DIE ATMOSPHÄRE Gliederung: Definition Aufbau Entwicklung Dipl. Ökol. Nina Harsch Institut für Didaktik der Chemie Westfälische Wilhelms-Universität Münster DIE ATMOSPHÄRE Gliederung: Definition Aufbau Entwicklung Heutige Zusammensetzung Luftschadstoffe Seminar „Luft, Wasser und Umweltbelastung“, SS 2012

Wie ist die Atmosphäre definiert? Hydrosphäre Lithosphäre Biosphäre Atmosphäre Erde Sphären der Erde Atmosphäre: griechisch: atmós - sphaira deutsch: Dunst - Kugel => Die Erde umgebende Lufthülle. Lithosphäre: Land Hydrosphäre: Wasser Biosphäre: Pflanzen, Tiere Durch die Gravitationskraft an die Erde gebunden. Direkt an der Erdoberfläche am dichtesten. Gemisch aus zahlreichen Gasen.

Wie ist die Atmosphäre aufgebaut? Druck und Dichte der Luft nehmen mit der Höhe ab. Nach: Allgemeine Meteorologie Nr. 1, Selbstverlag des Deutschen Wetterdienstes, Offenbach, 1987 (verändert) Ozonschicht: Maximale Dichte in ca. 20 km Höhe Höhenanganben: nur grobe Orientierung, da variabel (Bspl. Troposphäre an Polen weniger mächtig als am Äquator) 5 Sphären: Mitte = Meso => Mesosphäre Troposphäre: Leben, Wetterereignisse, ziviler Flugverkehr Stratosphäre: enthält Ozonschicht; Perlmutterwolken: sichtbar bis 2 Std. vor und nach dem Sonnenaufgang. Verkrümmung der Sonnenlichtstrahlen kann bewirken, dass man alle Regenbogenfarben sieht. Thermosphäre: enthält Ionenschicht = Ionosphäre  signifikante Mengen von Ionen und freien Elektronen  reflektiert kurze Funkwellen => hohe Relevanz für den weltweiten Funkverkehr Exosphäre: Übergang zum interplanetaren Raum Zwischen Sphären: “Pausen” => Tropopause, Stratopause, Mesopause, Thermopause (fehlt in Abb.) Temperaturverlauf: Troposphäre: T-Abnahme (- 0,5 bis - 0,7 °C pro 100 m)  Tropopause: ca. -50 °C Stratosphäre: T-Zunahme (Grund: Ozonschicht  O2-Spaltung setzt Energie frei => Erwärmung) Mesosphäre: T-Abnahme Thermosphäre: T-Zunahme (Grund: Ionenschicht) Exosphäre: theoretisch > 1000 °C, aber dies bezieht sich lediglich auf die Geschwindigkeit der Teilchen  Thermometer würde < 0 °C anzeigen  Grund: Gasdichte in dieser Höhe viel zu gering für messbaren Wärmetransport. Nach: Center for Science Education, University of California at Berkeley (verändert) Nach: Global Change Program, University of Michigan (verändert)

Wie hat sich die Atmosphäre entwickelt? 4,5 Mrd. 4,3 Mrd. 2 Mrd. Keine Atmosphäre. Meteoriteneinschläge, Vulkanausbrüche. Starke Erhitzung der Erde => Entgasung. 90 % Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid. Zunächst extremes Treibhausklima. Entweichen leichter Gase (z.B. H2) in den Weltraum. Langsame Abkühlung. Wasserdampf: Kondensation. Kohlenstoffdioxid: Lösung im Urozean. => Kalk. Zeitraum [Jahre vor heute] 2 % Sauerstoff. Photosynthese und Atmung. Nach: Glaubrecht et al., Begleitbuch Evolutionsausstellung Berliner Museum für Naturkunde, Prestel 2007 (verändert)

Wie ist die Luft heute zusammengesetzt? Nach: Schultz, Max Planck Institut für Meteorologie, Hamburg (verändert) Wasser- dampf: 0,4 - 4 % (variabel) 1 Vol % = 10 000 ppm 1 ppm = 1.000 ppb 1 ppb = 1.000 ppt

Einschub: „ppm / ppb / ppt“ Luft besteht aus 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff, 0,9 % Argon und 0,1 % Spurengasen. Diese 0,1 % beinhalten eine Vielzahl verschiedener Gase, die nur in verhältnismäßig sehr geringen Mengen in der Luft enthalten sind. Würde man diese in Prozent ausdrücken, müsste man mit sehr kleinen Zahlen arbeiten. Deshalb verwendet man für die Spurengase die Einheiten „parts per million (ppm)“, „parts per billion (ppb)“ und „parts per trillion (ppt)“. Das heißt: „Anzahl der Moleküle des entsprechenden Spurengases unter 1 Million bzw. 1 Milliarde bzw. 1 Billion „Luft“-Moleküle“: ppm = parts per million (Million ist das englische Wort für Million) 1 ppb = 1 Molekül unter 1.000.000 Molekülen ppb = parts per billion (Billion ist das englische Wort für Milliarde) 1 ppb = 1 Molekül unter 1.000.000.000 Molekülen ppt = parts per trillion (Trillion ist das englische Wort für Billion) 1 ppt = 1 Molekül unter 1.000.000.000.000 Molekülen Die Umrechnung erfolgt folgendermaßen: 1 Vol % = 10 000 ppm 1 ppm = 1.000 ppb 1 ppb = 1.000 ppt Diese Konzentrationsverhältnisse sind so gering, dass sie kaum vorstellbar sind, aber die moderne Wissenschaft kann sie nachweisen. Trotz dieser verhältnismäßig geringen Konzentration haben die Spurengase enorme Auswirkungen. Beispiele sind der Treibhauseffekt, Saurer Regen, Ozonsmog oder auch das Ozonloch.

Was sind Luftschadstoffe? Jedes Gas kann ein Luftschadstoff sein, wenn (a) oder (b) zutrifft: (a) Natürliche Luftkomponente in erhöhter Konzentration (z.B. CO2). (b) Unnatürliche Luftkomponente (z.B. FCKW). Woher kommen Luftschadstoffe? Industrie Schwefeldioxid (SO2) Kohlendioxid (CO2) Verkehr Kohlendioxid (CO2) Stickstoffdioxid (NO2) Agrarsektor Methan (CH4) Lachgas (N2O)