichtern, die in dieser Schicht vorkommen. Sie entstehen, wenn elektrisch geladene Teilchen des Sonnenwindes auf Sauerstoff- und Stickstoffatome der Thermosphäre treffen und diese zum Leuchten bringen (sie werden ionisiert). Durch das Erdmagnetfeld, dessen Feldlinien bei den Erdpolen ein- und austreten, werden die elektrisch geladenen Teilchen des Sonnenwindes in Richtung Erdpol (Nord- oder Südpol) abgelenkt.
Exosphäre – die Übergangsschicht
Innerhalb dieser Sphäre findet ein fliessender Übergang zwischen der Erdatmosphäre und dem luftleeren Weltall statt. Die Ausbreitung dieser Exosphäre kann aber trotzdem mit etwa 500 km bis 10'000 km angegeben werden. Hier wird der Effekt der Erdanziehung mit zunehmender Höhe immer geringer. Gasteilchen können somit irgendwann nicht mehr festgehalten werden und ins Weltall entweichen.
Ich kann nun auch nicht mehr festgehalten werden. Ich entweiche zwar nicht, aber der Feierabend ruft!