Die Schutzhülle über unseren Köpfen

Andes Mountains as seen from Gemini 7 - GPN-2000-001067

400-mal leichter als Wasser, elastisch und Vorbedingung für die Ausbreitung von Schallwellen, sie ist so unentbehrlich für das Leben auf der Erde wie die Sonnenstrahlung und das Wasser: Luft.
Ein Gasgemisch aus Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid, Wasserdunst und einigen weiteren Gasen in geringerer Dosierung umgibt unseren Planeten und bildet eine lebenswichtige Schutzschicht. Die Atmosphäre schützt uns vor Meteoriten und gefährlichen Strahlen (in 30 000 Meter Höhe absorbiert die Ozonschicht den größten Teil der UV-Strahlung der Sonne), versorgt uns mit Sauerstoff und sorgt dafür, dass das Wasser, das von der Erdoberfläche verdunstet, über die Erdoberfläche verteilt wird. Zu jeder Zeit sind in etwa 13 000 Kubikkilometer Wasserdampf in der Atmosphäre enthalten (nur knapp 0,3% des atmosphärischen Wassers sind Wassertropfen in Form von Wolken). Der Wind trägt den Wasserdampf um die ganze Erde und der Wasserkreislauf sorgt dafür, dass diese gewaltige Menge im Laufe eines Jahres bis zu 36-mal ausgetauscht und erneuert wird. Gäbe es die Atmosphäre nicht, so hätten wir auf der Erdoberfläche Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht von fast 300 Grad Celsius und die weltweite Durchschnittstemperatur läge bei minus 18 Grad Celsius.
Die Anziehungskraft der Erde hält dieses Luftgemisch in Erdnähe. Wäre die Erde so klein wie der Mond, würde die Atmosphäre ins Weltall entweichen.
Aus der Distanz betrachtet und im Vergleich mit der Größe der Erde ist die Atmosphäre nur ein sehr dünner Film (siehe Bild oben). Lässt man die Erde in Gedanken schrumpfen auf die Größe einer Apfelsine, dann ist die Luftschicht, die die Erde umgibt, nur noch so dick wie das durchsichtige Papier, mit dem die Apfelsinen manchmal eingewickelt sind.
Die Atmosphäre macht nur etwa ein Millionstel der Erdmasse aus. Das machen aber immerhin noch 5·1015 Tonnen. Teilt man diese Zahl durch die 510 Millionen Quadratkilometer der Erdoberfläche, dann lasten auf jedem Quadratmeter 10 Tonnen (dass wir davon nichts merken, ist dadurch bedingt, dass unser Körper zum größten Teil nicht komprimierbar ist; und wo er es doch ist, ist er mit Luft gefüllt, deren Druck der Außenluft entspricht).
21% der Luftschicht, die die Erde umgibt, sind Sauerstoff, ein faszinierendes und lebenswichtiges Element, das zum ersten Mal vor etwa 2 Milliarden Jahren begann, in die Atmosphäre zu entweichen. Anderthalb Milliarden Jahre später, nachdem sich Landpflanzen immer mehr verbreiteten, stieg der Sauerstoffgehalt an und bildete schließlich vor rund 350 Millionen Jahren 21% des Gasgemischs, das die Erde umgibt, was dem heutigen Prozentsatz entspricht.
Die Geschichte des Sauerstoffs ist eng verbunden mit der Geschichte des Lebens auf unserem Planeten.  