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Aufbau der Atmosphäre

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Wir leben auf der Erde - doch was kommt danach? Über uns ist der Himmel, manchmal scheint die Sonne, manchmal können wir außer Wolken nicht viel mehr sehen. Einmal mehr und einmal weniger kommt es zu Niederschlag in Form von Regen, Schnee oder auch Eis. Um die Erde liegt eine unsichtbare Schutzschicht, die Atmosphäre, sie bewahrt uns vor schädlichen Einflüssen des Weltraums.
Abb. 1: Ein Apfel ist mit seiner Schale vergleichbar mit unserer Erde.
Abb. 1: Ein Apfel ist mit seiner Schale vergleichbar mit unserer Erde.
Die Atmosphäre wirkt unendlich weit. Doch stelle dir einmal vor, die Erde hätte die Größe eines Apfels - dann wäre die Atmosphäre gerade einmal so dick, wie die Schale um den Apfel. Im folgenden Skript erläutern wir dir den Aufbau der Atmosphäre und du lernst die verschiedenen Schichten kennen.
Abb. 2: Die Zusammensetzung der Stoffe
Abb. 2: Die Zusammensetzung der Stoffe

Was ist die Atmosphäre?

Unter der Atmosphäre verstehst du die äußere Lufthülle der Erde. Das Wort atmos kommt aus dem Griechischen und bedeutet Dampf - daraus lässt sich schließen, dass sie hauptsächlich aus verschiedenen Gasen und auch gasförmigen Elementen besteht. Die wichtigsten Bestandteile sind: Stickstoff, Sauerstoff und Argon. Außerdem gibt es sehr viele Spurengase. Diese kommen nur in einem sehr kleinen Anteil in der Luft vor - bezüglich der Atmosphäre sind dies: Kohlendioxid, Neon, Helium, Methan, Ozon, Wasserstoff und viele mehr.

Der Aufbau der Atmosphäre

Die Atmosphäre lässt sich aufgrund der Temperaturänderung in Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre, Thermosphäre und Exosphäre einteilen. Immer wenn sich die Temperatur ändert, wird dies als Pause bezeichnet. Bis etwa 100 km über der Erde ist die chemische Zusammensetzung recht gleich, wir sprechen deshalb von der Homosphäre. Darüber hinaus ist die Heterosphäre, oder auch ab 70 km Höhe die Ionosphäre, da dort zunehmend geladene Teilchen (Ionen) sind.

Die Schichten der Atmosphäre

Troposphäre

Sitzt du im Flugzeug, um zum Beispiel in Urlaub zu fliegen, befindest du dich noch in der Troposphäre. Die Höhe dieser Schicht schwankt, je nachdem an welchen Punkten du dich auf der Erde befindest. An den Polen endet sie etwa zwischen 7 und 8 km Höhe mit der Tropopause. In den gemäßigten Breiten liegt die Grenze zwischen 10 und 11 km, während die Troposphäre in den Tropen bis zu 17 km hoch sein kann.
In der Troposphäre, welche auch Wetterschicht genannt wird, kommt es unter anderem zur Wolkenbildung, es entstehen Gewitter, Stürme und auch Regen. Woran liegt das? Der größte Teil des Wasserdampfs befindet sich dort, dies ist ausschlaggebend für die Bildung von Wolken und die Entstehung von Niederschlägen. Die Luftmassen durschmischen sich ständig, egal ob horizontal oder vertikal. Je weiter wir uns nach oben bewegen, desto kälter wird es. An der Tropopause liegen die Werte bei unter -60 Grad Celsius.
Die Höhenangaben der Schichten
Troposphäre: Pole: 0 - 8 km Höhe; gemäßigte Breiten: 0 - 11 km Höhe; Tropen: 0 - 17 km Höhe.
Stratosphäre: etwa 11 km - 50 km Höhe $\rightarrow$ Ozonschicht: in 20 km Höhe.
Mesosphäre: 50 km - 80 km Höhe.
Thermosphäre: 80 km bis 250 km Höhe.
Exosphäre: ab 250 km Höhe.

