Tropopause
Die Tropopause ist die wichtigste Grenzschicht der Erdatmosphäre und liegt bei uns durchschnittlich 10-12 km hoch. Sie ist durch eine deutliche Änderung im Temperaturverlauf charakterisiert und trennt die wetter-geprägte Troposphäre (untere Atmosphärenschicht, griech. τρóπος = Ort) von der darüber liegenden ruhigeren Stratosphäre.
Knapp unterhalb liegt die sog. Nullschicht, in der die troposphärischen Turbulenzen enden und weitgehend in horizontale, ausgleichende Winde zwischen Tief- und Hochdruckgebieten übergehen. Sie werden Strahlströme (engl. jet streams) genannt, die in relativ schmalen Bändern oft Windgeschwindigkeiten bis 400 km/h erreichen.
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Markante Grenzschicht oberhalb der Wolken
Die Tropopause stellt aus geophysikalischem Blickwinkel eine dünne, aber beständig über den ganzen Globus verlaufende Inversions-Schicht dar. Aufmerksame Laien können sie an der Verbreiterung mancher hohen Gewitterwolken erkennen, deren Aufsteigen dort abrupt endet.
Von der Erdoberfläche bis hinauf zur Tropopause sinkt die Lufttemperatur relativ gleichmäßig bis zu etwa -50 oder -60°C, bleibt aber dann konstant. An dieser Grenzschicht enden fast alle Turbulenzen des Wetters und daher auch die vertikale Durchmischung der Atmosphäre - insbesondere ihrer geringen, aber wichtigen Bestandteile Wasserdampf (0,5 - 5%) und Kohlenstoffdioxid (0,03 - 0,05%).
Daher gibt es oberhalb der Tropopause praktisch keine Wolken mehr, was jedem Flugpassagier eines Jets durch die oft fantastische Fernsicht auffällt. Wegen des fehlenden Luftaustausches macht man sich aber seit längerem Sorgen über die Luftverschmutzung durch den stark zunehmenden Flugverkehr.
Variable Höhe und Temperaturgradient
Die aktuelle Höhenlage der Tropopause hängt vom regionalen Wetter und der Jahreszeit ab. Generell verläuft sie in niedrigen Breiten (Äquatornähe) in etwa 15-18 km Höhe, liegt über Mitteleuropa durchschnittlich 10-12 km hoch und sinkt jenseits der Polarkreise auf meist nur 6-8 km Höhe. Diese Werte variieren merklich mit der Jahreszeit, wobei die geringeren Höhen im Winter auftreten.
An der Tropopause ändert sich plötzlich der Temperaturverlauf der Atmosphäre, insbesondere ihr Vertikalgradient. Während in der Troposphäre die Lufttemperatur mit der Höhe - abgesehen von kleineren Inversionen - um etwa 5-7° pro km sinkt (siehe auch "Normalatmosphäre" und die barometrische Höhenformel), bleibt die Temperatur oberhalb der Tropopause zunächst fast konstant bei unter -50°C. Mit zunehmender Höhe erwärmt sich die Stratosphäre wieder bis auf etwa 0°C (273 K). Die Temperaturerhöhung der hier schon äußerst dünnen Luft wird durch die Absorption der solaren UV-Strahlung (UV C+B) an den Molekülen des stratospärischen Ozon verursacht (chem. O3). Oberhalb von 15 - 20 km "schluckt" das Ozon fast das gesamte UV des Sonnenlichts, obwohl es (siehe unten) maximal 0,0005 Prozent ausmacht. Dadurch wird die Umgebung erwärmt, manche Luftteilchen werden dissoziiert und in größeren Höhen sogar ionisiert.
Entdeckung 1901/02 durch einen Ballonflug
Die Grenzschicht der Tropopause wurde in den Jahren 1901/1902 im Zuge eines spektakulären Ballonaufstiegs auf 11.000 Meter von R.Süring und A.Berson entdeckt. Die beiden Ballonfahrer fielen trotz guter Versorgung mit Sauerstoff zwischen 10 und 11km Höhe in eine tiefe Ohnmacht, zogen aber knapp vorher die lebensrettende Leine zum Sinken. Als der Luftdruck von nur mehr etwa 25% in rund 6.000 m Höhe wieder fast 50% betrug, erwachten sie gleichzeitig, konnten das rasche Absinken 2 km über dem Boden stabilisieren und eine glatte Landung herbeiführen.
Im Mai 1902 publizierten die Meteorologen Prof.Richard Aßmann aus Berlin - der Chef der o.e. Ballonfahrer - und der Franzose L.P. Teisserenc de Bort gleichzeitig über die Existenz einer darüber liegenden Stratosphäre. Denn der Ballon war etwas über die Tropopause hinaus gestiegen und die Forscher konnten so die nach oben nicht weiter sinkende Lufttemperatur nachweisen.
Durchstößt man im Flugzeug die Tropopause, kann es zu leichten Turbulenzen kommen (siehe auch Clear Air Turbulence CAT) ; darüber erwartet einen aber tiefes Himmelsblau - in dem schon ein kleiner Feldstecher die helleren Sterne zeigt - und kein nennenswertes Wettergeschehen. Nur an einigen heraufragenden "Wolkentürmen" lässt sich das irdische Wettergeschehen darunter erahnen.
Ein Lied und der Umweltschutz
Der altbekannte Schlager von Reinhard May "Über den Wolken - muss die Freiheit wohl grenzenlos sein!" trifft aber inzwischen nur mehr teilweise zu - denn die Menschheit ist mit ihrem stark zunehmenden Flugverkehr in diesen Höhen und dem lange nachwirkenden Ozongift FCKW dabei, diese bis 1950 fast unberührte Natursphäre zu gefährden:
Einerseits durch merkliche Zunahme von Aerosolen und Feinstäuben, andererseits was das Spurengas Ozon betrifft. Es tritt zwar erst oberhalb 20 km mit mehr als einigen Millionsteln auf, wirkt aber durch Erwärmung tief hinunter und "erzeugt" die Tropopause.
Weil diese (siehe oben) eine so markante Trennschicht ist, wird der Luftaustausch oben-unten verhindert und der Abbau künstlicher Schadstoffe verlangsamt. Nur manche Tiefdruckgebiete wirbeln so stark, dass im Föhn etwas stratosphärisches Ozon an die Erdoberfläche gelangt und die uns "vertrauten" Luftschichten in größere Höhen.
Weblinks
- Erdatmosphäre, Aufbau und Bild
- atmosphere/troposphere.html Atmosphere - what keeps us alive
- Berlin, Wiege der Stratosphärenforschung
- Bericht vom Ballonaufstieg
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