Homosphär

Vu Wikipedia
Op d'Navigatioun wiesselen Op d'Siche wiesselen
Duerchschnëttlech Temperatur a molar Mass vun der Loft an Ofhängegkeet vun der Héicht.
An enger Héicht vun zirka 100 km ännert sech d'Charakteristik vun de béide Béi. Hei läit d'Grenz tëscht Homosphär (ënnen) an Heterosphär (uewen).

Nieft der normaler Andeelung vun enger Atmosphär a speziell vun der Äerdatmosphär no hirem vertikalen Temperaturgradient ass an der Meteorologie och den Ënnerscheed tëscht Homosphär (vum griich. homós "gläich") an Heterosphär (vum griich. heteros "ongläich") gebräichlech. An der Homosphär sinn d'Atmosphäregase gutt duerchmëscht, an der Heterosphär déi driwwer läit fänken d'Atmosphärbestanddeeler u fir sech z'entmësche wann Héicht méi grouss gëtt.

Den Iwwerganksberäich tëscht de béide Sphäre gëtt als Homopaus oder Turbopaus bezeechent, si läit am Fall vun der Äerd an enger Héicht vu ronn 80 bis 120 Kilometer.

Skalenhéicht an Entmëschung[änneren | Quelltext änneren]

No der Boltzmann-Statistik hëlt d'Dicht vun engem Gas, deen an engem homogene Gravitatiounsfeld am thermesche Gläichgewiicht ass, exponentiell mat der Héicht of. D'Héichtendifferenz H, iwwer déi ewech d'Dicht all Kéier ëm ee Faktor e = 2,718... fält, ass d'Skalenhéicht vun der betreffender Atmosphär, an et gëllt:

mat

R : universell Gaskonstant
T : absolut Temperatur
M : molar Mass
g : Äerdacceleratioun

Well d'Gasen, aus deenen d'Äerdatmosphär besteet, ënnerschiddlech molar Massen hunn, sinn och d'Skalenhéichte vun deene Loftbestanddeeler zum Deel ganz verschidden. Fir eng Temperatur vun 0 °C beispillsweis sinn d'Skalenhéichte vun[1]

Argon : H = 5.980 m
molekularem Sauerstoff : H = 7.480 m
molekularem Waasserstoff : H = 119.500 m.

Och wann déi idealiséiert Viraussetzunge fir déi beispillhaft Rechnungen an der realer Äerdatmosphär net strikt erfëllt sinn (besonnesch d'Lofttemperatur an ënnerschiddlechen Héichten opfalend variabel ass), sou wier trotzdeem grondsätzlech z'erwaarden, datt d'Atmosphär sech deelweis entmëscht, datt also déi schwéier Bestanddeeler mat niddreger Skalenhéicht sech a Buedemhéicht konzentréieren an a gréisseren Héichten déi liicht Bestanddeeler mat grousser Skalenhéicht dominéieren.

Homosphär[änneren | Quelltext änneren]

D'Observatioun weist awer, datt an der Troposphär an am Wiesentlechen och an der Stratosphär an an der Mesosphär d'Zesummesetzung vun der Atmosphär praktesch onofhängeg vun der Héicht ass. Turbulenzen a groussräimeg Vertikalbewegungen duerchmëschen d'Atmosphär an deem Beräich konvektiv sou wierksam, datt sech keng Entmëschung duerchsetze kann. Déi gutt duerchmëschte Schicht, déi sech bis an eng Héicht vu ronn 100 km erstreckt, gëtt als Homosphär bezeechent.[2]

Wéinst der konstanter Zesummesetzung weist d'Gemësch "Loft" bis an eng Héicht vun zirka 80 km[3] stänneg déiselwecht mëttelst Molmass vun ongeféier 29 g/mol op. Barometresch Héichteformele kënnen dofir d'Loft bis an déi Héichten als eenheetlecht Gas mat där Molmass behandelen.

