Atmosphạ̈re

die Lufthülle der Erde, im weiteren Sinne allgemein die Gashülle der Planeten. Der mittlere Druck der Erdatmosphäre beträgt 1013 mbar, ihre Gesamtmasse beträgt über 5 · 10¹⁵ t. Sie breitet sich als ein dünner, unsichtbarer Mantel um den Erdball aus. Dieser Mantel besteht aus einem Gasgemisch, an dessen Zusammensetzung an der Erdoberfläche sich die Tier- und die Pflanzenwelt angepasst haben (in trockenem Zustand 78% Stickstoff, 21% Sauerstoff, 0,9% Argon [Edelgas] 0,03% Kohlendioxid sowie Spuren verschiedener weiterer Edelgase und Gasverbindungen). Die chemisch wirksamen Bestandteile der Atmosphäre, vor allem Sauerstoff und Kohlendioxid, werden als Atmosphärilien bezeichnet. Je weiter man in die Höhe steigt, umso mehr nimmt der Luftdruck ab, bis die Atmosphäre schließlich unmerklich in den Weltraum übergeht.

Die Atmosphäre gliedert sich in mehrere Schichten: Troposphäre (im Mittel bis 12 km Höhe, am Pol bis 8 km, am Äquator bis 17 km), Stratosphäre (bis 50 km), Mesosphäre (50–85 km), Thermosphäre (85– 400 km) und Exosphäre. Winde und Wirbel sorgen zwar für eine ständige Luftdurchmischung in der Troposphäre; sie verhindern aber nicht, dass die Temperatur stetig nach oben abnimmt (durchschnittlich um 0,5 ° je 100 m). An der oberen Troposphärengrenze herrscht Kälte bis –90 ° C. Hier wandern mit der allgemeinen Westdrift zuweilen auch die Strahlströme (Düsenströme, Jet-stream) als Zonen höchster Windgeschwindigkeit (über 110 m/s). Die nach oben folgende Stratosphäre im engeren Sinne breitet sich bis rund 32 km Höhe aus. Sie ist praktisch wind- und wolkenfrei und von recht gleichmäßiger Temperatur (durchschnittlich –55 ° C). In der Stratosphäre treten nur Spuren von Wasserdampf auf. In der Schicht zwischen 25 und 60 km (Ozonosphäre) erzeugt die Ultraviolett-(UV-)Strahlung der Sonne durch photochemische Vorgänge aus molekularem Sauerstoff (O₂) Ozon (O₃), der bei 25–30 km Höhe am stärksten angereichert ist und die UV-Strahlung fast völlig verschluckt. Diese Erscheinung führt zur Bildung der warmen Stratopause (50 km Höhe) mit Temperaturen zwischen –10 u. + 10 ° C.

In der Mesosphäre über dieser warmen Schicht nimmt die Temperatur wieder ab; sie fällt in 85 km Höhe auf –120 ° C im Sommer, –70 ° C im Winter. Die Schichtgrenze in etwa 85 km Höhe, die Mesopause, hat geophysikalisch eine besondere Bedeutung: Hier treten die „leuchtenden Nachtwolken“ (besonders nach starken Vulkanausbrüchen) und die Untergrenzen der Polarlichter auf. In ihrer Nähe liegt auch die Grenze der Dämmerungserscheinungen. Oberhalb der Mesopause beginnt die Thermosphäre, in der die Temperatur mit wachsender Höhe wieder zunimmt und in etwa 400 km Höhe Werte von der Größenordnung + 1000 ° C erreicht. Die Thermosphäre umfasst zugleich den Hauptteil der Ionosphäre, denn über der Mesopause ändert sich das Verhalten der Luftteilchen beträchtlich: Sauerstoffmoleküle zerfallen in Atome, und durch die energiereiche Sonnenstrahlung entstehen elektrisch geladene Teilchen (Elektronen und Ionen), die elektromagnetischen Wellen reflektieren. Nach ihren Reflexionszonen unterteilt man die Ionosphäre in mehrere Regionen: Über der nur schwach ionisierten, noch mit der oberen Mesosphäre identischen D-Region (60–90 km) liegt in durchschnittlich 110 km Höhe die fast ununterbrochen reflektierende E-Region. Über dieser wiederum bildet sich tagsüber in 180 bis 250 km Höhe die F₁ - Schicht aus, die nur im Sommer auftritt, während die F₂ -Region ständig vorhanden ist (tagsüber 250– 400 km). Die F₁ - Schicht bricht die Kurzwellen. Dort toben oft gewaltige, von der Sonne ausgelöste magnetische Stürme, als deren Folge Störungen des Kurzwellenfunkverkehrs entstehen. Diese Stürme erzeugen das Licht- und Farbwunder des Polarlichts. – Der Luftdruck und die Dichte der Luft nehmen mit der Höhe rasch ab. Bei 18 km betragen sie nur noch ein Zehntel, bei 50 km ein Tausendstel und bei 100 km nur noch ein Millionstel des Bodenwerts. In den Höhen über der Thermosphäre, in der Exosphäre, werden Luftdruck und Dichte sehr gering, und Luftteilchen können aus dem Schwerefeld der Erde entweichen. Die Satellitenbeobachtungen machen deutlich, dass Dichte und Temperatur der hohen Atmosphäre zeitlich und örtlich stark veränderlich sind, und zwar vor allem in Abhängigkeit vom Sonnenaktivitätszyklus, sowie ferner, dass die Erde außerhalb der Atmosphäre von einer Zone sehr energiereicher Teilchenstrahlung (Strahlungsgürtel) umgeben ist, die bis etwa 32 000 km, zeitweise auch bis 45 000 km Entfernung reicht. Diese Teilchen (Protonen und Elektronen) stammen vorwiegend von der Sonne und sind im Magnetfeld der Erde fest gehalten. Sie sind eine Gefährdung für die Raumfahrt.