Die Troposphäre ist diejenige Schicht unserer Atmosphäre, die der Erde am nächsten ist. Es handelt sich um nichts anderes als die Luft um uns herum, vom Erdboden aus bis zu den höchsten Wolken. Wenn wir hinauf zum Himmel blicken, neigen wir dazu, die Dicke dieser Schicht zu überschätzen.
1. Die Atmosphäre (in blau dargestellt) besteht aus mehreren Schichten. Die unterste Schicht ist die Troposphäre. Bitte das Bild zum Vergrößern der Darstellung anklicken! Achtung: Dieses Schema der Atmosphäre ist bei weitem 'dicker' als die reale Atmsophäre, wie wir anhand des Weltraumphotos sehen. Quellen: Foto freeware STRATO, Schema: Univ. of Cambridge http://www.atm.ch.cam.ac.uk/tour/
Die Atmosphäre schützt uns vor dem intensiven Sonnenlicht, sie stellt den Sauerstoff für unsere Atmung zur Verfügung und ermöglicht Leben auf der Erde. Aber es handelt sich nur um eine sehr dünne Schicht.
Die Dimension der Troposphäre
Die Troposphäre ist die dünnste Schicht der Atmosphäre, eine etwa 10 km dicke Hülle um den im Durchmesser 12.800 km großen Planeten Erde. Doch sie enthält etwa 90% der Luftmasse, was gleichbedeutend ist mit 90% der Luftmoleküle. Die Troposphäre erstreckt sich bis in eine Höhe von etwa 8 km über den Polen und 17 km über dem Äquator. Die nächste atmosphärische Schicht oberhalb der Troposphäre ist die Stratosphäre. Die Grenze zwischen beiden Schichten wird Tropopause genannt. Wie aber können wir wissen, wo die Troposphäre endet? Änderungen in der Temperaturtendenz geben eine Antwort.
Temperaturprofil und Lufttransport
Die Temperatur fällt mit zunehmender Höhe. Je höher wir in der Troposphäre gehen, desto kälter wird es. Ein Gefühl bekommen wir dafür, wenn wir in den Bergen wandern oder mit Liften in größere Höhen fahren. An einem bestimmten Punkt in der Atmosphäre allerdings kehrt sich diese Tendenz um. Dies ist die Tropopause - ein Temperaturminimum in der Atmosphäre. Manche Wissenschaftler bezeichnen es als Kältefalle, denn warme Luft kann nicht mehr weiter ansteigen. Diese Zone ist wichtig für die Dynamik und die Chemie der Troposphäre, für Wolkenbildung und Wetter. Warme Luft ist leichter als kalte. Wir kennen dies aus dem täglichen Leben. Wenn man im Winter die Türe öffnet, spürt man die Kälte zuerst an den Füßen, weil sie schwerer ist und auf den Boden sinkt. Wird umgekehrt die Erde von der Morgensonne erwärmt, so beginnen die Luft und die Feuchte des Taus zu steigen. Dieser Anstieg dauert solange an, wie die umgebende Luft kälter (= schwerer) ist. An der Tropopause ist die Reise eines solchen Luftpaketes, wie wir es im Bild rechts sehen, beendet, da die darüberliegende Luft wärmer ist. Aus diesem Grund ist es recht schwer für Wasser (Wolken) und für chemische Substanzen, diese unsichtbare Temperaturbarriere zu überwinden. Eben darum finden der überwiegende Teil der Atmosphärenchemie und des Wetters in der Troposphäre statt.
Die Animation oben zeigt die durchschnittliche Temperatur am Erdboden (15°C) und an der Tropopause (-50°C) in einem stark vereinfachten Temperaturprofil.
3. Temperaturprofile in der Troposphäre und in der unteren Stratosphäre Bild: übernommen aus einer Vorlesung an der Harvard University; abgewandelt: Elmar Uherek Bitte zum Vergrößern anklicken! (26 KB)
Die reale Welt ist nun immer ein wenig komplexer als das Modell. Wir haben nicht überall am Erdboden dieselbe Temperatur und ebenso wenig weltweit dieselbe Tropopausentemperatur von -50°C. Zudem unterliegt die Temperatur dem Wechsel der Jahreszeiten. Die Abbildung links vermittelt einen Eindruck von verschiedenen Temperaturprofilen in verschiedenen geographischen Breiten im Sommer wie im Winter (wobei der Unterschied in den Tropen so gering ist, dass er nicht angegeben wurde).
Wissenschaftler unterscheiden die Troposphäre nochmals in eine Schicht, die unmittelbar von der Erdoberfläche beeinflusst ist, die planetare Grenzschicht (planetary boundary layer PBL), und die freie Troposphäre. In der PBL können Faktoren wie Reibung, Wärmetransport, Verdunstung und Luftverunreinigungen innerhalb einer Stunde zu Zustandsänderungen in der Schicht führen. Die Dicke der PBL variiert zwischen wenigen hundert Metern und einigen Kilometern. Der wichtigste Prozess ist die Durchmischung durch aufsteigende Luft am Morgen.
4. In der Abbildung rechts ist die "Planetare Grenzschicht" durch eine gestrichelte rote Linie markiert. Quelle: NOAA, Comet Program
author: Dr. Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz advising support: Elisabeth Schepers - Deutsches Museum München - 2003-06-05 educational proofreading: Michael Seesing - Uni Duisburg - 2003-07-02 1. scientific reviewing: Dr. Katja Mannschreck - GAW Hohenpeissenberg - 2003-08-07 2. scientific reviewing: Dr. Gerd Folberth - Meteorological Service of Canada / Univ. of Victoria - 2003-08-10 Letzte Überarbeitung: 2008-10-09
Grafik Nr. 2 auf dieser Seite entstand durch Unterstützung der Chemieverbände Rheinland-Pfalz.
