Wissenschaft kompakt

Unsere Dampfkugel


Eine im Vergleich zur Erdkugel dünne Schicht aus Gasen umhüllt
unseren Planeten. Durch Sie wird unser aller Leben überhaupt erst
ermöglicht. Die Rede ist natürlich von der Atmosphäre.


Ach was muss das für ein wunderbarer Anblick sein, aus dem Weltraum
auf die Erde herunterzublicken und ihrer ganzen Pracht ansichtig zu
werden! Zumindest Bilder davon stehen uns von verschiedensten
Satelliten zur Verfügung: Weiße schneebedeckte Flächen, blaue
Meeresflächen, grüne Vegetationsgebiete und gelblich-braune Wüsten,
darüber liegend weiße Wolkengebilde. Am Rande jener riesigen Kugel
ist ein dünner, manchmal bläulich schimmernder Mantel zu sehen. Diese
zerbrechlich wirkende mit Gas gefüllte Einhüllende ist unsere
Atmosphäre und erlaubt uns auf diesem Planeten zu leben. Der Name
leitet sich aus dem altgriechischen "atmós" - Dampf und "sphaira" -
Kugel ab.

Über Jahrmilliarden, hat sich ihr uns heute vertraute Aufbau und
Zusammensetzung entwickelt. In der Vertikalen kann eine Unterteilung
in die "Homosphäre" und darüber die "Heterosphäre" vorgenommen
werden. In Erstgenannter sind die verschiedenen Komponenten der Luft
gut durchmischt. Den größten Anteil am Gasgemisch machen hierbei
Stickstoff, Sauerstoff und Argon (etwa 78 %, 21 % und 1 %) aus. Dazu
gesellen sich noch Spurengase, das wohl prominenteste ist
Kohlenstoffdioxid, aber es zählen auch beispielsweise Methan oder
Lachgas dazu. Der Wasserdampfgehalt der Luft ist sehr variabel,
spielt aber natürlich ebenso eine wichtige Rolle für allerlei
Prozesse wie Wolkenbildung oder den Strahlungshaushalt. Am Oberrand
wird diese Homosphäre von der "Homopause", oder auch "Turbopause"
genannt, begrenzt. Daran schließt sich ab einer Höhe von etwa 100 km
die Heterosphäre an. Dort trennen sich die Bestandteile der Luft mit
der Höhe auf. Leichtere Moleküle bzw. Atome wie Wasserstoff können
auch in größerer Höhe von der Schwerkraft gehalten werden, während
beispielsweise der schwere Sauerstoff nur in niedrigerer Höhe von der
Erde gehalten werden kann.

Eine andere Unterteilung fokussiert sich auf den Einfluss des Bodens
durch Reibung. Hier erstreckt sich die Prandtlschicht über die ersten
50 m und zeichnet sich dadurch aus, dass die Windgeschwindigkeit
logarithmisch mit der Höhe zunimmt. Daran anschließend erstreckt sich
die Ekmanschicht bis etwa 1 km. Charakteristisch für diese Schicht
ist zusätzlich eine Winddrehung mit der Höhe nach rechts (auf der
Südhalbkugel nach links) durch den abnehmenden Einfluss der
Bodenreibung. Prandtl- und Ekmanschicht zusammengefasst, werden auch
als planetare Grenzschicht bezeichnet. In der freien Atmosphäre
darüber spielen die erwähnten Bodeneinflüsse keine Rolle mehr.

Die wohl bekannteste Aufteilung leitet sich jedoch vom
Temperaturverlauf ab. Fünf Schichten werden unterschieden:
Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre, Thermosphäre und Exosphäre.
Die Grenzflächen werden entsprechend Tropopause, Stratopause, ...
genannt. Was zeichnet die einzelnen Sphären aus? Welche Unterschiede
bestehen zwischen Ihnen? Die Antworten auf diese Fragen benötigen ein
separates Thema des Tages.

M.Sc. Fabian Chow

Deutscher Wetterdienst
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Offenbach, den 17.10.2025

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