Stratosphäre

Die Höhenangaben der Schichten
Troposphäre: Pole: 0 - 8 km Höhe; gemäßigte Breiten: 0 - 11 km Höhe; Tropen: 0 - 17 km Höhe.
Stratosphäre: etwa 11 km - 50 km Höhe $\rightarrow$ Ozonschicht: in 20 km Höhe.
Mesosphäre: 50 km - 80 km Höhe.
Thermosphäre: 80 km bis 250 km Höhe.
Exosphäre: ab 250 km Höhe.
Über der Troposphäre befindet sich die Stratosphäre. Zunächst bleibt die Temperatur gleich, 20 km höher kommt es jedoch zu einer Inversion, also zu einer Temperaturumkehr, was bedeutet, dass die Temperatur wieder kräftig ansteigt. Sicherlich fragst du dich, warum es ausgerechnet in dieser Höhe zu einem Temperaturanstieg kommt - Grund hierfür ist die Ozonschicht, von welcher du sicherlich bereits gehört hast.
Ozonschicht bedeutet, dass es in diesem Bereich eine erhöhte Konzentration von Ozon, einem Molekül aus drei Sauerstoffatomen, gibt. Hierbei wird ein Großteil der energiereichen Strahlung der Sonne absorbiert, welche für alle Lebewesen sehr gefährlich ist. Es kommt nicht mehr zu einem vertikalen Luftaustausch, da die erwärmte Luft nur in einer kälteren Umgebung aufsteigt. Dieser Bereich der Atmosphäre ist sehr trocken und nahezu wolkenfrei.

Mesosphäre

Die tiefsten Temperaturen sind in der Mesosphäre vorzufinden, die Tiefstwerte liegen bei etwa -80 Grad Celsius. Sie ist die mittlere Schicht und reicht von 50 km bis 80 km Höhe. In diesen Höhen ist das UV- Licht so stark, dass sich unser Körper schwerste Verbrennungen zuziehen würde. Trotz der niedrigen Temperaturen verglühen hier kleine Gesteinsbrocken und Staubpartikel, welche durch die "Bremse der Atmosphäre" einfach so auf die Erde stürzen würden. Diese Verglühung wird für uns in Form von Sternschnuppen sichtbar. Darüber hinaus folgt die Mesopausse.

Thermosphäre

Hier kommt es zu einem sehr raschen Anstieg der Temperatur. Allerdings ist die Dichte so gering, dass diese extremen Temperaturen nicht direkt spürbar wären. Wir befinden uns mittlerweile in der Ionosphäre - die Sonneneinstrahlung spaltet die Luftmoleküle in Ionen auf. Die Gasmoleküle werden durch die Einstrahlung der Sonne ionisiert, also in Ionen und Elektronen gespalten. In dieser Schicht reflektieren deshalb die elektrisch leitenden Teilchen der Ionen die reflektierenden Rundfunkwellen, somit ist es möglich, dass es zu Nachrichtenverbindungen über weite Distanzen hinweg kommt. Bezüglich der Höhe erstreckt sich die Thermosphäre bis zu 250 km in die Höhe, die Temperaturen liegen bei etwa 1700 Grad Celsius!

Exosphäre

Die letzte, uns bekannte Schicht ist die Exosphäre, welche keine feste Grenze aufweist. Ungeladene Gasteilchen verlassen den Anziehungsbereich der Erde und gehen in den Weltraum über. Sie ist dementsprechend eine Grenzschicht zwischen Erdoberfläche und Weltraum.
Abb. 3: Die Schichten der Atmosphäre
Abb. 3: Die Schichten der Atmosphäre
In der Abbildung 3 kannst du nochmals sehr gut die verschiedenen Schichten der Atmosphäre erkennen. Ebenfalls ist ein Temperaturverlauf zu erkennen, welcher die Schwankungen verdeutlicht. Abschließend lässt sich sagen, dass die für uns so mächtig wirkende Atmosphäre in Wirklichkeit, im Verhältnis zu der Erde und dem Weltraum, sehr dünn ist. Sie ist für das Leben auf der Erde von großer Bedeutung, da sie schützt und gleichzeitig die Temperaturen reguliert.
Bildnachweise [nach oben]
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© 2016, SchulLV.
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