Schichten der Atmosphäre (interaktives Diagramm)
Entdecken Sie die Schichten der Erdatmosphäre (Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre, Thermosphäre, Exosphäre) in einem anklickbaren vertikalen Diagramm vom Boden bis zum Weltraum, inklusive Ozonschicht, Kármán-Linie und ISS-Umlaufbahn.
Liste der Schichten und Marker
| Name | Typ | Ungefähre Höhe | Beschreibung |
|---|---|---|---|
| Troposphäre | Atmosphärenschicht | 0–12km | Die bodennächste Schicht, in der fast das gesamte Wettergeschehen stattfindet: Wolken, Regen und Schnee. Die Temperatur sinkt mit der Höhe auf etwa -50 °C an der Obergrenze. |
| Reiseflughöhe von Verkehrsflugzeugen | Marker (Referenzhöhe) | 10–12km | Die typische Höhe, in der Langstreckenflugzeuge fliegen. Nahe der Grenze zwischen Troposphäre und Stratosphäre verbindet sich Treibstoffeffizienz mit ruhigerem Flug bei weniger Turbulenzen. |
| Stratosphäre | Atmosphärenschicht | 12–50km | Enthält die Ozonschicht, deren Absorption von UV-Strahlung die Temperatur mit der Höhe ansteigen lässt. Verkehrsflugzeuge fliegen meist im unteren, ruhigen und stabilen Teil dieser Schicht. |
| Ozonschicht | Marker (Referenzhöhe) | 15–35km | Ein Bereich innerhalb der Stratosphäre mit hoher Ozonkonzentration. Sie absorbiert den größten Teil der schädlichen UV-Strahlung der Sonne und schützt so das Leben am Boden. |
| Mesosphäre | Atmosphärenschicht | 50–85km | Die kälteste Schicht der Atmosphäre mit Temperaturen von fast -90 °C an ihrer Obergrenze. Die meisten Meteore (Sternschnuppen) verglühen in dieser Schicht. |
| Thermosphäre | Atmosphärenschicht | 85–600km | Absorbiert UV- und Röntgenstrahlung der Sonne, wodurch die Temperatur stark ansteigt. Hier entstehen Polarlichter, und die Internationale Raumstation (ISS) umkreist die Erde innerhalb dieser Schicht. |
| Kármán-Linie | Marker (Referenzhöhe) | 100km | Die Höhe, die die Fédération Aéronautique Internationale (FAI) als Grenze zum Weltraum definiert. Ein Flug oberhalb dieser Linie gilt allgemein als „Raumflug". |
| Höhenbereich der Polarlichter | Marker (Referenzhöhe) | 100–300km | Polarlichter entstehen, wenn Sonnenwindteilchen auf das Erdmagnetfeld und die Atmosphäre treffen, und werden vor allem in diesem Höhenbereich beobachtet, besonders in hohen Breiten. |
| Umlaufbahn der Internationalen Raumstation (ISS) | Marker (Referenzhöhe) | 400km | Die ungefähre Höhe, in der die ISS mit ihrer Langzeitbesatzung die Erde umkreist. Da hier noch Restatmosphäre vorhanden ist, sinkt die Bahn allmählich ab und muss regelmäßig angehoben werden. |
| Exosphäre | Atmosphärenschicht | 600–10000km | Die äußerste Schicht mit extrem dünner Luft, die ohne scharfe Obergrenze allmählich in den Weltraum übergeht. Die meisten Satelliten kreisen darunter, innerhalb der Thermosphäre. |
Was die Schichten der Atmosphäre sind
Dieses Werkzeug zeigt die Atmosphäre vom Boden bis in den Weltraum als ein einziges hohes Schaubild, unterteilt in Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre, Thermosphäre und Exosphäre. Markante Höhen — die Ozonschicht, die Kármán-Linie, die Umlaufbahn der Internationalen Raumstation — stehen auf derselben Skala.
Zuerst ist festzuhalten, dass diese fünf Schichten keine willkürlich gesetzten Höhenabschnitte sind: Sie werden dadurch bestimmt, wie sich die Temperatur mit dem Aufstieg verhält. In der Troposphäre sinkt sie mit der Höhe, in der Stratosphäre steigt sie, in der Mesosphäre sinkt sie wieder und in der Thermosphäre steigt sie erneut. Die Grenzen — Tropopause, Stratopause, Mesopause — liegen genau dort, wo diese Richtung umschlägt. Dichte und Zusammensetzung ziehen diese Linien nicht.
Die Stratosphäre erwärmt sich nach oben, weil das dortige Ozon ultraviolettes Licht aufnimmt und in Wärme verwandelt. Die Ozonschicht ist also nicht nur der Schirm, der schädliches Ultraviolett vom Boden fernhält, sondern das, was der Atmosphäre ihre Temperaturstruktur gibt. Kalte Luft unten und warme oben ist eine stabile Anordnung, die sich dem Umwälzen widersetzt, weshalb die Stratosphäre kaum vertikal durchmischt wird und fast keine Wolken kennt. Verkehrsflugzeuge reisen nahe der Obergrenze der Troposphäre, gerade um die Konvektion mit ihren Turbulenzen unter sich zu lassen.
