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Atmosphäre
Aufbau der Atmosphäre
Neben die Gesteins- und Wasserhülle tritt als eine weitere Schale die alles umschliessende Lufthülle, die Atmosphäre (griechisch "Dunstkugel"). Sie wird durch die Anziehungskraft des Erdkörpers festgehalten und macht dessen Rotationsbewegung mit.

Der Grund unterschiedlicher Eigenschaften und Verhaltens der Luft sowie ungleichartiger Vorgänge ergibt sich eine Schichtung der Atmosphäre in mehrere übereinander liegende Stockwerke:

Troposphäre, Stratosphäre, Ionosphäre und Exosphäre


Die drei erstgenannten gehören zum Bereich der inneren Atmosphäre. Die Exosphäre umfasst die äussere Atmosphäre.

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Troposphäre
Troposphäre (von griechisch tropein = wenden) liegt der Erde auf. Sie reicht im Polargebiet in eine Höhe von 8 bis 9 km, unter dem Äquator bis 17-18 km. Sie ist die eigentliche Wetterzone, die "Wendezone der Winde" . Infolge horizontaler und vertikaler Strömungen kommt es zu einer starken Durchmischung der Luft. Die Temperaturen nehmen rasch und gleichmässig nach oben ab. Sie erreichen an der Obergrenze (Tropopause) über dem Äquatorgürtel - 80 bis °C und über den Polen im Sommer - 40 bis 55° C, im Winter - 55 bis - 80 °C.

Die unterste Zone der Troposphäre, die Peplosphäre (griech. peplos = Mantel), ist der wesentliche Träger der Wettererscheinungen. Ihre obere Grenzfläche (Peplopause) liegt im Mittel 2'000m, schwankt aber je nach Wettertyp

Die unmittelbar auf dem Boden ruhende, bis 2 m hohe Luftschicht ist der Bereich der sogenannten Mikroklimatologie, die eine sehr grosse Bedeutung für die Agrar- und Forstwirtschaft hat.

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Stratosphäre
Auf die Troposphäre folgt die Stratosphäre (griech. stratos = Schicht); sie reicht bis etwa 80 km auf. Zwischen beiden Sphären besteht keine scharfe Grenzfläche, sondern vielmehr eine mehrere Kilometer dicke Schicht, wo ein Horizontalaustausch zwischen der unteren Stratosphäre und der oberen Troposphäre möglich ist. Gewaltige Stürme, die Strahlströme ("jet streams") besorgen mit Geschwindigkeiten von 120 bis 600 km/h diesen Austausch.

Die Stratosphäre zeigt eine deutliche Zweigliederung. Der untere Teil (Stratosphäre im engeren Sinne) umfasst den Raum bis etwa 40 km Höhe, der obere (Mesosphäre) reicht von 50 bis 80 km. Dazwischen liegt die Ozonosphäre, die lebenswichtige Sperrschicht für die ultraviolette Strahlung. Ohne sie wäre ein Leben auf der Erde nicht möglich.

Nach steter Temperaturabnahme in der Troposphäre herrscht in der Stratosphäre zunächst eine gleichbleibende Temperatur (Isothermie) von etwa -70 °C. Dann nimmt sie bis zur Obergrenze der Ozonosphäre um 120 °C zu und weiter nach oben wiederum ab.

An der äusseren Grenzfläche (Mesopause) beträgt die Temperatur -80 °C. Die Temperaturzunahme im Bereich der Ozonosphäre wird durch die Absorption der ultravioletten Sonnenstrahlung und der infraroten Erdstrahlung verursacht. Das einwirkende Licht baut in der Stratosphäre die chemischen Verbindungen ab (Photolyse) und setzt Sauerstoff frei (Photosynthese). Der in der Troposphäre reichlich vorhandene Sauerstoff dürfte zum Teil hieraus stammen.

In der Stratosphäre gibt es auch vertikale Ausgleichsströmungen. Dadurch ist eine gleichbleibende Gasmischung garantiert. Erst oberhalb der Stratosphäre findet eine Entmischung statt.

Vereinzelt sind Kondensationsvorgänge mit Wolkenbildungen (Perlmutterwolken), die jedoch keine Auswirkungen auf den Wetterablauf der Troposphäre haben, aus 30 km Höhe bekannt. Die wiederholt in 70 bis 80 km Höhe beobachteten Nachtwolken; zeugen nicht von Kondensation, sondern sind Reflexionserscheinungen an Staubteilchen, die bei vulkanischen Eruptionen so hoch geschleudert wurden.

Photosynthese
Mit der Photosynthese stellen Pflanzen mit Hilfe von Sonnenlicht aus Kohlendioxid Kohlenhydrate her. Algen gewinnen die Energie, die sie für die Photosynthese benötigen, durch die Absorption des Sonnenlichts mit bestimmten Pigmenten wie dem Chlorophyll.
Ionosphäre

Die Ionosphäre, von 80 bis 600 km reichend, wird nach den ionisierten, d. h. elektrisch geladenen Gasmolekülen (bzw. -atomen), die hier den Raum erfüllen, so bezeichnet. Von einer Luft im üblichen Sinne kann man wegen der starken Verdünnung nicht sprechen. Je weiter man sich von der Erdoberfläche entfernt, desto geringer ist der ausgleichende Schutz der Atmosphäre gegenüber der Sonneneinstrahlung. Die Temperaturen nehmen beträchtlich zu. In 200 km Höhe betragen die Unterschiede zwischen den Nacht- und den Tagtemperaturen bis 1'000 Grad Celsius, in 600 km Höhe gar gegen 2'000 Grad Celsius. Die Temperaturen sind allerdings nicht als Hitze zuverstehen, sondern als Bewegungsenergie der Moleküle.

Exosphäre

Der Übergang der Atmosphäre zum interplanetaren Raum vollzieht sich ganz allmählich in der Exosphäre. Der Abstand der einzelnen Luftteilchen voneinander ist in den äusseren Regionen so gross, dass entweichende Moleküle auf kein anderes Teilchen mehr treffen. Die Grenze der Exosphäre und damit auch der Atmosphäre kann man vielleicht dort ziehen, wo die Feldstärke des Erdmagnetfeldes auf den Wert des interplanetaren Raums absinkt. Dies in einem Erdabstand von 80'000 bis 100'000 km der Fall. Die Exosphäre bietet wie die Ozonosphäre einen Schutz vor den tödlich wirkenden Primärstrahlungen. Im Van Allen-Gürtel werden die sehr intensiv strahlenden Teilchen durch das Erdmagnetfeld eingefangen.

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