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Dez 07

Vorbild Natur: Teil 5: Die Atmosphäre – Die größte Verpackung der Natur

Sie ist unsichtbar, man kann sie weder sehen noch fühlen oder riechen, dennoch ist sie die wichtigste Verpackung, die die Natur hervorgebracht hat, denn ohne sie wäre kein Leben auf der Erde möglich. Von den kleinsten Insekten über die größten Säugetiere bis hin zu den Pflanzen – Alle sind auf die Atmosphäre angewiesen. Wie einzigartig und faszinierend sie ist, werden wir Ihnen in unserem letzten Teil der Serie Vorbild Natur vorstellen.

 

Weltallbild

 

Die lebensfreundliche Troposphäre

Die Atmosphäre besteht aus mehreren Schichten, die von der Erdoberfläche bis ins Weltall reichen. Das Leben spielt sich jedoch nur auf der untersten Schicht ab, der sogenannten „Troposphäre“. Hier befinden sich 90% der atmosphärischen Gasmoleküle. Ein wichtiger Bestandteil davon ist der in der Luft enthaltene Sauerstoff, den wir zum Atmen benötigen. Oberhalb der Troposphäre gibt es hiervon wenig, sodass ein Leben dort nicht stattfinden kann. Genauso lebensnotwendig ist das Kohlendioxid, das dafür sorgt, dass wir eine durchschnittliche Temperatur von 15 °C haben.

In der Troposphäre entsteht das Wetter. Ausgangspunkt für jedes Wetterphänomen ist die Erwärmung der Erdoberfläche durch die Sonneneinstrahlungen. Ein Teil der Wärme steigt wiederum durch Wasserdampf in die Höhe der Atmosphäre. Durch die Kondensierung des gasförmigen Wassers entstehen dann Wolken und Regen.

 

Atmosphärenschichten

 

Wie die Stratosphäre UV-Strahlen bremst

Über der Troposphäre befindet sich die „Stratosphäre“. Sie liegt aufgrund des Temperaturunterschieds wie ein Deckel über der Troposphäre. Während in der Troposphäre die Temperatur von unten nach oben sinkt, ist dies in der Stratosphäre umgekehrt. Grund hierfür ist, dass kalte Gase unten dicht zusammenbleiben, wohingegen sich weiter oben warme Luftmoleküle in alle Richtungen bewegen. Für die Temperaturzunahme ist vor allem das Ozon verantwortlich. Es sorgt dafür, dass die UV-Strahlen aus dem Sonnenlicht absorbiert werden. Ohne diese Ozonschicht würden die ultravioletten Strahlen ungebremst auf die Erde fallen und das Hautkrebsrisiko erheblich erhöhen. Trotz des Temperaturunterschieds zwischen den verschiedenen Höhenbereichen kann in der Stratosphäre kein Wetter entstehen, da die Luft dafür viel zu dünn ist.

 

Die Mesosphäre – Das Schutzschild der Erde

Die kälteste Schicht der Atmosphäre ist die sogenannte „Mesosphäre“. Sie befindet sich in ca. 50 km Höhe. Da die Luft dort extrem dünn und auch kaum Ozon vorhanden ist, sinkt die Temperatur in dieser Atmosphärenschicht wieder auf etwa -90 °C.

Die Mesosphäre übernimmt eine wichtige Aufgabe, indem sie Gesteinsbrocken aus dem Weltall verglühen lässt. Deshalb kann sie auch als Schutzschild der Erde bezeichnet werden, denn ohne diese „Atmosphärenbremse“ würden viele Gesteinsbrocken auf der Erde einschlagen. Das Verglühen von Gesteinsbrocken kann man sehr gut am Nachthimmel an den sogenannten Sternschnuppen erkennen.

 

Sternschnuppe verglüht

 

Wie die Thermosphäre Funkwellen verbreitet

Die „Thermosphäre“ befindet sich in einer Höhe von 85 bis 500 km. In der vorletzten Schicht der Atmosphäre kann die Temperatur auf 2000 °C ansteigen. Diese Wärme wäre jedoch am menschlichen Körper nicht fühlbar, da keine Luftmoleküle aufeinanderprallen. In dieser Atmosphärenschicht halten sich die Spaceshuttles wie auch die Internationale Raumstation ISS auf. Grund hierfür ist, dass die Erdanziehungskraft dort nicht ins All entweicht und somit die Raumstation ohne großen Kraftstoffverbrauch die Erde täglich 16-mal umrunden kann.

Die Gasteilchen in der Thermosphäre sorgen vor allem dafür, dass kosmische Strahlen eingefangen werden. Zusätzlich fangen sie die Energie kosmischer Radiowellen ein. Die Thermosphäre spielt deshalb eine wesentliche Rolle bei der Verbreitung von Funkwellen, die wir auf der Erde empfangen können.

 

 

Die Exosphäre – Der Übergang zum Weltall

Die letzte Schicht der Atmosphäre ist die „Exosphäre“, die ab einer Höhe von ca. 500 km beginnt. Mit zunehmender Höhe wird in der Exosphäre die Erdanziehungskraft immer geringer, bis zu dem Punkt, an dem die Gasmoleküle nicht mehr in der Atmosphäre gehalten werden können und deshalb ins Weltall entweichen.

Der Übergang zum Weltall ist jedoch fließend und somit ist eine exakte Grenzziehung nicht ganz einfach, da leichtere Gase bereits ab einer Höhe von 500 km entweichen, andere jedoch erst ab einer Höhe 10.000 km.

 

Die Luft als ideale Verpackung

Wie sich gezeigt hat, ist die Atmosphäre mit ihren unterschiedlichen Schichten die wichtigste Verpackung, die die Natur hervorgebracht hat. Ohne sie wäre unser kleiner Trabant vielen extremen Einwirkungen wie kosmischen Strahlen, Sonnenwinden, Meteoriten oder starken Temperaturschwankungen ausgesetzt.

Die Luft ist aber nicht nur zum Atmen wichtig, sie spielt auch in der Verpackungswelt eine wichtige Rolle. Beim Füllen und Polstern von Versandkartons wird gerne auf Luftkissen zurückgegriffen, um Hohlräume in Kartons zu füllen. Die Luftkissen bestehen aus 99% Luft, sind aber dennoch stabil genug, um den Kartoninhalt vor Stößen und Schlägen zu schützen. So kann man mithilfe von Luft ganz einfach einer Verpackung Stabilität verleihen.

 

Luftkissen_Luft_gefuellt

 

Quellen:

Kropp, Ruthild: Genial geschützt: Raffinierte Verpackungen in der Natur.

http://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/Stratosph%C3%A4re

http://www.atmos.physik.uni-wuppertal.de/atmosphaere/stratosphaere.html

https://de.wikipedia.org/wiki/Mesosph%C3%A4re

http://www.planet-wissen.de/natur/klima/erdatmosphaere/pwieaufbaudererdatmosphaere100.html

Bildquellen:

http://www.wetter.com/news/unsere-atmosphaere-keine-selbstverstaendlichkeit–_aid_20217.html

http://www.dlr.de/next/desktopdefault.aspx/tabid-6632/10891_read-24729/

http://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/perseiden-meteorstrom-wetter-zur-sternschnuppen-beobachtung-optimal-a-849492.html

http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2014/11/17/warum-leuchtet-eine-sternschnuppe/

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