Jedes Sauerstoffatom besitzt 8 Elektronen, die sich um den Atomkern bewegen. Die Elektronen bilden die Atomhülle, auf der noch 2 weitere Elektronen Platz haben. Bei jeder sich bietenden Gelegenheit trachtet das Sauerstoffatom danach, 2 Elektronen an sich zu ziehen, was die Reaktionsfreudigkeit des Elementes erklärt. Forscher gehen davon aus, dass Sauerstoff ursprünglich (so wie alle für die Entstehung von Leben wichtigen Elemente) im Inneren sterbender Sterne entstand. Am Ende seiner Lebensphase fällt ein Stern in sich zusammen, was einen enormen Druck und enorm hohe Temperaturen verursacht. Leichtere Elemente werden so zu schwereren Elementen zusammengebacken und es entstehen neue Elemente. Schließlich fällt der Stern in sich zusammen und explodiert als Supernova. Seine Atome werden in das Weltall hinausgeschleudert. So geht eine von mehreren Theorien davon aus, dass solche Ur-Sauerstoffatome sich in der Ur-Atmosphäre der Erde mit Wasserstoffatomen, die den Ausgasungen der Ur-Vulkane entstammen, verbunden haben und die Entstehung der ersten Wassermoleküle auf der Erde ermöglicht haben. Nachdem sich die Erde ausreichend abgekühlt hatte, kam es zu einem Dauerregen von vielen Millionen Jahren, der die Ozeane entstehen ließ, in denen sich die ersten primitiven Lebensformen entwickeln konnten.
90% der gesamten Luft, die die Erde umgibt, sind in der untersten Schicht der Atmosphäre enthalten, der so genannten Troposphäre, in der sich auch das gesamte Wetter abspielt. Darüber wird die Luft progressiv dünner, bis sie schließlich ins luftleere Weltall übergeht.
An einem Tag atmet ein Mensch normalerweise mehr als 10 000 Liter Luft ein. So ist jeder von uns untrennbar mit der Luftschicht verbunden, die die Erde umgibt. Ohne Luft einzuatmen, können wir nur wenige Minuten überleben.
Extreme Ereignisse in der Atmosphäre und deren Folgen auf der Erdoberfläche halten uns von Zeit zu Zeit vor Augen, wie gewaltig die Naturkräfte sind.
Wenn negative Ladungen in einer Gewitterwolke von positiven Ladungen auf der Erdoberfläche angezogen werden, entstehen über hundert Kilometer lange Blitzkanäle mit Ladungen bis zu 100 Millionen Volt (die Ladung von mehr als 8 Millionen normalen Autobatterien). Jede Sekunde zucken mehrere Hundert Blitze durch die Atmosphäre (30 Millionen jeden Tag), in denen Temperaturen bis zu 30 000 Grad Celsius erreicht werden (das ist die fünffache Hitze der Sonnenoberfläche). Durch die extreme Erhitzung dehnt sich die Luft mit Überschallgeschwindigkeit aus und verursacht einen lauten Knall, den wir als Donner wahrnehmen.
Treffen warmfeuchte tropische Luftmassen mit kalttrockenen polaren Luftmassen zusammen, können sich zehn bis hundert Meter breite und außergewöhnlich schnell rotierende Wolkenrüssel aus kondensiertem Wasserdampf bilden, so genannte Tornados. Anhand der verursachten Schäden schätzen Experten, dass ein Tornado im Inneren des Rüssels Geschwindigkeiten bis zu 600 Kilometer pro Stunde erreichen kann. Tornados können Autos vom Boden abheben und kilometerweit durch die Luft tragen, ganze Gebäude zerstören, Bäume entwurzeln und Glasscherben und andere kleine Objekte durch die Luft schießen, die durch ihre hohe Fluggeschwindigkeit so gefährlich sind wie Gewehrkugeln. Über dem Mittleren Westen der USA bilden sich im Schnitt 800 bis 1000 Tornados jedes Jahr.

Die Atmosphäre ist ein Teil des Systems Erde. Chemische und physikalische Prozesse führten dazu, dass sich die Zusammensetzung der Atmosphäre im Laufe von Jahrmilliarden immer wieder gewandelt hat.

Weitere faszinierende Fakten über den wunderbaren Planeten finden Sie in: “Das ist unsere Welt” (356 Seiten; Paperback)

Das ist unsere Welt

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