Atmosphäre und Klima

Die Entstehung unserer Atmosphäre

Kurz nach der Entstehung der Erde vor etwa 4,5 Milliarden Jahren sah unser Planet wahrscheinlich so aus wie der Jupiter oder andere Riesenplaneten. Gewaltige Schichten aus Wasserstoff und Helium umhüllten einen sehr dichten Kern. Im weiteren Verlauf der Erdgeschichte ging ein Grossteil dieser ersten Atmosphäre verloren. Vermutlich wurde sie durch intensive Sonneneinstrahlung ausgezehrt. Dies stützt die Tatsache, dass Edelgase wie Neon oder Xenon im Vergleich zu ihrer Häufigkeit im Kosmos in unserer Atmosphäre nur in verschwindend geringen Mengen zu finden sind.

Die Uratmosphäre der Erde

Die Erdoberfläche war wahrscheinlich viele Millionen Jahre lang in einem flüssigem Zustand. Sie begann sich erst langsam zu verfestigen. Beim Prozess der Krustenbildung und den häufigen Vulkanausbrüchen wurden grosse Mengen an Gasen, wie Stickstoff, Ammoniak, Kohlenmonoxid, Methan, Kohlendioxid sowie Wasserdampf frei. Diese Mischung wird noch heuten von Vulkanen ausgestossen. Diese Uratmosphäre war sehr lebensfeindlich und enthielt vermutlich nur Spuren von Sauerstoff.

Die Entstehung der Meere und des in ihr befindlichen Lebens


Im Laufe der Zeit kühlte die Erde immer mehr ab. Als die Oberflächentemperatur unter 100°C fiel, konnte der atmosphärische Wasserdampf kondensieren und als Regen niederfallen. Der Niederschlag sammelte sich in Mulden. So bildeten sich die ersten Seen und die Meere. In diese Gewässer gelangten erste grössere organische Moleküle, entstanden durch die ultraviolette Strahlung und durch elektrische Entladungen. Diese organischen Moleküle schlossen sich dort zu immer komplexeren organischen Verbindungen zusammen. In Tiefen von mehr als 10 m, weiter kann die ultraviolette Strahlung nicht eindringen, entwickelten sich erste primitive Pflanzen, wahrscheinlich Algen. Nach fossilen Zeugnissen erschienen sie etwa vor 3 Milliarden Jahren. Sie produzierten ihre Nahrung mit Hilfe der Photosynthese. Dies ist eine Art Stoffwechsel, bei dem das Chlorophyll anorganische Moleküle, wie Kohlenstoff und Wasser, unter Heranziehung der Sonnenstrahlen in Sauerstoff, Wasserstoff und Kohlenstoff spaltet und daraus komplexe organische Stoffe wie Zucker, Stärke, Fette usw. aufbaut. Der bei diesem Prozess entstehende Sauerstoff floss in die Atmosphäre ab. Dort spaltete die ultraviolette Strahlung einen Teil der Moleküle des Sauerstoffs in atomaren Sauerstoff auf. Dieser verband sich wiederum mit den Sauerstoffmolekülen zu Ozon. Das Ozon absorbiert ultraviolette Strahlung, indem es durch die Strahlung gespalten, wieder in molekularen und atomaren Sauerstoff zerfällt. Ozon wird daher ständig neu gebildet. Das Ausmass ist von der Menge des auftreffenden ultravioletten Lichts abhängig. Der von den ersten Pflanzen eingeleitete Prozess der Photosynthese liess die Konzentration an Sauerstoff und Ozon in der Uratmosphäre gleichmässig ansteigen. Schliesslich verringerte sich die Menge der bis zur Erdoberfläche durchdringenden Reststrahlung so stark, dass nur noch die oberen Zentimeter des Meerwassers betroffen waren. In tieferen Bereichen entwickelte sich nun eine grosse Zahl von Meereslebewesen. Auch die Pflanzenwelt unter Wasser entwickelte sich zusehends und immer grössere Mengen an Sauerstoff flossen in die Atmosphäre ab. Im späten Silur, vor etwa 420 Millionen Jahren, lag der Gehalt von Ozon und Sauerstoff nur noch knapp 10 % unter dem heutigen Wert. Ab diesem Zeitraum siedelten sich erste Pflanzen auf dem Land an. 30 Millionen Jahre später, im frühen Devon, bedeckten bereits ausgedehnte Wälder die Erde. Der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre stieg entsprechend schneller an, bis schliesslich im späten Devon die Voraussetzung für das Erscheinen erster Landtiere, wie Gliederfüsser und Amphibien, gegeben war.

Die Zusammensetzung unserer Atmosphäre

Der Mensch macht täglich unzählige von Atemzügen. Doch ist uns eigentlich bewusst, was wir da so alles einatmen und aus was unsere Luft so eigentlich besteht ? Sie enthält zunächst einmal 78,09% Stickstoff. Ihr Sauerstoffgehalt beläuft sich auf 20,95%. 0,93% der Luft bestehen aus Argon. Die restlichen 0,03% verteilen sich auf Kohlendioxid, das die Pflanzen zur Photosynthese benötigen, ferner sind sehr kleine Mengen an Neon, Helium, Ozon und Wasserstoff vorhanden. Auch Spuren von Krypton, Methan, Xenon und ein paar anderen Gasen mischen sich darunter. Auch Wasserdampf ist ein wichtiger Bestandteil unserer Atmosphäre. Er nimmt bis zu 4% des Atmosphärenvolumens ein. Sein Gewichtsanteil beträgt 3% der Atmosphäre. Ebenfalls kleinste Bestandteilchen sich Salz, Rauch, Staub aus Vulkanausbrüchen sowie zivilisationsbedingte Verunreinigungen. Die Staubpartikel aus Vulkanausbrüchen werden in die tiefere Stratosphäre geschleudert und können dort jahrelang zirkulieren, ehe sie wieder absinken. Die Zusammensetzung der Atmosphäre ist bis zu einer Höhe von 50 Km relativ konstant, abgesehen von einem grösseren Vorkommen an Wasserdampf in der Troposphäre bis etwa 12 Km Höhe und Konzentrationen von Ozon in der Stratosphäre zwischen 15 und 35 Km Höhe.

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