Die Schichten der Atmosphäre


Die Meteorologie ist die Lehre von der Physik der Atmosphäre. Dabei
ist die Schicht, in der unser Wetter stattfindet, nur ein kleiner
Teil unserer Erdatmosphäre. Sie unterteilt sich in weitere Schichten,
die jeweils recht unterschiedliche Eigenschaften haben.

Die Troposphäre 0 - 12 km:

Die Troposphäre ist die unterste Schicht der Atmosphäre und reicht
bis etwa 17 km Höhe in den Tropen und bis 7 km Höhe an den Polen. Da
die Troposphäre fast das gesamte Wasser unserer Atmosphäre enthält,
spielt sich hier unser tägliches Wetter mit all seinen Facetten und
Wolkenformen ab. Antrieb für unser Wetter ist dabei die
unterschiedlich starke Sonnenstrahlung, die den Erdboden erwärmt. Da
warme Luft aufsteigt und kalte Luft absinkt, wird die Troposphäre
durch verschiedene Wirbel durchmischt (Konvektion). Daher leitet sich
auch ihr Name vom altgriechischen Wort "trope? (Wendung, Änderung)
ab. In der Troposphäre nimmt die Temperatur mit der Höhe im Mittel
mit 6,5 K/1 km ab und erreicht an ihrer Obergrenze, der Tropopause,
Werte von unter -50 °C.

Die Stratosphäre 12 - 50 km:

Die Prozesse in der Stratosphäre werden nicht mehr durch Konvektion
bestimmt, sondern durch das Strahlungsgleichgewicht. Die Stratosphäre
ist der Ort, an dem die UV-Strahlung in der Atmosphäre absorbiert
wird. Dies geschieht in der Ozonschicht. Dabei wird die energiereiche
UV-Strahlung der Sonne absorbiert und in Wärme umgewandelt. Deshalb
steigt die Temperatur in der Ozonschicht bis nahe 0 °C. Ohne diese
lebenswichtige Ozonschicht würde die energiereiche Strahlung bis zum
Erdboden gelangen. Die Luft in der Stratosphäre ist sehr trocken,
sodass es dort abgesehen von Polarstratosphärischen Wolken keine
anderen Wolken gibt.

Die Mesosphäre 50 - 85 km:

In der Mesosphäre ist kaum noch absorbierendes Ozon vorhanden, sodass
dort die mittlere Temperatur durch den geringen Druck auf Werte von
-90 °C fällt. Dabei stellt sich eine Zirkulation vom Sommerpol zum
Winterpol ein. Da die Luft über den Sommerpol aufsteigt und sich
dabei abkühlt, werden dort an der Oberkante der Mesosphäre in der
Mesopausenregion Temperaturen von bis zu -180 °C erreicht. Das ist
die kälteste natürlich vorkommende Temperatur auf der Erde. Diese
Schicht ist so kalt, dass der spärlich vorhandene Wasserdampf zu
Wolken sublimiert, die manchmal im Sommer als leuchtenden Nachtwolken
sichtbar werden, wenn sie von der Sonne, die dann nur wenig unter dem
Horizont steht, in der Nacht noch angeschienen werden.

Die Thermosphäre 85- 500 km:

In der Thermosphäre steigt die Temperatur mit der Höhe deutlich an.
Die Ursache dafür ist die geringe Dichte des Gases, das hier
größtenteils wegen der energiereich Röntgen- und UV-Strahlung nur
noch in ionisierter Form vorliegt. Je nach Stärke des Sonnenwindes
kann die Temperatur in der Thermosphäre bis zu 1500 °C ansteigen. Auf
Grund der geringen Dichte und intensiven Strahlung ist die mittlere
Geschwindigkeit (exakter kinetischer Energie) der Teilchen sehr hoch.
Da die Temperatur über die mittlere Geschwindigkeit (exakter
kinetischen Energie) der Teilchen definiert ist, kommen die hohen
Temperaturen in der Thermosphäre zustande. Mit einem Thermometer
lassen sich diese hohen Temperaturen allerdings nicht messen, da die
Wärmeübertragung durch die geringe Dichte nur sehr gering ist. Man
würde diese hohen Temperatur also auch nicht als heiß empfinden. In
der Mesosphäre treten die Polarlichter auf. Auch der Orbit der
Internationalen Raumstation ISS befindet sich in der Mesosphäre.
Die Exosphäre ab 500 km:

Die Exosphäre ist die oberste Schicht der Atmosphäre und markiert den
fließenden Übergang zum Weltraum. Sie besteht meist aus nur leichten
Teilchen. Da sich leichte Teilchen schneller bewegen können, fällt es
ihnen leichter dem Gravitationsfeld der Erde zu entkommen. Auch in
der Exosphäre herrschen Temperaturen von 1000 °C. Ab etwa 1000 km
kommt nur noch meist ionisierter Wasserstoff vor.


Dipl.-Met. Christian Herold
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 06.11.2020

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