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Die obere Atmosphäre
Eigenschaften der Stratosphäre
Die atmosphärische Schicht oberhalb der Troposphäre wird als Stratosphäre bezeichnet. Sie reicht von 15 km bis 50 km Höhe.
Die Temperatur in der Stratosphäre steigt mit der Höhe an. Dies ist aber keinesfalls darauf zurückzuführen, dass sie der Sonne näher ist als die Troposphäre. Es liegt darin, dass sie relativ hohe Konzentrationen des Gases Ozon (O3) enthält. Dieses absorbiert Sonnenstrahlung und wandelt sie in Wärme um. Hierdurch wird ein erheblicher Anteil des UV Lichtes daran gehindert, bis zur Erdoberfläche durchzudringen. Die Ozonschicht ist daher von großer Bedeutung für unser Klima.
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Enzyklopädie Link Obere Atmosphäre
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Der Austausch an Luft zwischen der Troposphäre und der Stratosphäre ist sehr gering. Darum enthält die Stratosphäre auch kaum Wasser. Eine Wolkenbildung ist hier nur in extremen Fällen möglich, nämlich wenn es so kalt ist, dass auch die letzten Wasserspuren noch zu winzigen Eisteilchen kristallisieren.
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1. Stratosphärische Wolken über Kiruna / Schweden
Quelle: MPI für Kernphysik / Heidelberg
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2. Ausbruch des Mt. Pinatubo / Philippinen im Juni 1991.
Quelle: Cascades Volcano Observatory USGS; Photo by Rick Hoblitt
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Nur chemische Stoffe mit einer langen Lebensdauer können die Stratosphäre erreichen. Sind sie aber einmal dort, so können sie für lange Zeit verweilen. Partikel und Gase, die durch große Vulkanausbrüche in die Stratosphäre befördert wurden, wie den des El Chichon 1982 und den des Mt. Pinatubo 1991, bleiben für bis zu 2 Jahre dort und verteilten sich rund um den Erdball.
Flugverkehr
Flugzeuge verkehren typischerweise in 10 bis 12 Kilometern Höhe. Der zunehmende Flugverkehr führte daher zu höheren Emissionen von Kohlendioxid (CO2), Wasserdampf (H2O), Stickoxiden (NOx), Schwefeloxiden (SOx) und Ruß in die obere Troposphäre und untere Stratosphäre.
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Derzeit macht der Flugverkehr 2-3% der weltweiten Emissionen an Treibhausgasen aus. Für die nahe Zukunft wird erwartet, dass dieser Anteil auf 3-4% steigt. Von besonderer Bedeutung sind die Abgase der Flugzeuge deshalb, weil die Emission hoch oben in der Atmosphäre erfolgt. Wasserdampf, der hier entweicht, kann relativ leicht Kondensstreifen und Cirruswolken bilden. Gerade hohe Wolken aber absorbieren stark die Infrarotstrahlung der Erde und tragen zum Treibhauseffekt bei. Von Flugzeugen freigesetzte Stickoxide sind auch deshalb eine Gefahr, da sie in der Stratosphäre zum Ozonabbau beitragen.
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3. Flugverkehr - eine wachsende Belastung für die Atmosphäre
Airbus A320 - by Ian Britten © FreeFoto.com
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4. Die Entwicklung des Ozonloches im Jahr 2001. Der linke Teil der Animation zeigt in welchen Höhen wann wieviel Ozon abgebaut wurde und wie es sich wieder neu bildet. Der rechte Teil zeigt die dazugehörige Temperatur.
Bitte das Bild anklicken um eine Sequenz von 5 Tagen zu sehen! (270 K)
Originalanimation: NOAA Climate Monitoring and Diagnostics Laboratory, Boulder, Colorado
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Die Bedeutung der Ozonschicht
Ultraviolette Strahlung (Wellenlängen zwischen 220 und 320 nm), die die Erdoberfläche erreicht, kann Hautkrebs auslösen, wenn die Dosis hoch genug ist. Glücklicherweise befinden sich in der Stratosphäre in etwa 20 bis 45 km Höhe hohe Konzentrationen an Ozon. Ein großer Anteil der UV-Strahlung wird hier durch diese Ozonschicht aufgenommen und in Wärme umgewandelt, so dass wir vor der schädlichen Wirkung der Sonnenstrahlen relativ gut geschützt sind.
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Das Ozonloch
In der Stratosphäre laufen Bildung und Abbau von Ozon immerzu und zeitgleich ab. Ozon wird dadurch gebildet, dass die Sonne die Bindung eines Sauerstoffmoleküls (O2) in zwei Sauerstoffatome (O) spaltet. Jedes der beiden Sauerstoffatome reagiert dann mit einem weiteren Sauerstoffmolekül zu Ozon (O3).
Ozon wird dadurch natürlich abgebaut, dass die Bindung im Ozon wiederum durch Licht gespalten wird und das Molekül wieder zu einem O-Atom und einem Sauerstoffmolekül (O2) zerfällt. Das Sauerstoffatom kann mit einem anderen Ozonmolekül zu zwei Sauerstoffmolekülen reagieren. Dieser natürliche 'Nullzyklus' von Bildung und Abbau führt normalerweise dazu, dass die Ozonkonzentration in etwa gleich bleibt.
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Es gibt jedoch noch andere Wege, die zum Ozonabbau in der Stratosphäre führen. Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) sind in der Troposphäre sehr stabil und können daher unzerstört bis in die Stratosphäre vordringen. Dort werden sie durch das intensivere Sonnenlicht gespalten. Chlorradikale entstehen. Sie zerstören unter bestimmten Bedingungen Ozon.
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5. Chlorreaktionen, die zum Ozonabbau führen.
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6. Vergleich des Ozonloches in den Jahren 1979 und 2000. Die Ozonwerte sind in Dobson Units (DU) angegeben und fallen von rot zu violett.
Quelle: IUP Bremen
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Der zusätzliche Abbaumechanismus führt dazu, dass die Ozonkonzentration in der Stratosphäre abnimmt. Da die Reaktion von Licht und Kälte abhängt, bildet sich das Ozonloch am ausgeprägtesten im Frühjahr über der Antarktis (Sept./Okt.). Aber auch über der nördlichen Polarregion wurde im März/April die Ozonschicht öfters sehr löchrig. Da dann mehr UV Licht der Sonne bis zur Erdoberfläche durchdringt, ist die Gefahr für Schädigungen der menschlichen Haut aber auch von Pflanzen hoch.
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Im Themenfeld OBERE ATMOSPHÄRE wird mehr erklärt über die Schichten unserer Luft, den Flugverkehr und insbesondere über die Ozonschicht und ihre Gefährdung.
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