Untere Atmosphäre

Basis

Zusammensetzung der Luft

Die Luft setzt sich aus einer Mischung von wenigen dominierenden Gasen und einer Fülle von Spurengasen zusammen. Einige der Spurengase sind von großer Bedeutung für unser Klimasystem.

Die Gasphase

Das vielleicht vordringlichste Problem, das wir mit Luft haben ist, dass wir sie nicht sehen können. Dass etwas unsichtbar ist, bedeutet jedoch nicht, dass es nicht existiert. Wenn wir den Morgentau im Gras beobachten, sehen wir, dass er verschwindet, sobald es wärmer wird. Die kleinen Wassertropfen werden aber weder vom Boden aufgenommen noch entschwinden sie durch Zauberei. Sie verdunsten schlichtweg und gehen von dem flüssigen in den gasförmigen Zustand über. Dieser Übergang vom Sichtbaren in das Unsichtbare ist für uns anhand von Wasser am einfachsten zu veranschaulichen.

Trockene Luft besteht zu etwa 78% aus Stickstoff, zu 21% aus Sauerstoff und zu 1% aus Argon. Auch diese Gase können im flüssigen Zustand vorliegen wie Wasser. Die erforderlichen Temperaturen liegen aber unterhalb von -150°C, sodass wir solche Prozesse in der Natur nicht beobachten. Daher ist die Luft der Atmosphäre ein Gasgemisch und bleibt unsichtbar für unsere Augen.

Partikel

Schauen wir uns Bilder von einem Sandsturm in der Sahara an, so ist klar, dass eine Menge Sand und Staub in der Luft ist. Wir können uns vorstellen, dass dies auch der Fall ist, wenn Abgase von Industrie und Straßenverkehr in unseren Städten in die Atmosphäre entlassen werden. Doch auch die reinste Luft fern jeglicher Besiedlung, wie z.B. in der Antarktis oder über den Ozeanen, enthält kleine Partikel. Die meisten von ihnen sind für unser Auge nicht sichtbar.

Solche Partikel können aus Schwefelsäure oder anderen Substanzen gebildet werden, die in der Gasphase kondensieren, wenn sie nicht direkt emittiert werden. Partikel (man spricht auch von Aerosolen) sind sehr wichtig für unser Klimasystem, denn sie sind notwendig, damit es zur Bildung von Wolken kommt. Sie können auch Sonnenstrahlung von der Erdoberfläche zurückhalten.

Wasserdampf

Wenn wir über die Zusammensetzung unserer Luft sprechen, dann sprechen wir gewöhnlich über trockene Luft. Deren Hauptbestandteile (Stickstoff, Sauerstoff und Argon) addieren sich zusammen auf nahezu 100%. In der Tat gibt es sonst nur noch Spurengase, deren wichtigstes Kohlendioxid einen Anteil von 0,038 bis 0,039% hat. Diese in ihrer Vielfalt großen, aber in ihrer Menge geringen Spurengase, machen den Rest an trockener Luft aus. Wasserdampf jedoch ist sehr ungleichmäßig über die Atmosphäre verteilt. In Abhängigkeit von den klimatischen Bedingungen und der Temperatur kann der Wasseranteil der Luft zwischen 0,1% und 4% variieren. Kalte Luft kann weniger Wasser aufnehmen als warme. Wasserdampf wird bei der Angabe der Luftzusammensetzung nicht mit eingerechnet.
 

Spurengase

Auch wenn es schwer vorstellbar ist, so hängen doch viele Klimaprozesse gerade von den Spurengasen ab, die in der Luft nur in sehr geringer Konzentration vertreten sind. Gering bedeutet, dass es sich nur um wenige Gasmoleküle unter einer Million oder sogar einer Milliarde Luftmoleküle handelt. Wir benutzen hier die Einheit ppm (engl.: parts per Million) und meinen damit, dass 1 ppm einem Molekül unter 1.000.000 (einer Million) entspricht. Korrekter ausgedrückt ist 1µmol/mol statt 1 ppm. Der Anteil des Treibhausgases Kohlendioxid stieg von etwa 280 ppm in der vorindustriellen Zeit auf etwa 385 ppm heute (Stand: 2007) an. Dieser Anteil steigt weiter aufgrund menschlicher Einflüsse, vor allem der Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Energieträgern (Kohle, Öl, Erdgas). Zwei weitere wichtige Treibhausgase sind Methan (1,8 ppm) und Ozon (variabel um ca. 0,04 ppm). Abgesehen von diesen gibt es tausende organischer oder anorganischer Gase in geringsten Konzentrationen. Diese werden von Pflanzen emittiert (denke an den Duft von Blüten und Bäumen) oder der Industrie (z.B. Lösemittel) oder aber sie bilden sich erst bei chemischen Prozessen in der Atmosphäre selbst. Diese Gase tragen zu einer reichen Chemie insbesondere in der unteren Luftschicht, der Troposphäre, bei.

About this page:

author: Dr. Elmar Uherek - MPI for chemistry, Mainz
educational proofreading: Michael Seesing - Uni Duisburg - 2003-07-02
1. scientific reviewing: Dr. Katja Mannschreck - GAW Hohenpeissenberg - 2003-08-07
2. sci. reviewing: Dr. Gerd Folberth - Meteorological Service of Canada / Univ. of Victoria - 2003-08-10
translation: Elmar Uherek - MPI Mainz - 2003-08-06
Letzte Überarbeitung: 2007-08-20