Allerdéngs hëlt de Waasserdampgehalt an der Troposphär mat der Héicht staark of, well déi mat der Héicht ofhuelend Temperatur ëmmer manner maximal Dampdréck zouléisst. Sou ass de Waasserdampdrock an 10 km Héicht typescherweis op ongeféier 1  vum Buedemwäert gefall (de Loftdrock dogéint nëmmen op 25 % vum Buedemdrock).[4]

Och d'héichtenofhängeg Ozonbildung an aner Spuregase féieren zu enger selwechter héichtenofhängeger Konzentratioun déier Loftkomponenten.[3]

D'Homosphär vun der Äerd huet mat iwwer 99,9 % vun den Deelercher den haaptsächlechen Deel vun der Atmosphär. D'Héicht vun 100 km (Kármán-Linn) gëtt säitens vun der Fédération Aéronautique Internationale als Grenz zum Weltraum ugesinn, well hei (bei enger Temperatur vun −80 °C an engem Loftdrock vun 0,03 Pascal, also 0,00003 % vum Loftdrock op Miereshéicht)[5] déi zum Erhale vum Opdriff gebrauchte Fluchvitess de Wäert vun der Bunnvitess erreecht, déi zum Erhale vun enger Äerdëmlafbunn benotzt gëtt. D'Definitioun vun der Grenz tëscht Loft- a Weltraum ass international wäitgoend unerkannt, obwuel zum Beispill d'NASA déi Grenz divergent scho bei der Mesopaus usetzt.

Heterosphär[änneren | Quelltext änneren]

A gréisseren Héichten trieden wéinst der zouhuelender fräier Weelängte (a Buedemhéicht: ongeféier 0,06 μm, an 100 km Héicht: ongeféier 15 cm, an 200 km Héicht: ongeféier 200 m[1]) vun der Molmass ofhängeg molekular Diffusiounsvirgäng ervir. Soumat fënnt an deem als Heterosphär bezeechente Beräich déi vun der Boltzmann-Statistik verlaangte gaskinetesch Entmëschung wierklech statt:[1] z. B. ass déi mëttels Molmass vun der Loft an 700 km Héicht op ongeféier 16 g/mol zréckgaangen (entsprécht atomarem Sauerstoff) a fält a nach gréisseren Héichten op 4 g/mol (Helium) an zum Schluss 1 g/mol (Waasserstoff).[6]

Déi grouss fräi Weelängten bewierken, datt sech d'Gasdeelercher kaum méi zu kollektive Beweegungsvirgäng zesummefanne kënnen, sou datt et an der Heterosphär praktesch keng Wande méi gëttt. Dämpend opsteigend Rakéite ginn dofirr an der Homosphär meeschtens duerch Héichtewande mat wiesselnder Richtung verschleeft, ouni datt sech hiren Duerchmiesser essentiell ännert, wärend si an der Heterosphär séier auseneendiffundéieren.[6]

Nieft der gaskinetescher Entmëschung verréckelen och duerch d'Ultraviolettstralung vun der Sonn ausgeléiste Dissoziatiounsvirgäng d'Zesummesetzung vun der Atmosphär. Iwwer ongeféier 80 km Héicht dissoziéieren Kuelendioxid an déi verbliwwe Reschter vu Waasserdamp. D'Dissoziatioun vun O2-Molekülle an O-Atome, déi schonn an enger Héicht vu ronn 30 km ufänkt an do zu der Bildung vun Ozon féiert, entwéckelt op enger Héicht vun 100 km nëmme nach fräi O-Atome. Iwwer 150 km existéieren nëmme nach Spuren vun O2.[7]

Referenzen[Quelltext änneren]

  1. 1,0 1,1 1,2 W. Roedel: Physik unserer Umwelt: Die Atmosphäre. 3. Auflage. Springer, Berlin 2000, ISBN 3-540-67180-3. S. 63
  2. G. H. Liljequist, K. Cehak: Allgemeine Meteorologie. 3. Oplo. Vieweg, Braunschweig/Wiesbaden 1994, ISBN 3-528-23555-1, S. 380
  3. 3,0 3,1 F. Möller: Einführung in die Meteorologie. Band 1, BI-Wissenschaftsverlag, Mannheim/Wien/Zürich 1991, ISBN 3-411-00276-X, S. 52
  4. F. Möller: Einführung in die Meteorologie. Band 1, BI-Wissenschaftsverlag, Mannheim/Wien/Zürich 1991, ISBN 3-411-00276-X, S. 140
  5. NOAA, NASA, USAF: U.S. Standard Atmosphere, 1976, Washington, D.C. 1976, S. 68: für Z = 100000 m: t = -78.07 °C, P = 3,2011e-4 mb, P/P0 = 3,1593e-7
  6. 6,0 6,1 F. Möller: Einführung in die Meteorologie. Band 1, BI-Wissenschaftsverlag, Mannheim/Wien/Zürich 1991, ISBN 3-411-00276-X, S. 55
  7. F. Möller: Einführung in die Meteorologie. Band 1, BI-Wissenschaftsverlag, Mannheim/Wien/Zürich 1991, ISBN 3-411-00276-X, S. 54