Geo 121 AK

Gasgemisch der Erdatmosphäre

1013hPa
=> typischer Druck auf Meeresniveau

Da Wasser eine viel kleinere Dichte hat, wäre die Säule 13mal höher gewesen

78.05%      Stickstoff
20.95%   Sauerstoff
0.93%     Argon
> 0.036%   Kohlenstoffdioxid

- kalte Luft hat mit der Höhe eine höhere Luftdruckabnahme als warme Luft

- obere Grenzschicht der Troposphäre
- variable Höhe => In den Tropen höher als an Polen (15km zu 7km) => kühler am Äquator als an den Polen
- Wettersysteme und Jahreszeiten haben einen Einfluss auf die Lage der Troposphäre
- Grenze für Luftaustausch, ausser in den Tropen (durch Konvektion, Aufwinde kann Luft in Stratosphäre gelangen) und Tiefdruckgebieten in mittleren Gebieten

(Temperaturen im Bild in Kelvin (200 K = 70°C), Jahreszeit= Winter, da Temperatur schneller wieder auf der Achse)

- Luft ist kompressibel
- In hohen Luftschichten nimmt der Druck langsamer ab, wobei hohe Luftschichten dicker sind

Zustandsänderung eines thermodynamischen Systems, bei der mit der Umgebung Wärme ausgetauscht wird (offenes System). Die Erwärmung der Luft wird durch Strahlung z.B. in Bodennähe verursacht.

Es findet kein Austausch von Wärme mit der Umgebung statt. Das Luftpaket verhält sich wie ein ideales Gas ganz ungestört.

In der Atmosphäre sind die Luftbewegungen in freier Atmosphäre in der Regel adiabatisch, da Luft gut isoliert sein kann. Wenn die Luft adiabatisch aufsteigt und sich abkühlt, geschieht das aufgrund der Dichtabnahme.

- Nach Charles D. Keeling benannt, der Messmethode für CO₂ entwickelte.
- Kurve von CO₂-Konzentration
- Kurve zeigt Schwankungen:
           - Sommer: CO₂ Abnahme, da Pflanzen CO₂ aufnehmen
           - Winter: Pflanzen sterben ab => CO₂ Kurve steigt stark an

- Voraussetzung: adiabatische Bewegung => keine Kondensation oder Verdunstung (relative Luftfeuchtigkeit <<100%)

- Luftpaket steigt auf, Druck und Temperatur nehmen ab, das Volumen nimmt zu
- Die Energie muss erhalten bleiben (1. Hauptsatz der Thermodynamik & Gasgleichung)
- Trockenadiabatische Lapse Rate beträgt: -9.8°C/km

Bsp.: Fallwind des Föhns (ist die Luft über dem Berg, ist sie sehr trocken, da sie beim Aufstieg kondensiert)

- Brennbar, Hauptbestandteil von Erdgas
- Lecks in Erdgas-Prozessierung, => teilweise grosse Ausstösse von Methan
- Chemisch bindet es sich bspw. mit OH zu H₂O
- Entstehung: Gärung, Abbau organischer Stoffe ohne Sauerstoff (Sümpfe, Gewässer, Verdauung von Wiederkäuer)

h₀ = Starthöhe
h₁ = Zielhöhe
h_s = Konstante von 8400 m
 

unbedingt Meter verwenden

wird verwendet um z.B. Druckmessungen auf Meeresniveau umzurechnen (Druckreduktion)

= Veränderung der Temperatur pro Höhenunterschied

- oft in °C/km oder °C/m

- Wetterschicht
- 0-12km
- Temperatur nimmt gegen oben ab
- vermischt sehr stark
- enthölt 99% der Feuchtigkeit der Atmosphäre

Lehre von den physikalischen Vorhängen und Gesetzmässigkeiten in der Erdatmosphäre. Klimatologie als Unterbegriff von Meteorologie.

- Meteorologica von Aristoteles: Alles, was vom Himmel fällt oder dort gesehen wird. Hydro-Meteore (Wasser/Eispartikel aus der Atmosphäre)
- Meteoriten (extraterrestrische Objekte/ausserhalb der Atmosphäre -> Astronomie)

- Temperatur ist nicht klar definierbar (Atome haben viel Platz => grosse Geschwindigkeiten)
- Temperatur als Geschwindigkeit von Teilen steigt an

Der augenblickliche Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit.

- schlecht erforscht (zu Hoch für Ballon, zu tief für Satellit)
- Leuchtende Nachtwolken

Druck:
SI-Einheit: Pa (Pascal)
1 bar = 100'000 Pa
1 mbar = 100 Pa = 1 hPa

- Barometer (barys = schwer gedrückt, metron = Mass)
- Quecksilber-Barometer (Evangelista Torricelli fand heraus, dass der Druck der Atmosphäre die Quecksilbersäule um 760 mm stützen kann)
- Dosenbarometer
 

- Ausdehnung => mittels Thermometer (Quecksilber-Thermometer)

- Elektrische Spannung zwischen verschiedenen Metallen => Thermoelemente => Thyan Gerät

-  Elektrische Leitfähigkeit => Widerstandsthermometer

- Schallgeschwindikteit etc.

Das durchschnittliche Wetter/die statistische Beschreibung über eine Zeitperiode von Monaten bis zu Tausenden oder Millionen von Jahren.

«Climate is what we expect, wather is what we get» (Robert Heinlein, 1973)

Entstehung:
- Menschengemachte Prozesse (Verbrennung, Zementherstellung)
- Produkt der Zellatmung
- Abbau Biomasse

Bindung:
- Photosynthese

Vorkommen:
- Atmosphäre, Hydrosphäre, Lithosphäre, Biosphäre
- Kohlenstoffkreislauf

Beziehung zu Wasser:
- gut Wasserlöslich
- Im dauernden Austausch mit Ozeanen
- Gelöst in Wasser => Wasser wird sauer (Kohlensäure)

Sonstiges:
- Trockeneis: CO₂ in fester Form
- Schlechte Luft in Räumen ab ca. 1'000 ppm
- Giftig ab ca. 50'000 ppm

Gasförmige Hülle oberhalb der Erd/Planetenoberfläche.

CO₂ Konzentration von Eisbohrkernen
- tiefe Eisbohrungen (3km) zeigen einnen Wert von 260-280ppm

Schwankungen:
- Schwankungen zwischen Tag und Nacht aufgrund der Vegetation
- Buschfeuer in Afrika erhöhen Gehalt
- Messskala geht von ca. 300 ppm bis 390 ppm

(Schwingungen => elektrischer Dipol verändert sich => Infrarot kann absorbiert werden)

- Stratosphäre von Tropopause bis Stratopause (ca. 10 - 60km)
- Stratopause ca. 0°C, sehr trocken => keine Wolken ausser Zirren
- sehr langsame vertikale Mischung => stabile schichten
- schnelle horizontale Mischung => Staub und Wasserdampf verbleiben über Jahre (z.B. bei Vulkanausbrüchen beeinflusst Staub noch lange)
- Die Temperatur nimmt mit der Höhe etwas zu

Ozonschicht:
- Stratosphäre hat hohe Konzentration an Ozon
- Disauerstoff, Ozon reagieren mit Sonnenlicht => erwärmen sich und somit die Stratosphäre