PDF-Download - Deutsche Geodätische Kommission

6. Zur Erdatmosphäre als Ausbreitungsmedium
Auf Grund der Gravitationskraft der Erde werden Luftmoleküle daran gehindert, sich in den Weltraum zu verflüchtigen
Sie bilden stattdessen eine Hülle um den Erdkörper. Die Erdatmosphäre ist die Lufthülle des festen Erdkörpers und
beinhaltet somit alle Massen, die die Erde umgeben. Sie besteht aus einem nahezu konstanten Gemisch verschiedener
Gase und tritt mit elektromagnetischen GPS-Signalen in Wechselwirkung. Kenntnisse über die Zusammensetzung und
die Eigenschaften des von den GPS-Signalen durchquerten Mediums sind deshalb unerlässlich.
Nachdem in Kapitel 4 die auf das GPS wirkenden Faktoren eingeführt wurden, erfolgte im vorherigen, fünften Kapitel
die Diskussion der wichtigen satelliten- und stationsspezifischen Einflussfaktoren. Dieses und die beiden folgenden
Kapitel beschäftigen sich mit atmosphärischen Einflüssen. Durch dieses Kapitel wird in die Thematik der atmosphärischen
Einflussfaktoren eingeführt und es werden Grundlagen vermittelt, während sich Kapitel 7 und Kapitel 8 mit
wichtigen ausgewählten Regionen der Erdatmosphäre (Ionosphäre bzw. Neutrosphäre) befassen. Das erste Unterkapitel
beschreibt den Aufbau der Erdatmosphäre. Das zweite Unterkapitel betrachtet einführend die Wechselwirkung
zwischen Erdatmosphäre und elektromagnetischen Signalen.
6.1 Der Aufbau der Atmosphäre
Die größten Anteile der Erdatmosphäre entfallen auf Stickstoff (ca. 78%) und Sauerstoff (ca. 21%), deutlich kleinere
Anteile auf Wasserdampf, Edelgase (z.B. Argon, Helium, Krypton, Neon, Xenon), Kohlendioxid, Ozon und Wasserstoff.
Diese Bestandteile der Erdatmosphäre weisen unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften auf.
Die Gesamtmasse der Atmosphäre wird auf rund 5·10 15 t geschätzt. Auf 1 cm² der Erdoberfläche lastet eine Luftsäule,
deren Masse 1035 g beträgt (LILJEQUIST UND CEHAK 1994). I.Allg. erfolgt in den unteren Bereichen der Atmosphäre
auf Grund der Erdrotation eine gute Durchmischung dieser Bestandteile. Hierbei stellt Wasser eine Ausnahme dar. Das
Mischverhältnis nahezu aller Gase ist jedoch besonders stark höhenabhängig. Bspw. finden sich ca. 90% des Ozons in
der Stratosphäre wieder (WAHL 2002). 90% (99.99%) der atmosphärischen Bestandteile finden sich in den unteren
Bereichen bis ca. 30 km (50 km) der Atmosphäre (KERTZ 1971). Nahezu 60% (80%) des räumlich und zeitlich hochvariablen
Wasserdampfs sind i.d.R. in einer Höhe bis zu 2 km (3 km) zu finden. Alles Wasser (99%) ist unterhalb der
Tropopause anzutreffen, was in der Entstehung durch die Verdunstung von Oberflächenwasser und im Stoffwechsel
von Pflanzen begründet ist. Wasser kommt sowohl in gasförmigem (Wasserdampf), flüssigem (Nebel, Wolken, Regen)
und festem (Schnee, Hagel, Eis) Zustand vor und ist somit der einzige Bestandteil der Erdatmosphäre, der alle
Aggregatzustände annimmt. Dies ist in den Temperaturvariationen innerhalb der Erdatmosphäre begründet, die den
Bereich um den Tripelpunkt des Wassers abdecken. Ab einer Höhe von ca. 600–1000 km herrscht nahezu vollständiges
Vakuum vor.
Die Atmosphäre kann auf Grund der o.g. Höhenabhängigkeit vertikal in verschiedene Schichten in Abhängigkeit von
physikalischen Größen oder der chemischen Zusammensetzung klassifiziert werden (MÖLLER 1973). Somit beschreibt
ein sphärischer Aufbau die Atmosphäre der Erde in erster Näherung. Je nach Kriterium der vertikalen Gliederung (z.B.
Temperatur, Ionisierung) ergeben sich die in Abbildung 6-1 aufgeführten, unterschiedlichen Bereiche der Atmosphäre.
Abbildung 6-1: Vertikale Gliederung der Atmosphäre (bspw. nach DIEMINGER (1968))
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