Kleines Lehrbuch der Astronomie und Astrophysik - Astronomie.de

Erde
Die unterste Schicht – die planetare Grenzschicht – reicht bis in ca. 2.5 km Höhe. In ihr treten Prozesse
auf, die maßgeblich von der unter ihr angrenzenden Erdoberfläche beeinflußt werden. Das sind
Verdunstung und Kondensation von Wasser (Wolkenbildung), das Auftreten von vertikalen und
horizontalen Wärmetransportprozessen sowie topographisch bedingte Strömungsänderungen.
Besonders ausgeprägt ist in diesem Bereich der Tagesgang der Temperatur zwischen Erwärmung
(nicht direkt, sondern über die von der Sonne erwärmte Erdoberfläche) und der nächtlichen
Abkühlung. Über der planetaren Grenzschicht (getrennt durch die Peplopause) befindet sich die
sogenannte freie Atmosphäre, die nur noch unwesentlich von der Erdoberfläche beeinflußt wird und
deshalb nur einen geringen tageszeitlichen Temperaturgang aufweist.
Die Troposphäre wird von der Stratosphäre durch die Tropopause getrennt. In diesem Bereich
beobachtet man eine Temperaturumkehr, d.h. die Temperatur steigt von ca. –60° C wieder stetig an,
um in etwa 50 km Höhe die 0° C –Grenze zu überschreiten. Im unteren Teil der Tropopause treten die
sogenannten Jet-Streams auf. Das sind einige tausend Kilometer lange und einige hundert Kilometer
breite Gebiete mit extrem hohen Strömungsgeschwindigkeiten (bis 500 km/h), die deshalb für die
Luftfahrt eine große Bedeutung besitzen. Im Bereich dieser Strahlströme laufen ständig komplexe
atmosphärische Prozesse ab, die zu einer vertikalen Aufspaltung, Auflösung oder Neubildung der
Tropopause führen.
Oberhalb der Tropopause befindet sich bis in ca. 50 km Höhe die Stratosphäre. In ihr befindet sich die
für das Leben auf der Erde wichtige Ozonschicht, wobei die maximale Ozonkonzentration in ca. 30 km
Höhe erreicht wird. Die Erwärmung innerhalb der Stratosphäre geht hauptsächlich auf das Konto des
Ozons, welches kurzwellige UV-Strahlung absorbiert und die dabei gewonnene Energie zur
Aufheizung der umgebenden Luftschichten ausnutzt.
Da es in der Stratosphäre so gut wie keinen Wasserdampf mehr gibt, findet hier auch keine Wolkenbildung
mehr statt.
Die „mittlere Atmosphäre“, auch Mesosphäre genannt, erstreckt sich von der Stratopause (50 km) bis
zur Mesopause in 80 km Höhe. Sie ist wieder durch eine stetige Temperaturabnahme gekennzeichnet,
die ihr Minimum mit fast -100 °C in ca. 80 km Höhe erreicht. Dies ist gleichzeitig die obere Grenze der
Mesosphäre.
In der Thermosphäre (85 - 500 km) lassen sich wegen der geringen Teilchendichte praktisch keine
Temperaturen mehr durch landläufige Messungen bestimmen. Deshalb muß man auf die sogenannte
Strahlungstemperatur ausweichen, die sich aus der mittleren kinetischen Energie der sich weitgehend
frei bewegenden Gasmoleküle ergibt. Danach steigt die Temperatur in der Thermosphäre von -90° C
bis auf etwa 1000° C an deren nicht sicher bestimmbaren Obergrenze an. Die Anzahl der Luftmoleküle
pro Volumeneinheit nimmt zwar stetig ab, ab welcher Höhe jedoch keine Luftmoleküle mehr
vorhanden sind, läßt sich nicht mehr sicher bestimmen.
Die Mächtigkeit der Thermosphäre unterliegt auffallend dem Sonnenzyklus. Bei erhöhter
Sonnenaktivität heizt sie sich quasi auf (bis 1350° C) und reicht entsprechend weiter in den
interplanetaren Raum hinaus.
71