Wenn Sie in den Himmel blicken, ist die Troposphäre von entscheidender Bedeutung für die Wolken über Ihnen. Aber jenseits dieser atmungsaktiven Schicht gibt es fünf weitere wichtige Regionen für das Leben auf der Erde.
In der Troposphäre Jetstreams fungieren als Luftautobahnen. Diese schnell fließenden Luftströme, die durch die Rotation des Planeten und Temperaturschwankungen geformt werden, bestimmen einen Großteil der transkontinentalen Flugrouten und Wettermuster. Verkehrsflugzeuge befahren diese Korridore.
In der stratosphärischen Ruhe schützen Ozonmoleküle die Atmosphäre und absorbieren wachsam schädliche ultraviolette Strahlung. Die Eleganz der Aurora ziert die Thermosphäre. Hier, über dem höchsten WolkenSatelliten umkreisen die Erde. Darüber befindet sich die Exosphäre, umgangssprachlich auch „Weltraum“ genannt.
Lassen Sie uns tiefer in die Schichten der Atmosphäre eintauchen und erkunden, was sich in jeder einzelnen Schicht verbirgt.
Infografik
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Die Troposphäre: Der Wettermotor der Erde
Die Troposphäre ist die atmosphärische Schicht, die der Erdoberfläche am nächsten liegt. Hier treten praktisch alle Wolken- und Wetterphänomene auf. Sie ist unterschiedlich hoch. An den Polen ist sie nur 6,4 Kilometer hoch, am Äquator jedoch bis zu 19 Kilometer. Die Temperatur nimmt ab mit der Höhe in der Troposphäre und erreicht seinen kältesten Punkt am Tropopause, die Grenze zwischen Troposphäre und Stratosphäre.
Die Temperaturen können hier bis auf -51 °C (-60 °F) sinken!
In dieser Schicht brauen sich Stürme zusammen und lösen sich wieder auf, nach Regenfällen wölben sich Regenbögen über den Himmel und Passatwinde ziehen unermüdlich über die Ozeane.
Klimaeinfluss und menschliche Aktivität
Die Troposphäre ist untrennbar mit menschlichen Aktivitäten verbunden und beeinflusst Wettermuster. Das hohe Vorkommen von Treibhausgasen, vor allem aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe, verstärkt die globale Erwärmung und stört den natürlichen Klimarhythmus.
Durch industrielle Aktivitäten wird Kohlendioxid in diese Luftschicht ausgestoßen, was den Treibhauseffekt verstärkt.
Durch die Urbanisierung werden natürliche Landschaften verdrängt und lokale Mikroklimata verändert. Diese lokalen Veränderungen sind zwar scheinbar geringfügig, können aber zu erheblichen Klimaveränderungen auf globaler Ebene führen.
Landwirtschaftliche Praktiken verändern die chemische Zusammensetzung der Troposphäre durch Methanfreisetzung und verändern das Albedo (die Fähigkeit, Wärme zu speichern) der Erde, was das lokale Wetter und langfristige Klimatrends beeinflusst. Veränderungen in der Landnutzung, Abholzung und bestimmte Nutzpflanzen wie Reisfelder verstärken diese Effekte.
Die Stratosphäre: Die Domäne des Ozons
Die Stratosphäre liegt über der Troposphäre und ist die Schutzschicht, die uns dank Ozon vor der schädlichen ultravioletten Strahlung der Sonne schützt. Hier kreuzen kommerzielle Flugzeuge und nutzen die relative Ruhe und Stabilität der Schicht für effizienteres Reisen. Die Stratosphäre liegt etwa 6 bis 20 Kilometer über der Erdoberfläche, ist der Oberfläche an den Polen am nächsten und endet etwa 50 Kilometer über uns.
Aufgrund der durch die UV-Strahlung der Sonne freigesetzten Ozonwärme steigen die Temperaturen in dieser Schicht mit der Höhe an. Die Temperaturen an der Oberseite der Stratosphäre liegen im Durchschnitt bei etwa -15 °C.
Im Gegensatz zur Troposphäre kommt es in der Stratosphäre selten zu Wetterereignissen. Sie beschränken sich normalerweise auf die untersten Schichten (die „Überschießspitzen“ der Gewitterstürme). Gelegentlich bilden sich hier jedoch leuchtende Nachtwolken.
Leuchtende Nachtwolken, auch polare Mesosphärenwolken genannt, treten in großen Höhen in der Stratosphäre auf, normalerweise während der Sommermonate in Polarregionen. Sie bestehen aus winzigen Eiskristallen, die das Sonnenlicht reflektieren und so ein atemberaubendes Schauspiel aus leuchtenden Blau- und Silbertönen am Nachthimmel erzeugen.
Die Entstehung leuchtender Nachtwolken ist noch immer nicht vollständig verstanden, was dieses schwer fassbare Phänomen noch faszinierender macht. Wissenschaftler glauben, dass sie entstehen, wenn Wasserdampf hoch oben in der Atmosphäre an Meteorstaubpartikeln gefriert. Die extrem niedrigen Temperaturen in den oberen Bereichen der Stratosphäre schaffen in Verbindung mit der Anwesenheit dieser mikroskopisch kleinen Partikel die perfekten Bedingungen für ihre Entstehung.
