Atmosphäre

Wir leben am Boden eines unsichtbaren Ozeans, der Atmosphäre, einer Gasschicht, die unseren Planeten umgibt. Stickstoff und Sauerstoff machen 99 Prozent der Gase in trockener Luft aus, wobei Argon, Kohlendioxid, Helium, Neon und andere Gase winzige Portionen bilden. Wasserdampf und Staub sind ebenfalls Teil der Erdatmosphäre. Andere Planeten und Monde haben sehr unterschiedliche Atmosphären, und einige haben überhaupt keine Atmosphären.,

Die Atmosphäre ist so weit verbreitet, dass wir sie kaum bemerken, aber ihr Gewicht entspricht einer Wasserschicht, die mehr als 10 Meter tief ist und den gesamten Planeten bedeckt. Die unteren 30 Kilometer der Atmosphäre enthalten etwa 98 Prozent ihrer Masse. Die Atmosphäre-Luft – ist in großen Höhen viel dünner. Es gibt keine Atmosphäre im Raum.
Wissenschaftler sagen, dass viele der Gase in unserer Atmosphäre durch frühe Vulkane in die Luft ausgestoßen wurden. Zu dieser Zeit hätte es wenig oder keinen freien Sauerstoff um die Erde gegeben., Freier Sauerstoff besteht aus Sauerstoffmolekülen, die nicht an ein anderes Element gebunden sind, wie Kohlenstoff (zur Bildung von Kohlendioxid) oder Wasserstoff (zur Bildung von Wasser).
Freier Sauerstoff kann durch primitive Organismen, wahrscheinlich Bakterien, während der Photosynthese in die Atmosphäre aufgenommen worden sein. Photosynthese ist der Prozess, den eine Pflanze oder ein anderes Autotroph verwendet, um Nahrung und Sauerstoff aus Kohlendioxid und Wasser herzustellen. Später fügten komplexere Formen des Pflanzenlebens der Atmosphäre mehr Sauerstoff hinzu. Der Sauerstoff in der heutigen Atmosphäre hat wahrscheinlich Millionen von Jahren gebraucht, um sich anzusammeln.,
Die Atmosphäre wirkt wie ein gigantischer Filter, der die meisten ultravioletten Strahlen fernhält und gleichzeitig die wärmenden Strahlen der Sonne einlässt. Ultraviolette Strahlung ist schädlich für Lebewesen und verursacht Sonnenbrand. Sonnenwärme hingegen ist für alles Leben auf der Erde notwendig.
Die Erdatmosphäre hat eine Schichtstruktur. Vom Boden zum Himmel sind die Schichten Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre, Thermosphäre und Exosphäre. Eine andere Schicht, die Ionosphäre genannt wird, erstreckt sich von der Mesosphäre zur Exosphäre. Jenseits der Exosphäre ist der Weltraum., Die Grenzen zwischen atmosphärischen Schichten sind nicht klar definiert und ändern sich je nach Breitengrad und jahreszeit.
Troposphäre
Die Troposphäre ist die niedrigste atmosphärische Schicht. Im Durchschnitt erstreckt sich die Troposphäre vom Boden bis zur Höhe von etwa 10 Kilometern und reicht von etwa 6 Kilometern an den Polen bis zu mehr als 16 Kilometern am Äquator. Die Spitze der Troposphäre ist im Sommer höher als im Winter.
Fast jedes Wetter entwickelt sich in der Troposphäre, weil es fast den gesamten Wasserdampf der Atmosphäre enthält., Wolken, von tiefliegendem Nebel über Donnerköpfe bis hin zu Zirrus in großer Höhe, bilden sich in der Troposphäre. Luftmassen, Bereiche von Hochdruck-und Niederdrucksystemen, werden durch Winde in der Troposphäre bewegt. Diese Wettersysteme führen zu täglichen Wetteränderungen sowie saisonalen Wettermustern und Klimasystemen wie El Nino.
Luft in der Troposphäre verdünnt sich mit zunehmender Höhe. Auf dem Gipfel des Mount Everest in Nepal zum Beispiel gibt es weniger Sauerstoffmoleküle als an einem Strand auf Hawaii. Aus diesem Grund verwenden Bergsteiger beim Besteigen hoher Gipfel häufig Sauerstoffkanister., Dünne Luft ist auch der Grund, warum Hubschrauber Schwierigkeiten haben, in großen Höhen zu manövrieren. Tatsächlich konnte ein Hubschrauber erst 2005 auf dem Mount Everest landen.