Die Thermosphäre wird oft mit über 1.000 °C beschrieben, und doch würde man dort nichts von Wärme spüren. Temperatur misst, wie heftig sich einzelne Moleküle bewegen, nicht wie viel Wärme ankommt. Die Thermosphäre ist so dünn besetzt, dass kaum ein Molekül auf einen trifft und fast keine Wärme übertragen wird. Es ist eines der klarsten Beispiele dafür, dass eine hohe Temperatur und ein Wärmeempfinden zweierlei sind.
So wird es benutzt
- Eine Schicht im Schaubild anklicken Ihr Höhenbereich und ihre Eigenheiten erscheinen.
- Dem Temperaturverlauf folgen Jede Schicht kehrt die Richtung der darunterliegenden um. Die Wendepunkte werden sichtbar.
- Mit den markanten Höhen vergleichen Ozonschicht, Kármán-Linie und ISS-Bahn sind auf derselben Skala eingezeichnet.
- Zwischen Schaubild und Tabelle wechseln Erst die Lage bildlich zu fassen, macht die Zahlen der Tabelle einprägsamer.
Tipps für die Nutzung
- Klicken Sie auf jede der fünf farbig markierten Schichten, um zu vergleichen, wie sich die Temperatur zwischen ihnen ändert.
- Marker wie die Kármán-Linie oder die ISS-Umlaufbahn kennzeichnen eine bestimmte Höhe innerhalb einer Schicht — klicken Sie auch darauf für Details.
- Der Vergleich der Reiseflughöhe eines Verkehrsflugzeugs mit der Grenze zwischen Troposphäre und Stratosphäre veranschaulicht, warum Flugzeuge in dieser Höhe fliegen.
- Das Diagramm nutzt eine logarithmische Skala (der Anzeigebereich pro Kilometer wird mit zunehmender Höhe kleiner), damit der gesamte Bereich vom Boden bis zu Tausenden Kilometern Höhe auf einen Blick sichtbar ist.
Anwendungsfälle
Die Reihenfolge der Schichten für die Schule lernen
Übereinandergestellt prägt sich die Abfolge weit besser ein als die bloßen Namen.
Wissen wollen, wie hoch ein Flugzeug fliegt
Die Reiseflughöhe liegt nahe der Obergrenze der Troposphäre. Zugleich erklärt sich, warum man über dem Wetter fliegt.
Nachschlagen, wo der Weltraum beginnt
Die Kármán-Linie ist eine Übereinkunft nahe 100 km, keine physische Wand.
Die Höhe von Polarlichtern und Sternschnuppen prüfen
Beide spielen sich im oberen Teil des Schaubilds ab und lassen sich ihrer Schicht zuordnen.
Verwendete Begriffe
- Troposphäre
- Die Schicht vom Boden bis etwa zehn Kilometer. Fast alles Wettergeschehen findet hier statt, und die Temperatur sinkt mit der Höhe.
- Stratosphäre
- Die Schicht darüber. Ozon nimmt ultraviolettes Licht auf, daher steigt die Temperatur mit der Höhe.
- Mesosphäre
- Die Schicht über der Stratosphäre, in der die Temperatur wieder sinkt. Sternschnuppen verglühen ungefähr in dieser Höhe.
- Thermosphäre
- Die Schicht über der Mesosphäre. Ihre Temperatur ist sehr hoch, doch die Moleküle sind so spärlich, dass kaum Wärme übertragen wird.
- Ozonschicht
- Der Bereich innerhalb der Stratosphäre mit erhöhter Ozonkonzentration. Er nimmt Ultraviolett auf und schafft die Temperaturstruktur der Stratosphäre.
- Kármán-Linie
- Die vereinbarte Grenze zum Weltraum nahe 100 km. Sie hält eine Übereinkunft fest, keinen natürlichen Rand.
Häufig gestellte Fragen
Übrigens – warum der Himmel blau und der Weltraum tiefschwarz ist
Der Himmel erscheint tagsüber blau wegen eines Phänomens namens Rayleigh-Streuung: Sonnenlicht trifft auf Luftmoleküle in der Troposphäre, wobei kurzwelliges blaues Licht deutlich stärker gestreut wird als andere Farben. Mit zunehmender Höhe und dünner werdender Luft schwächt sich diese Streuung ab, sodass die Himmelsfarbe oberhalb der Stratosphäre allmählich von Blau zu nahezu Schwarz übergeht.
Die Grenzen zwischen den Atmosphärenschichten werden durch die Höhe definiert, an der sich die Richtung der Temperaturänderung umkehrt. In der Troposphäre sinkt die Temperatur mit zunehmender Höhe; sobald man jedoch in die Stratosphäre eintritt, lässt die Absorption von UV-Strahlung durch Ozon die Temperatur wieder ansteigen. Dieser Wendepunkt wird als „Pause" bezeichnet — Tropopause zwischen Troposphäre und Stratosphäre, Stratopause zwischen Stratosphäre und Mesosphäre und so weiter.
Eine Sternschnuppe ist ein winziges Staub- oder Gesteinsfragment aus dem Weltraum, das mit hoher Geschwindigkeit in die Erdatmosphäre eintritt und sich durch Reibung mit der Luft bis zum Leuchten erhitzt. Das geschieht überwiegend in der Mesosphäre (etwa 50-85 km Höhe), wo die meisten dieser Fragmente vollständig verglühen. In seltenen Fällen, in denen ein Fragment den Boden erreicht, spricht man von einem Meteoriten.