Luft

Zusammensetzung der Luft

Luft ist ein Stoffgemisch. Es besteht aus verschiedenen Gasen. Außerdem enthält die Luft auch Wasser in Form von Wasserdampf. Auch kleine Partikel fester Bestandteile können in der Luft als sogenannter Feinstaub enthalten sein. Die Gewinnung der einzelnen Gase aus der Luft erfolgt durch eine fraktionierte Destillation von verflüssigter Luft nach dem Linde-Verfahren (vergl. Artikel über Edelgasgewinnung). Die Luft bildet um der Erde eine Lufthülle, die Atmosphäre. Sie lässt sich aufgrund von unterschiedlicher Zusammensetzung, Temperatur und Druck in verschiedene Schichten einteilen. In den erdnahen Schichten setzt sich die Luft folgendermaßen zusammen:

Die Restgase beinhalten u. a. Spuren der Edelgase Helium, Neon und Krypton in Massenanteilen von einigen ppm (parts per millon) und Xenon, sowie Wasserstoff, Methan und Spuren einiger Halgogenkohlenwasserstoffe in Massenanteilen einiger ppb (parts per billion).

Die Zusammensetzung der Luft hat sich im Verlauf der Erdgeschichte verändert. Die Entstehung der heutigen Zusammensetzung dauerte Milliarden Jahre.

Aufbau der Atmosphäre

Die Atmosphäre lässt sich in verschiedene Schichten einteilen, sie wird zum Weltraum hin immer dünner, sodass es keine scharfe Grenze gibt.

Die erdnaheste Schicht ist die Troposphäre. Sie ist etwa 8 km dick, enthält fast 90 % der Luft sowie beinahe den gesamten Wasserdampf der Atmosphäre. Da sich dort auch der Großteil des Wetters abspielt bezeichnet man die Troposphäre auch als Wetterschicht. Die Temperatur in der Troposphäre sinkt mit zunehmender Höhe stetig bis auf -50 °C bis -60 °C. Sie wird begrenzt durch die Tropopause, eine dünne, sich über den ganzen Globus erstreckende Schicht in 10 bis 12 km Höhe, abhängig vom Wetter und der Region. In der Tropopause bleibt die Temperautur konstant. Es gibt kaum noch Vertikalbewegung der Luft, meist nur horiziontale Strahlströme (engl. jet streams) von bis zu 400 km/h Windgeschwindigkeiten. Die Tropopause wirkt wie eine Sperre und verhindert den Stoffaustausch zwischen der Troposphäre und den höheren Luftschichten weitgehend. Die 2. Schicht ist die Stratosphäre (lat. stratum: "Decke"). Sie erstreckt sich bis in ca. 50 km Höhe. Die Ozonschicht ist Teil der Stratosphäre, sie befindet sich in einer Höhe von ca. 20 km. Ab dieser Höhe steigt auch die Temperatur in der Stratosphäre langsam von -60 °C auf ca. 0 °C an, dies ist auf die Absorbtion der UV-Strahlung durch das Ozon zurückzuführen. Die Begrenzung der Stratosphäre in ca. 50 km Höhe ist die Stratopause. Darüber folgt als 3. Schicht die Mesosphäre (grich. meso: "mitte"). Wenn Meteore auf die Erde stürzen, verglühen sie meist in der Mesosphäre (Sternschnuppen). Die folgende 4. Atmosphärenschicht ist die Thermosphäre (griech. thermos: warm). Der Luftdruck ist hier extrem niedrig, die mittlere freie Wegläge der Gasmoleküle beträgt mehrere Kilometer, sodass kaum Energieaustausch durch Kontakt stattfindet. Die Gasmoleküle werden durch die Sonnenergie in Ionen und freie Elektronen gespalten, wesshalb die Thermosphäre Teil der Ionosphäre ist. Die Ionosphäre spielt eine wichtige Rolle im Funkverkehr. Radiowellen werden daran reflektiert und so um die Erde geleitet. In der Thermosphäre umkeisen Space Shuttles und die internationale Raumstation ISS die Erde (ca. 350 km bis 400 km). Obwohl die Luft so dünn ist, macht sich auf Dauer noch der Luftwiederstand bemerkbar. So muss z. B. die ISS regelmäßig ihre Umlaufbahn wieder anheben, sonnst würde sie innerhalb weniger Jahre so stark abgebremst werden, dass sie auf die Erde stürzen würde. In ca. 500 km bis 600 km schließt sich die Exosphäre an (griech. exo: außen / außerhalb), die die äußerste Schicht der Erdatmosphäre darstellt, sie ist der fließende Übergang zum interplanetaren Raum.