Atmosphären

Betrachtet man andere Himmelskörper in unseren Sonnensystem, so fällt ihre fehlende Atmosphäre auf.

Warum hat die Erde eine und andere fasst nicht.

Ursache ist die kinetische Gastheorie.

Wobei sich Teilchen eines Gases schneller bewegen, je höher ihre Temperatur ist. Bei gleichbleibender Temperatur bewegen sich schwere Teilchen langsam als die leichten Teilchen.

In der Atmosphäre bewegen sich die Teilchen von der Oberfläche des Körpers weg nach oben, haben sie eine Geschwindigkeit die ausreicht können sie Anziehungskraft überwinden und im Weltraum verschwinden.

Ob eine Atmosphäre vorhanden ist hängt vorallem auch von seiner starken Schwerkraft zu den Gasmolekülen ab.

Gruss Marco

Schichtung nach Temperatur. Sie umfaßt Tropo-, Strato-, Meso- und Thermosphäre. Jedes Maximum der Temperatur in ihnen läßt sich aus dem Umsatz eines Teils der Sonnenstrahlung von bestimmter Wellenlänge erklären.

Daneben gibt es noch weitere Atmosphärenschichten (dazu später einiges).

Troposphäre bis 12 km Höhe spielt für die allgemeine planetarische Zirkulation eine Rolle und den Wetterabläufen.

Sie hat hohen Feuchtigkeitsgehalt. Sowie jährliche Schwankungen von Temperatur und Strahlung.

Bis 2 m Höhe gibt es die bodennahe Luftschicht, Lebensbereich der Pflanzen und dem Mikroklima (Bedeutung auch fürs Klima).

Die Grundschicht, der Bereich bis 2500 m Höhe, wenig Wolken sowie starke, vom Untergrund bedingte Konvektion und wird durch die Peplopause bezeichnet von Inversionsschicht von der darüber befindlichen Advektionsschicht mit starker Wolkenbildung und horizontalen Luftmassentransport getrennt.

Diese ist in 12 bis 17 km Höhe von der Tropopause oder oberen Inversion begrenzt. Ihre Mächtigkeit kann Schwankungen haben durch Temperatur und jährliche Änderungen (Jahreszeiten) und ist oft durch Inversionen gekennzeichent (vorhanden).

Die Stratosphäre ist etwa zwischen 12 und 50 km Höhe fast feuchtigkeitsfrei und daher ohne Wolken, die Perlmutterwolken in ihr bestehen aus kosmischen Staub. In 20 bis 90 km Höhe findet man das Ozon.

Darüber über der Stratosphäre die Mesosphäre, der oberen Durchmischungsschicht, die von 50 km bis 80 km Höhe reicht, sinkt die Temperatur wieder bis 180 K. DIe obere Grenze bildet die Mesopaus, eine starke Sperrschicht, bis hier können vulkanische Aschen/Nachtwolken oder radioaktive Materiale vorhanden sein sowie die Meteoriten.

Die Thermosphäre ist über der Mesopause und geht in den interplanetarischen Raum (Temperatur von 1800 bis 2000 K).

Die Photochemie der Atmosphäre umfasst 0, 02, N2 und NO einige der Absorber. Die absorbieren die kurzwellige Strahlung.

Die drei atomigen Gase H2O, O3 und CO2 als Absorber für infraroten Bereich. Dann spielen auch CH4 und andere anthropogene Spurengase eine Rolle wie das FCKW als Absorber von Bedeutung. Die FCKW zerstören aber die Ozonschicht.

Dampfdruck, Sättigungsdampfdruck u. Sättigungsdefizit

Eine weitere Größe zur Angabe des Wasserdampfgehaltes der Luft ist der Dampfdruck e. Er hat
folgendes physikalischen Hintergrund. Da sie nicht alle die gleiche Geschwindigkeit haben, gelingt
es den schnelleren unter ihnen, die Oberfläche zu durchstoßen und ins Freie zu entkommen. Das
sind ähnliche Vorgänge, wie sie uns bei der Diskussion über die Entstehung der Atmosphären von
Himmelskörpern schon einmal begegnet sind.

Grundstruktur der allgemeinem Zirkulation

Der planetarische Wirbel

Auf jeder Hemisphäre wird die allgemeine Zirkulation der Atmosphäre durch einen gewaltigen zyklonalen Wirbel geprägt, dessen Achse in erster Näherung der verlängerten Erdachse entspricht.