Wenn die Luft in der Troposphäre dünner wird, sinkt die Temperatur. Aus diesem Grund sind die Berggipfel normalerweise viel kälter als die Täler darunter. Wissenschaftler dachten früher, die Temperatur sank weiter, als die Höhe über die Troposphäre hinaus zunahm. Aber Daten, die mit Wetterballons und Raketen gesammelt wurden, haben gezeigt, dass dies nicht der Fall ist. In der unteren Stratosphäre bleibt die Temperatur fast konstant., Wenn die Höhe in der Stratosphäre zunimmt, steigt die Temperatur tatsächlich.
Sonnenwärme dringt leicht in die Troposphäre ein. Diese Schicht absorbiert auch Wärme, die in einem als Treibhauseffekt bezeichneten Prozess vom Boden reflektiert wird. Der Treibhauseffekt ist für das Leben auf der Erde notwendig. Die am häufigsten vorkommenden Treibhausgase der Atmosphäre sind Kohlendioxid, Wasserdampf und Methan.
Sich schnell bewegende Winde in großer Höhe, sogenannte Jet Streams, wirbeln um den Planeten in der Nähe der oberen Grenze der Troposphäre. Jetstreams sind für die Luftfahrtindustrie äußerst wichtig., Flugzeuge sparen Zeit und Geld, indem sie in Düsenströmen anstelle der unteren Troposphäre fliegen, in der die Luft dicker ist.

Stratosphäre
Die Troposphäre neigt dazu, sich plötzlich und heftig zu verändern, aber die Stratosphäre ist ruhig. Die Stratosphäre erstreckt sich von der Tropopause, der oberen Grenze der Troposphäre, bis etwa 50 Kilometer über der Erdoberfläche.
Starke horizontale Winde wehen in der Stratosphäre, aber es gibt wenig Turbulenzen. Dies ist ideal für Flugzeuge, die in diesem Teil der Atmosphäre fliegen können.
Die Stratosphäre ist sehr trocken und Wolken sind selten., Diejenigen, die sich bilden, sind dünn und wispy. Sie werden Perlmuttwolken genannt. Manchmal werden sie Perlmuttwolken genannt, weil ihre Farben wie in einer Molluskenschale aussehen.
Die Stratosphäre ist für das Leben auf der Erde von entscheidender Bedeutung, da sie geringe Mengen Ozon enthält, eine Form von Sauerstoff, die verhindert, dass schädliche UV-Strahlen die Erde erreichen. Die Region innerhalb der Stratosphäre, in der sich diese dünne Ozonschicht befindet, wird als Ozonschicht bezeichnet. Die Ozonschicht der Stratosphäre ist ungleichmäßig und in der Nähe der Pole dünner. Die Ozonmenge in der Erdatmosphäre nimmt stetig ab., Wissenschaftler haben die Verwendung von Chemikalien wie Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) mit dem Ozonabbau in Verbindung gebracht.
Mesosphäre
Die Mesosphäre erstreckt sich von der Stratopause (der oberen Grenze der Stratosphäre) bis etwa 85 Kilometer über der Erdoberfläche. Hier beginnen die Temperaturen wieder zu fallen.
Die Mesosphäre hat die kältesten Temperaturen in der Atmosphäre, Tauchen so niedrig wie -120 Grad Celsius (-184 Grad Fahrenheit oder 153 Kelvin). Die Mesosphäre hat auch die höchsten Wolken der Atmosphäre. Bei klarem Wetter kann man sie manchmal sofort nach Sonnenuntergang als silbrige Wisps sehen., Sie werden nachtleuchtende Wolken oder nacht leuchtende Wolken genannt. Die Mesosphäre ist so kalt, dass nachtleuchtende Wolken tatsächlich gefrorene Wasserdampf-Eiswolken sind.
Sternschnuppen-das feurige Ausbrennen von Meteoren, Staub und Gesteinen aus dem Weltraum—sind in der Mesosphäre sichtbar. Die meisten Sternschnuppen haben die Größe eines Sandkorns und verbrennen vor dem Eintritt in die Stratosphäre oder Troposphäre. Einige Meteore haben jedoch die Größe von Kieselsteinen oder sogar Felsbrocken., Ihre äußeren Schichten brennen, während sie durch die Mesosphäre rennen, aber sie sind massiv genug, um durch die untere Atmosphäre zu fallen und als Meteoriten auf die Erde zu stürzen.
