Atmosphäre

Lebensluft und Strahlungsfilter der Erde

Übersicht

• Lebensluft und Strahlungsfilter• Aufbau, Gase, Luftfeuchtigkeit• Luftdruck• Luftgase und Sonnenstrahlung• Ozonabbau in der Stratosphäre• Verstärkung des Treibhauseffektes

und seine Folgen

Lebensluft und Strahlungsfilter

• Kein Leben auf der Erde ohne die Atmosphäre

• Uratmosphäre bestand aus Wasserdampf, Kohlendioxid und Stickstoff

• Durch Photosynthese kam Sauerstoff in die Luft

• Durch Sauerstoff entstand die Ozonschicht• Ozonschicht verhindert zum großen Teil

das Durchdringen von UV-Strahlung

Aufbau der Atmosphäre

• Schichten der Lufthülle der Erde:-Troposphäre-Tropopause-Stratosphäre-Stratopause-(Mesosphäre, Mesopause, Thermosphäre, Exosphäre)

Gase in der Luft• 78% Stickstoff• 21% Sauerstoff• 0.93% Argon• 0.034%Kohloendio

xid• 0,002% Neon• 0,0005% Helium• 0,00016% Methan• Rest: andere

Edelgase

Luftfeuchtigkeit• Je höher die Temperatur, desto höher die

Sättigungsfeuchte der Luft• Bei 10°C z.B. max. 7,2g Wasser pro 1kg

Luft, bei 30°C 27,2g/kg• Relative Feuchte: RF(%)=(s/S)*100, d.h.

die spezifische Feuchte (s) dividiert durch Sättigungsfeuchte (S) und mit 100 multipliziert

• Beispiel: spezifische Feuchte=7,6g/kg, Sättigungsfeuchte=14,8g/kg (bei 20°C), ergibt 51,4% relative Feuchte

Luftdruck• Luftdruck ist die von der Luftsäule ausgeübte

Kraft pro Flächeneinheit; er wird mit einem Barometer ermittelt – der Normaldruck beträgt ca. 101,3 KPa

• Heute wird der Luftdruck in der Einheit Pascal gemessen

• Lufthülle wird von der irdischen Schwerkraft festgehalten; sie und alles, was der Mensch in sie abgibt bleibt erhalten

• Eine Luftsäule lastet auf der Erde; sie übt auf alles, was auf ihr liegt einen Luftdruck aus

• Luftdichte und Luftdruck nehmen durch die abnehmende Schwerkraft nach außen hin ab

• Sauerstoffpartialdruck nimmt ebenfalls mit zunehmender Höhe ab

• Die Gase der Luft üben nicht nur einen Druck auf die Erde aus, sondern absorbieren und emittieren die kurzwellige Strahlung von der Sonne zu Erde und die langwellige Strahlung von der Erde zur Sonne

Luftgase und Sonnenstrahlung• Gase absorbieren und emittieren Wellenlängen in

engen Banden• Absorption: Aufnahme von Strahlung bei

Umwandlung in andere EnergieformenEmission: Abgabe der Strahlung

• Wesentliche Absorptionsleistungen erbringen die Spurengase und nicht die Hauptgase

• Ozon absorbiert die gefährliche UV-B- und UV-C-Strahlung

• Die UV-A-Strahlung gelangt durch die Ozonschicht und ist für den Sonnenbrand verantwortlich

• Die Erde gibt genauso viel Energie ab, wie sie von der Sonne bekommt (Wärmebilanz muss ausgeglichen sein)

• Würden die absorbierenden Spurengase in unserer Atmosphäre nicht existieren, würde unsere mittlere Temperatur nicht bei 15°C liegen sondern bei -18°C

• Die Spurengase wirken sich positiv aus, wir leben in einer Art Treibhaus

• An der Erdoberfläche trifft kurzwellige Sonnenstrahlung ein (ein teil wird aufgenommen, ein teil wird reflektiert)

• Die absorbierte Strahlung wird langwellig und wird auch als Wärmestrahlung bezeichnet, da sie die Bewegungsgeschwindigkeit der Moleküle erhöht; dadurch erhitzt sich die Luft

Ozonabbau in der Stratosphäre• Ozonkonzentration wird in Dobson Units (D.U.)

angegeben• Niedrigsten Ozonwerte in nördlichen polaren

Breiten• Sehr geringe Ozonmengen über tropischen

Breiten• Höchste Ozonkonzentrationen zwischen 50°-80°

nördlicher Breite in den Monaten Februar bis Mai und 50°-60° südlicher Breite in den Monaten Oktober bis November (mit mehr als 400 D.U.)

Bildung und Zerfall von Ozon• Ozon ist eine dreifache Sauerstoffverbindung (O3)

• Sonnenstrahlung mit Wellenlängen kleiner 0,3µm werden durch Die Ozonschicht absorbiert

• UV-Licht mit einer Wellenlänge von kleiner 0,242µm spaltet O2 in O

• Mit einem „Stoßpartner“ kann sich ein Sauerstoffatom an ein Sauerstoffmolekül anlagern und ein Ozonmolekül bilden

• Maximale Ozonkonzentration in großer Höhe, wo aber noch viel Sauerstoff vorhanden ist

• Natürlicher Ozonabbau durch Licht mit Wellenlängen bis 1,2µm (spaltet O3 in O2 und O)

• Katalytische Ozonzerstörung durch Spurengase wie NO-, H+, OH-, Cl- und Br-

• Ein Katalysator zerstört Tausende O3-Moleküle bevor er selbst unwirksam wird

• Katalysator (X) reagiert mit einem O3Molekül zu einem O2-Molekül und und XO

• Aus XO und O bildet sich wieder ein O2-Molekül und der Katalysator kann das nächste O3-Molekül zerlegen

• Natürliches Ozonloch über der Antarktis wird durch FCKW‘s verstärkt

Ozonloch über der Antarktis• Ozonloch in der Stratosphäre resultiert aus

Polarnacht->fehlende Sonnenstrahlung• Zirkumpolarer Wirbel verhindert, dass O3-

haltige Luft in die Stratosphäre über der Antarktis eindringen kann

• Im Sommer steigt O3-Konzentration wieder leicht an aufgrund der Sonnenstrahlung und dem Zusammenbruches des zirkumpolaren Wirbels

Allgemeiner Ozonabbau• Stratosphärischer Ozongehalt sinkt

insgesamt über allen Gebieten• 30 verschiedene chemische Substanzen

sind am Ozonabbau beteiligt• Mensch reichert Ozon in der Troposphäre

an durch CO und NOx Verbindungen

• Ozonschicht in der Troposphäre keine alternative für Ozonschicht in der Stratosphäre