Die chemische zusammensetzung der atmosphäre

In der Troposphäre nimmt die Temperatur vom Erdboden bis zur Tropopause, der Obergrenze der Troposphäre, von circa 15 oC auf etwa -50 oC ab. Der Grund ist einerseits, dass die Troposphäre durch die Absorption der Solarstrahlung durch die Erdoberfläche hautsächlich von unten erwärmt wird. Andererseits werden die von der Erdoberfläche ausgesandten Wärmestrahlen in der unteren Troposphäre von den Treibhausgasen absorbiert. In der darüber liegenden Stratosphäre nimmt die Temperatur wieder zu, da ein Teil der Sonnenstrahlen in der Stratosphäre von dem hier konzentrierten Ozon absorbiert wird. Die Spaltung der Sauerstoffmoleküle durch UV-Strahlung erzeugt das Ozon. Die gegenüber der oberen Troposphäre höheren Temperaturen in der Stratosphäre begrenzen vertikale Luftbewegungen und schränken damit das Wettergeschehen auf die Troposphäre ein.
Wesentliche Prozesse des Wettergeschehens sind Verdunstung und Kondensation und die durch Temperaturunterschiede bedingte atmosphärische Bewegung. Werden feuchte Oberflächen erwärmt, entsteht durch Verdunstung Wasserdampf, der mit der erwärmten Luft aufsteigt und bei Abkühlung in flüssiges Wasser kondensiert. So kann auch die Bildung von Wolken und Niederschlag erklären. Bei der Verdunstung wird Energie verbraucht, die in dem entstehenden Wasserdampf gespeichert wird, als gebundene Wärme mit der Luft aufsteigt und bei Kondensation wieder frei wird. Wolken spielen eine wichtige Rolle im Energiehaushalt und sind sehr wichtig für das Klima.. Sie absorbieren und reflektieren sowohl die kurzwellige Sonnenstrahlung als auch die langwellige Wärmestrahlung. Der Effekt auf den Energiehaushalt der Erde ist eine leichte Abkühlung. Dabei wirken die niedrigen Wolken deutlich abkühlend, da bei ihnen die Reflexion der Solarstrahlung überwiegt, während die hohen Eiswolken (Siehe "Polare stratosphärische Wolken") einen erwärmenden Effekt haben, da sie wie Treibhausgase die Sonnestrahlung eher durchlassen, die Wärmestrahlung aber absorbieren. [12,18]




Das Ozon als Schutz der Erdatmosphäre

Jeder von uns kennt Licht. Das Licht kann man in ein so genanntes "Lichtspektrum" aufteilen:

Ultraviolett, Sichtbar und Infrarot. In der aufgezählten Reihenfolge nimmt die Wellenlänge des Lichtes zu, d.h. aber die Energie wird geringer. Deswegen ist das ultraviolette Licht für den Menschen das gefährlichere; der ultraviolette Bereich wird weiterhin in den UV-A, UV-B und UV-C Bereich unterteilt. Die Auflistung zeigt die Bereiche mit den entsprechenden Wellenlängen (Ein Nanometer = 1nm =

0,000 000 001 m).

UV-C Strahlung 200 nm - 280 nm kleine Wellenlänge,
UV-B Strahlung 280 nm - 320 nm hohe Energie

UV-A Strahlung 320 nm - 400 nm


400 nm (violett)


Sichtbarer Bereich


760 nm (rot)

infraroter Bereich 760 nm - 1 mm (1 000 000 nm) große Wellenlänge,
geringe Energie

[19]


[20]



Beim Durchgang des Sonnenlichts durch die Atmosphäre werden die einzelnen Strahlungsbereiche unterschiedlich stark absorbiert, je nach dem welche Stoffe sich in dem betrachteten Teil der Atmosphäre befinden. So unterscheidet sich die Zusammensetzung des Sonnenlichts (Sonnenspektrum) je nach betrachteter Höhe.
Ein ganz entscheidender Einfluss auf das Ausblenden verschiedener Bereiche des Sonnenlichts haben molekulare Sauerstoff (O2) und Ozon (O3). So wird Licht dessen Wellenlänge kleiner als 240 nm ist, von molekularem Sauerstoff absorbiert. Dieses Absorbieren von Licht entspricht einer Aufnahme von Energie. Das Molekül gerät in immer stärkere Bewegung (Schwingungen), bis es schließlich in die Atome zerfällt. Es sind jene Sauerstoff Atome, die dann wiederum durch Anlagerung an molekularem Sauerstoff Ozon bilden können. Ozon ist ein weiteres Molekül, das in der Lage ist, für uns schädliche Teile des Sonnenspektrums abzufangen. Die Fähigkeit des Ozons Licht zu absorbieren liegt in einem Wellenlängenbereich zwischen 200 und 310 nm. Die Absorptionsfähigkeit des Ozons nimmt mit zunehmender Wellenlänge ab. Wird nun die Ozonschicht dünner, kommt auch verstärkt Licht im Bereich zwischen 280 und 320 nm bis zur Erdoberfläche durch, also genau das Licht, das der gefährlichen UV-B Strahlung entspricht. [21]