Die Mesosphäre ist der am wenigsten verstandene Teil der Erdatmosphäre. Es ist zu hoch für Flugzeuge oder Wetterballons zu bedienen, aber zu niedrig für Raumfahrzeuge. Klingende Raketen haben Meteorologen und Astronomen ihre einzigen signifikanten Daten zu diesem wichtigen Teil der Atmosphäre zur Verfügung gestellt. Klingende Raketen sind unbemannte Forschungsinstrumente, die Daten während Suborbitalflügen sammeln.,
Vielleicht, weil die Mesosphäre so wenig verstanden wird, ist es die Heimat von zwei meteorologischen Mysterien: Sprites und Elfen. Sprites sind rötliche, vertikale elektrische Entladungen, die hoch über Thunderheads in der oberen Stratosphäre und Mesosphäre auftreten. Elfen sind dunkle, haloförmige Entladungen, die in der Mesosphäre noch höher erscheinen.
Ionosphäre
Die Ionosphäre erstreckt sich von der oberen Hälfte der Mesosphäre bis zur Exosphäre. Diese atmosphärische Schicht leitet Elektrizität.
Die Ionosphäre ist nach Ionen benannt, die durch energetische Teilchen aus Sonnenlicht und Weltraum entstehen., Ionen sind Atome, in denen die Anzahl der Elektronen nicht der Anzahl der Protonen entspricht und dem Atom eine positive (weniger Elektronen als Protonen) oder negative (mehr Elektronen als Protonen) Ladung verleiht. Ionen entstehen als starke Röntgenstrahlen und UV-Strahlen klopfen Elektronen von Atomen ab.
Die Ionosphäre—eine Schicht aus freien Elektronen und Ionen—reflektiert Radiowellen. Guglielmo Marconi, der“ Vater des drahtlosen“, half dies 1901 zu beweisen, als er ein Funksignal von Cornwall, England, nach St. John ‚ s, Neufundland, Kanada, schickte., Marconi ‚ s Experiment zeigte, dass sich Funksignale nicht in einer geraden Linie bewegten, sondern von einer atmosphärischen Schicht—der Ionosphäre-abprallten.
Die Ionosphäre wird in verschiedene Schichten zerlegt, die sogenannten D -, E -, F1-und F2-Schichten. Wie alle anderen Teile der Atmosphäre variieren diese Schichten je nach Jahreszeit und Breitengrad. Veränderungen in der Ionosphäre passieren tatsächlich täglich. Die niedrige D-Schicht, die hochfrequente Radiowellen absorbiert, und die E-Schicht verschwinden tatsächlich nachts, was bedeutet, dass Radiowellen höher in die Ionosphäre gelangen können., Deshalb können AM-Radiosender ihre Reichweite jede Nacht um Hunderte von Kilometern erweitern.
Die Ionosphäre reflektiert auch Teilchen aus dem Sonnenwind, dem Strom hochgeladener Teilchen, die von der Sonne ausgestoßen werden. Diese elektrischen Anzeigen erzeugen Auroren (Lichtanzeigen), die als Nord-und Südlichter bezeichnet werden.

Thermosphäre
Die Thermosphäre ist die dickste Schicht in der Atmosphäre. Nur die leichtesten Gase-meist Sauerstoff, Helium und Wasserstoff—sind hier zu finden.,
Die Thermosphäre erstreckt sich von der Mesopause (die obere Grenze der Mesosphäre) bis 690 Kilometer (429 Meilen) über der Erdoberfläche. Hier absorbieren dünn verstreute Gasmoleküle Röntgenstrahlen und ultraviolette Strahlung. Dieser Absorptionsprozess treibt die Moleküle in der Thermosphäre zu hohen Geschwindigkeiten und hohen Temperaturen. Die Temperaturen in der Thermosphäre können auf 1.500 Grad Celsius (2.732 Grad Fahrenheit oder 1.773 Kelvin) steigen.
Obwohl die Temperatur sehr hoch ist, gibt es nicht viel Wärme. Wie ist das möglich?, Wärme entsteht, wenn Moleküle angeregt werden und Energie von einem Molekül auf ein anderes übertragen. Hitze geschieht in einem Bereich mit hohem Druck (denken Sie an Wasser, das in einem Topf kocht). Da es in der Thermosphäre sehr wenig Druck gibt, gibt es wenig Wärmeübertragung.
Das Hubble – Weltraumteleskop und die Internationale Raumstation (ISS) umkreisen die Erde in der Thermosphäre. Obwohl die Thermosphäre die zweithöchste Schicht der Erdatmosphäre ist, befinden sich Satelliten, die hier operieren, in einer „erdnahen Umlaufbahn.,“
Exosphäre
Das schwankende Gebiet zwischen der Thermosphäre und der Exosphäre wird Turbopause genannt. Die niedrigste Ebene der Exosphäre wird als Exobase bezeichnet. An der oberen Grenze der Exosphäre verschmilzt die Ionosphäre mit dem interplanetaren Raum oder dem Raum zwischen Planeten.
