Zusammensetzung der Luft

Unsere Erde ist in drei Bereiche unterteilt, die untereinander in enger Wechselbeziehung stehen und in denen sich das menschliche Leben abspielt: die Atmosphare (Lufthiille), die Hydrosphare (Wasserhulle) und die Lithosphare (Gesteinsmantel). Die Atmosphare ist von diesen drei Bereichen nicht nur der massenmaBig kleinste, sondem vom chemischen Ge – sichtspunkt her auch der am einfachsten aufgebaute. Indem die Atmosphare UV-Strahlung aus dem Weltall weitgehend absorbiert, lebensnotwendiges Sonnenlicht zu den Oberfla – chen der Kontinente und Ozeane durchlasst und mit ihren Spurengasen den Warmehaushalt und das Klima reguliert, ermoglicht sie das Leben auf der Erde. Sie ist neben dem Wasser auch Transportmittel fur naturliche und anthropogene (vom Menschen verursachte) Emis – sionen sowie fur Warmeenergie. Die Gase der Atmosphare sind fur die chemischen Eigen – schaften des Regens verantwortlich und beeinflussen damit die Verwitterungsprozesse auf der Erde.

Die Untergliederung der Atmosphare kann nach verschiedenen KenngroBen erfolgen. Am bekanntesten und wohl auch am gebrauchlichsten ist die Unterteilung nach der Temperatur. Bis in ca. 12 km Hohe reicht die Troposphare als die unterste atmospharische Schicht. In der Troposphare leben wir Menschen, hier spielt sich das Wettergeschehen ab. Danach er – streckt sich bis in etwa 50 km Hohe die Stratosphare, gefolgt von der Mesosphare (bis ca. 90 km). In der Troposphare sinkt die Temperatur pro km Hohe um etwa 6°C. In der dartiber

R. Benedix, Bauchemie, DOI 10.1007/978-3-8348-9944-6_5,

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liegenden Stratosphare steigt die Temperatur mit zunehmender Hohe wieder an. Die Ho – henbereiche der Umkehrpunkte der Temperatur nennt man Pausen. Die Tropopause (in ca. 12 km Hohe) trennt die Troposphare von der Stratosphare, das Temperaturminimum liegt bei etwa -60°C.

Die Troposphare enthalt ca. 80% der gesamten Luft. Aufgrund der standigen Durchmi – schung kann die Zusammensetzung der Luft an der Erdoberflache als reprasentativ fur die Luftzusammensetzung iiberhaupt angesehen werden. Tab. 5.1 enthalt die mittlere Zusam­mensetzung von trockener Luft. Sie besteht zu 99,03% aus Stickstoff und Sauerstoff. An dritter Stelle folgt nicht, wie oft angenommen, Kohlendioxid, sondem das Edelgas Argon mit einem Volumenanteil von 0,934%. Alle anderen Bestandteile liegen unter 0,1%, sie werden als Spurengase bezeichnet. Ihre Konzentration wird nicht mehr in Prozent, son­dem meist in ppm (parts per million, Teile von einer Million; 1 ppm = 10-6 => 1 mg pro kg bzw. 1 ml pro m3 ) oder in ppb (Teile von einer Milliarde, 1 ppb = 10-9 => 1 gg pro kg bzw. 1 gl pro m3) angegeben.

Tabelle 5.1 Mittlere Zusammensetzung von trockener Luft in der Troposphare (Bezugsjahr 1992, [UC 1])

Bestandteil

Formel

Volumenanteil

Stickstoff

n2

78,084

%

Sauerstoff

o2

20,946

%

Argon

Ar

0,935

%

Kohlendioxid

co2

0,0354 % (354 ppm) a)

Neon

Ne

18,18

ppm

Helium

He

5,24

ppm

Methan

CH4

1,7…

1,8 ppm

Krypton

Kr

U4

ppm

Wasserstoff

H2

0,56

ppm

Distickstoffmonoxid

N20

0,31

ppm

Xenon

Xe

87

ppb

Kohlenmonoxid b^

CO

зо…:

250 ppb

Ozon

o3

10…

100 ppb

Stickstoffdioxid

no2

10…

100 ppb

Schwefeldioxid

so2

< 1…

50 ppb

Gehalt im Jahr 2009: 385 ppm [IPCC], ^ Starke zeitliche Fluktuationen.

Wasserdampf ist in Tab. 5.1 nicht aufgefuhrt, da sich die Angaben nur auf trockene Luft beziehen. Der Wasserdampf bleibt bei der Diskussion der Luftzusammensetzung meist unberucksichtigt, da sein Volumenanteil starken Schwankungen unterliegt. Er erstreckt sich von Bruchteilen eines Prozentes an kalten, klaren Wintertagen bis zu etwa 4% an schwulheiBen Sommertagen. Stellt man den Volumenanteilen in Tab. 5.1 diejenigen ge – geniiber, die fur „normale Luft66 mit einem mittleren Wasserdampfgehalt von etwa 2% er – halten werden (N2 76,6%, 02 20,5%, H20-Dampf 2%, Ar 0,9%, C02 0,034%), kommt man zu einem uberraschenden Ergebnis: Nicht das Edelgas Argon, sondem Wasserdampf ist das dritthaufigste Gas in der Atmosphare. Da H20-Dampf ein effektives Treibhausgas ist, kommt diesem Resultat groBte Bedeutung im Hinblick auf die Temperaturregulierung

auf der Erde zu (Кар. 5.4.3.3). Abgesehen von einigen Spurengasen ist die Zusammenset- zung der Luft seit Millionen Jahren weitgehend konstant. Da es aber gerade die Spurengase Kohlendioxid (C02), Ozon (03), Methan (СТЦ) und Distickstoffmonoxid (N20) sind, deren Konzentration in den letzten 150 Jahren stetig im Ansteigen begriffen ist und die in direk – ter Beziehung zu den klimatischen Verhaltnissen stehen, gewinnt der Mensch durch seine industrielle Tatigkeit und seinen Verbrauch an fossiler Energie zunehmend Einfluss auf das Klima. Es ist eine der groBten Herausforderungen unserer Zeit, den anthropogenen Einfluss auf die globalen Temperatur – und Klimaverhaltnisse zu kontrollieren und zuriick- zudrangen.