In Reiseflughöhe durchschneiden Verkehrsflugzeuge die untere Stratosphäre.
Um optimale Flugbedingungen zu gewährleisten, bewegen sich Flugzeuge normalerweise in der unteren Stratosphäre und knapp über der Ozonschicht.
Die Mesosphäre: Mysterien und Meteore
Die Mesosphäre, die dritte Schicht der Erdatmosphäre, liegt oberhalb der Stratosphäre und hier beginnen die Lufttemperaturen zu sinken. In einer Höhe zwischen 50 und 85 Kilometern sind die Temperaturen für Menschen in der Nähe der Oberfläche noch einigermaßen erträglich, in den oberen Bereichen sinken sie jedoch auf -120 °C.
Das ist jedoch eine gute Sache, denn die thermischen Eigenschaften der Mesosphäre helfen bei einer wichtigen Aufgabe auf unserem Planeten: dem Zerfall von Meteoroiden. Wenn wir eine Sternschnuppe über den Nachthimmel schießen sehen, können wir beobachten, wie diese Partikel beim Abstieg in der Mesosphäre aufgrund der steigenden Temperaturen verdampfen.
Diese Atmosphärenschicht ist noch weniger erforscht als andere, da sie für Flugzeuge zu hoch und für Satelliten zu niedrig liegt. Sie stellt eine Barriere dar, die direkte menschliche Beobachtung erschwert. Sie schützt jedoch unseren Planeten und verbrennt die meisten Meteore, die es wagen, in die Erdatmosphäre einzudringen.
Die Thermosphäre: Erwärmung
Die Thermosphäre liegt zwischen 85 und 600 Kilometern über der Erdoberfläche und ist eine belebte Autobahn für von Menschenhand gebaute Satelliten.
Hier können Satelliten konstante Umlaufbahnen um den Planeten beibehalten. Dank der spärlichen Moleküle in der Thermosphäre erfahren diese Satelliten weniger Luftwiderstand, können sich freier bewegen und ihre Geschwindigkeit bei minimalem Treibstoffverbrauch beibehalten.
In dieser Schicht beginnt die Atmosphäre dünner zu werden, obwohl es in dieser Schicht einen drastischen Temperaturunterschied gibt (den größten von allen – daher der Name!). Während die Temperaturen am Boden der Thermosphäre bis zu -120 °C (-184 °F) betragen, können die Temperaturen am oberen Rand dieser Schicht über 2.000 °C (3.600 °F) steigen!
Die Majestät der Aurora
Die Aurora Borealis und die Aurora Australis bemalen den Himmel mit ehrfurchtgebietender Schönheit und sind vor allem in den hohen Breitengraden sichtbar. Sie treten typischerweise in den untersten Bereichen der Thermosphäre auf. Am besten kann man diese Naturphänomene in den Polarregionen beobachten. Es handelt sich um eine spektakuläre Kollision von Partikeln und atmosphärischen Gasen.
Wo beginnt der Weltraum?
Die Abgrenzung zwischen Atmosphäre und Weltraum ist keine klare Grenze, sondern ein allmählicher Übergang in den Kosmos. Die meisten aktuellen Definitionen verorten dies irgendwo in der Thermosphäre.
Kármán-Linie: Etwa 100 km über der Erde wird die Kármán-Linie international als Grenze des Weltraums angesehen. Der Aerodynamiker Theodore von Kármán berechnete, wo die Atmosphäre zu dünn wird, um den Flugverkehr zu ermöglichen. Die Fédération Aéronautique Internationale verwendet die Kármán-Linie, um Bereiche der Raumfahrt von Bereichen der Luftfahrt zu unterscheiden. Oberhalb dieser Höhe unterliegen Raumfahrzeuge dem internationalen Weltraumrecht und nicht den Flugregeln.
Theodore von Kármán leistete hervorragende Arbeit: Im Jahr 2009 berichteten Wissenschaftler, dass sie mithilfe eines Supra-Thermal Ion Imager (ein Instrument, das die Richtung und Geschwindigkeit von Ionen misst) eine Grenze in 118 km Höhe über der Erde ermitteln konnten, die den Berechnungen Theodore von Kármáns sehr nahe kommt.
Die Exosphäre: Willkommen im Weltraum
Die Exosphäre liegt über den atmosphärischen Schichten der Erde und ist der Ort, an dem die Luft allmählich in die Leere des Weltalls übergeht. Dünn verstreute Wasserstoff- und Heliumatome flüstern den Übergang von der Luft, die wir atmen, in die kosmische Leere.
In dieser dünn besiedelten Region gibt es nur wenige Luftmoleküle, die den umlaufenden Satelliten ausweichen.
Hier verschwimmt die Grenze zwischen Atmosphäre und Weltraum. An der äußeren Grenze der Exosphäre entziehen sich die Gase dem Einfluss der Erde und entweichen langsam in die Leere des interplanetaren Raums.
Die Exosphäre erstreckt sich 10.000 Kilometer über uns und verschwindet im himmlischen Ozean. Hier verliert der Begriff „Luft“ seine traditionelle Bedeutung, während wir auf Zehenspitzen in die Weiten des Weltraums vordringen.