Die Exosphäre dehnt sich aus und zieht sich zusammen, wenn sie mit Sonnenstürmen in Kontakt kommt. Bei Sonnenstürmen werden Partikel vor explosiven Ereignissen auf der Sonne wie Sonneneruptionen und koronalen Massenausstößen (CMEs) durch den Weltraum geschleudert.,
Sonnenstürme können die Exosphäre auf nur 1.000 Kilometer (620 Meilen) über der Erde quetschen. Wenn die Sonne ruhig ist, kann sich die Exosphäre 10.000 Kilometer erstrecken.
Wasserstoff, das leichteste Element im Universum, dominiert die dünne Atmosphäre der Exosphäre. Es sind nur Spuren von Helium, Kohlendioxid, Sauerstoff und anderen Gasen vorhanden.
Viele Wettersatelliten umkreisen die Erde in der Exosphäre. Der untere Teil der Exosphäre umfasst eine erdnahe Umlaufbahn, während die Mittelerdbahn in der Atmosphäre höher ist.,
Die obere Grenze der Exosphäre ist in Satellitenbildern der Erde sichtbar. Genannt die Geocorona, ist es die unscharfe blaue Beleuchtung, die die Erde umkreist.
Außerirdische Atmosphären
Alle Planeten in unserem Sonnensystem haben Atmosphären. Die meisten dieser Atmosphären unterscheiden sich radikal von der Erde, obwohl sie viele der gleichen Elemente enthalten.
Das Sonnensystem hat zwei Haupttypen von Planeten: terrestrische Planeten (Merkur, Venus, Erde und Mars) und Gasriesen (Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun)., Die Atmosphären der terrestrischen Planeten ähneln denen der Erde. Merkuratmosphäre enthält nur eine dünne Exosphäre, die von Wasserstoff, Helium und Sauerstoff dominiert wird. Die Atmosphäre der Venus ist viel dicker als die der Erde und verhindert eine klare Sicht auf den Planeten. Seine Atmosphäre wird von Kohlendioxid dominiert und weist wirbelnde Schwefelsäurewolken auf. Die Atmosphäre auf dem Mars wird auch von Kohlendioxid dominiert, obwohl sie im Gegensatz zur Venus ziemlich dünn ist.
Gasriesen bestehen aus Gasen. Ihre Atmosphären sind fast ausschließlich Wasserstoff und Helium., Das Vorhandensein von Methan in den Atmosphären von Uranus und Neptun verleiht den Planeten ihre leuchtend blaue Farbe.
In den unteren Atmosphären von Jupiter und Saturn bilden Wolken aus Wasser, Ammoniak und Schwefelwasserstoff klare Bänder. Schnelle Winde trennen helle Bänder, Zonen genannt, von dunklen Bändern, Gürtel genannt. Andere Wetterphänomene wie Zyklone und Blitze erzeugen Muster in den Zonen und Gürteln. Jupiters Großer Roter Fleck ist ein jahrhundertealter Zyklon, der der größte Sturm im Sonnensystem ist.
Die Monde einiger Planeten haben ihre eigene Atmosphäre., Saturns größter Mond, Titan, hat eine dicke Atmosphäre, die hauptsächlich aus Stickstoff und Methan besteht. Die Art und Weise, wie Sonnenlicht Methan in Titans Ionosphäre aufbricht, verleiht dem Mond eine orange Farbe.
Die meisten Himmelskörper, einschließlich aller Asteroiden im Asteroidengürtel und unseres eigenen Mondes, haben keine Atmosphären. Das Fehlen einer Atmosphäre auf dem Mond bedeutet, dass es kein Wetter erlebt. Ohne Wind oder Wasser, um sie zu erodieren, sind viele Krater auf dem Mond seit Hunderten und sogar Tausenden von Jahren dort.,
Die Art und Weise, wie die Atmosphäre eines Himmelskörpers strukturiert ist und woraus er besteht, erlaubt Astrobiologen zu spekulieren, welche Art von Leben der Planet oder Mond unterstützen kann. Atmosphären sind also wichtige Marker in der Weltraumforschung.
– Einen Planeten oder Mond-Atmosphäre müssen enthalten bestimmte Chemikalien, die zur Unterstützung der Leben wie wir es kennen. Diese Chemikalien umfassen Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff. Obwohl Venus, Mars und Titan ähnliche atmosphärische Gase haben, gibt es außer der Erde nirgendwo im Sonnensystem eine Atmosphäre, die das Leben unterstützen kann., Die Atmosphäre der Venus ist viel zu dick, der Mars viel zu dünn und der Titan viel zu kalt.