Betrachtet man die zonal gemittelte Geopotentialverteilung und die Zonalkomponente des Windes zwischen Äquator und Pol, so ergeben sich die Grundeigenschaften des planetaren Wirbel. Im Winter ist der Wirbel durchgängig bis in den hier erfassten Teil der Stratosphäre von zyklonalem Drehsinn. Eine Ausnahme bildet ein relativ flaches Gebiet mit Ostwinden, die in Zusammenhang mit dem polarem Kältehoch entstehen. Diese Erscheinung ist im Bereich der Antarktis ganzjährig gut ausgebildet.

Der Zentralwirbel wird an seinen äquatorwärtigen Flanken durch den tropischen Ostwindbereich begrenzt, der sich am Boden bis etwa 30 ° Breite erstreckt. Seine Breitenausdehnung nimmt im Winter zunächst ab, um ab 15 km Höhe wieder zuzunehmen und ab 22 km Höhe wieder bei ca. 30 ° zu liegen.

Im Sommer sind die Grenzen des relativ uniform. Die Intensität des Wirbels ist im Winter viel stärker ausgeprägt als im Sommer. Sie nimmt mit der Höhe zu, wobei sich die Bereiche maximaler Geschwindigkeit mit der Höhe zu immer höheren Breitengraden verschieben.

Im Sommer ist die Dynamik wesentlich schwächer. Bis ca. 15 km Höhe nimmt die Intensität des im Mittel zunächst recht schwachen Wirbels ebenfalls zu. Infolge der oben dargelegten Veränderung des meridionalen Temperaturgradienten in der sommerlichen Stratosphäre kommt es in den darüber liegenden Höhen im Frühjahr zur Umstellung des zyklonalen Wirbels in einem antizyklonalen Wirbel

Im Herbst stellt sich die Zirkulation erneut in den zyklonalen Modus um. Der sommerliche antizyklonale Wirbel nimmt mit der Höhe zu. Der jahreszeitliche Wechsel des Drehsinnes des planetaren Wirbels ist eines der Hauptphänomene der allgemeinen Zirkulation der Atmosphäre. Zu vermerken, das die Intensität der Zirkulation auf der Südhalbkugel im Allgemeinen stärker ausgeprägt ist als auf der Nordhalbkugel.

Aufgrund von bodengebundenen Messungen liegen heute auch umfangreiche Kenntnisse über die Zirkulation der Mesosphäre vor. Für den Höhenbereich 70 km bis 110 km zeigt sich iin den Isoplethen der Windkomponenten für den mitteleuropäischen Raum im Jahr 1992. Mann erkennt deutlich das sommerliche Ostwindsystem mit Geschwindigkeiten, die in 80 km Höhe bis zu 45 ms -1 erreichen.

Oberhalb von von 90 km bis 95 km Höhe wird ebenso wie im Zeitraum zwischen Oktober und März Westwind festgestellt. In den höheren Schichten existiert im Herbst ein Ostwindbereich , der als Teil der thermosphärischen Zirkulation aufzufassen ist. Für die im Mittel schwächere Meridionalkomponente des Windes liegt eine Grenze zwischen Südwind und Nordwind im Sommer bei etwa 85 km Höhe, im Herbst reicht der Südwind höher.

Auch in der Höhe gibt es eine nicht unerhebliche Varitationen von Jahr zu Jahr auftreten, wobei aber die Hauptstrukturen der Zirkulation erhalten bleiben.

Zurückkehrend zu den untersten Strömungssystemen kann festgestellt werden, dass der planetare Wirbel im zonal gemittelten Geopotential als symmetrisch ausgebildet erscheint, aber doch deutlich längenabhängige Einflüsse existieren, die die Wirbelsymmetrie beeinträchtigen.

Infolge ausgedehnter Hochgebirge in meridionaler Richtung und der Land - Meer - Verteilung werden dem planetren Wirbel stehende lange Wellen aufgeprägt. Sie drücken sich in Abweichungen der Geopotentialwerte der Druckflächen von den Werten des symmetrischen Wirbels aus. So erscheinen jeweils negative Abweichungen vom Mittelwert im Lee der Hochgebirge (das sind Tröge im Luftdruckfeld) und positive Abweichungen ( Rücken ) im Luv dieser Erhebungen der Erdoberfläche. Die Lage der so entstehenden langen Wellen wird im Jahresverlauf infolge des Einflusses der unterschiedlichen Erwärmung der Festländer und der Meere etwas verändert.