Grundlagen der Meteorologie - 4. Teil
1.3.3. Zusammensetzung der Luft
Die Luft ist ein Gasgemisch (ideales Gas) die bis zur Obergrenze der Atmosphäre reicht. Dabei erfolgt ab etwa 2-3 km ein allmählicher Übergang zum Weltall. Bis ca. 90 km existiert ein Stoffgemisch. Darüber findet eine Entmischung statt. Zuerst kommen die schweren, dann die leichten Teilchen. Ab etwa einer Höhe von 150 km kommt es zu einer Aufspaltung durch die UV-Strahlen.
Hauptbestandteile unserer Atmosphäre sind:
Stoffe Formelzeichen Volumenprozent
Stickstoff N2 78,084 %
Sauerstoff O2 20,946%
Argon Ar 0,934 %
Wasserdampf H2O 0-4 %
Dies macht bereits 99,96 Prozent der Atmosphäre aus.
Edelgase --- ---
Wasserstoff H2 0,5 x 10-4 %
Kohlendioxid CO2 2 bis 4 x 10-20 %
Methan CH4 1,2 bis 1,5 x 10-4 %
Schwefeldioxid SO2 0 bis 1 x 10-4 %
Ozon O3 0 bis 5 x 10-6 %
Radon Rn
Kohlenmonoxid CO
Distickstoffoxid N2O (Lachgas)
FCKW
Meteorologisch wichtige Stoffe dabei sind:
CO2 Kohlendioxid
H2O Wasserdampf
O3 Ozon
N2O Distickstoffoxid
Ab 150 km gibt es nur noch atomaren Sauerstoff. Von 150 bis 180 km – Dissoziation des Stickstoffes. In diesen Höhen folgen die schweren, dann die leichten Stoffe. UV-Strahlung ist für die Aufspaltung zuständig.
- Bedeutung von einigen Stoffen -atmosphärische Aerosole
Bedeutung von einigen Stoffen
CO2 – für Photosynthese- Umsetzung in einzelne
Bestandteile
- absorbiert die langwellige Strahlung der
Atmosphäre (Treibhauseffekt)
O3 - absorbiert die UV-Strahlung (exotherme
Reaktion à Freisetzung von Wärme)
H2O - Anteil ist sehr unterschiedlich in vertikaler
Sicht
- Wasserkreislauf zwischen Atmosphäre undErdoberfläche
- Latente Energie, Energie, um Wasser in den gasförmigen Zustand zu versetzen, damit dieses in die Atmosphäre aufsteigen kann.
Pn -Teil- oder Partialdruck von einem Stoff p= Pi
Atmosphärische Aerosole
Feste
z.B. Blütenstaub, Rußteilchen,
Staubteilchen und Seesalzpartikel | gelöste
SO4 (Sulfate, NH4 (Ammonium), NO3 (Nitrate),
FE (Eisen), Pb (Blei) |
Stoffe
Bedeutung: Ermöglichung der Wolken- und Niederschlagsbildung. Die Luftfeuchte kann kleiner als 100% sein, um Sättigung zu erreichen. Optische Erscheinung: Blaue Sonne bei Waldbränden in Kanada 1950, Biphon - Ring, oft rot um die Sonne durch Krakatoaausbruch, Haloerscheinungen
- Die Bedeutung des Ozons und der elektrisch geladenen Teilchen
Ozon hat die Aufgabe, die UV-Strahlung zu absorbieren. Es kommt in einem Bereich von 20 bis 50km Höhe vor, wobei sein Maximum bei etwa 25 km liegt. Eigenschaften von Ozon: bläuliches Gas, nicht aber das Himmelsblau, stark giftig, stechender Geruch, der in Richtung von Chlor geht, sehr reaktionsfreudig (Gummischläuche sind in wenigen Sekunden zerstört; oxidiert Quecksilber und Silber)
Ozonbildung
O2 + h x v à O + O
O + O2 + M à O3 + M
Die UV-Strahlung im Wellenlängenbereich von 0,18-0,3µM bildet das meiste Ozon.
Ozonzerfall (Rekombination)
O3 + h x v à O2 + O
O3 + O à 2O2 stark exotherm
H - Plansches Wirkungsquantum
V - Wellenfrequenz
M - Katalysator (N2)
Es existiert ein dynamisches Gleichgewicht zwischen Bildung und Zerfall des Ozons. Der Ozongehalt gliedert sich in Banden. Das sind Bereiche, in der der Stoff besonders stark auftritt.
Harthley Bande 0,23-0,29 µm
Haegins Bande 0,29-0,37µm
Chappins Bande 0,43-0,72µm
Dieses sind ausgestrahlte Bereiche der Sonne (UV-Strahlung).Weiterhin ist der Ozongehalt abhängig von der geografischen Breite und von der Jahreszeit
Einflüsse auf das Ozon
1. FCKW mit 600 x 106 kg
2. N2O mit 124 x 106 t à künstliche Düngung
Weltweit 90000 Gewitter pro Tag, Blitze erzeugen N2O, dieses zerstört Ozon
3. Luftverkehr (Überschall) Bei der Verbrennung entstehen Stickoxide, diese vermindern den Ozongehalt.
Elektrisch leitende Schichten
D-Schicht 60-90 km (reflektiert)
O2 + h x v à O2+ + e
N2 + h x v à N2+ + e
O + h x v à O+ + e
Langwelle; Sie existiert nur am Tag, solange die Sonne scheint. Nachteil ist, das Kurz- und Mittelwellen absorbiert werden.
E-Schicht 90-150 km
O2 + h x v à O2+ + e
N2 + h x v à N2+ + e
O + h x v à O+ + e
Sie existiert nur am Tag, reflektiert Lang- und Mittelwellen
F1 180-240 km
F2 240-400 km
Reflektiert Kurzwellen und löst sich nicht auf. Sie ist beständig durch Teilchenstrahlung.
nächste Ausgabe
1.3.4. Aufbau der Atmosphäre
aus den Aufzeichnungen der Lehrzeit beim DWD und dem Meteorologischen Dienst der DDR
Marco Ringel, Dezember 2001
