Erdatmosphäre
Die Lufthülle, die Atmosphäre der Erde, ist ein physikalisches Gemisch aus verschiedenen Gasen. Trockene Luft setzt sich bis in etwa 60km Höhe zusammen. Sie wird durch verschiedene Parameter wie Luftdruck, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdichte und dem Temperaturgradient gekennzeichnet. Die untere Atmosphäre wird ihrerseits in die Troposphäre und Stratosphäre untergliedert. Die obere Atmosphäre wird in Ionosphäre und Exosphäre untergliedert. Luftdichte und Luftdruck nehmen mit der Höhe ab. Wegen der Turbulenzen (Verwirbelungen) in der Troposphäre geht diese Abnahme ungleichmäßig vor sich, wobei die Schwankungen von Jahreszeit und Breitengrad abhängig sind. Diese Schwankungen bereiten bei der Berechnung und dem Vergleich von Flugeigenschaften große Schwierigkeiten. Aus diesem Grund hat man sich weltweit auf die "Standardatmosphäre" als Normung geeinigt.
Bestandteile der Luft: - Sauerstoff (20,93%)
- Stickstoff (78,10%)
- Argon (0,93%)
- Kohlendioxyd (0,03%)
- Wasserstoff, Neon, Helium, Krypton und Xenon (0,01%)
Schichtung der Atmosphäre: Mit Zunahme der Höhe verändert sich die Zusammensetzung der Luft in Troposphäre und Stratosphäre nicht. Lediglich Luftdruck, Luftdichte und Temperatur nehmen ab. Die Temperatur (Temperaturgradient) sinkt linear um 0,65°C je 100 m Höhe bis in 11km Höhe und bleibt dann bis in 20km Höhe konstant bei -56,5°C. Die Erdatmosphäre lässt sich mit Hilfe des Temperaturverlaufs in vier Schichten unterteilen: Tropsphäre, Stratospäre, Mesosphäre und Thermosphäre. Der Übergang von einer zur nächsten Schicht erfolgt "weich". In etwa 6000km Höhe geht die Erdatmosphäre kontinuierlich in den Weltraum über.
Troposphäre (Wetterschicht):
mittlere Höhe 11km (am Äquator 17km, am Pol 8km), Die unterschiedliche Dicke dieser Schicht ergibt sich aus der Zentrifugalkraft infolge der Erdrotation. In diesem Bereich finden fast alle meteorologischen Erscheinungen (Wind, Wolken, Regen...) statt , in der Troposphäre sind 75% der gesamten Masse der Erdatmosphäre enthalten. Die Temperatur nimmt in dieser Sphäre sehr stark mit zunehmender Höhe ab. Nach oben hin bildet die Tropospause einen weichen Übergang zur Stratosphäre. Die Tropospause liegt in etwa 16km Höhe. In ihr steigt die Temperatur langsam wieder an.
Stratosphäre:
Diese Sphäre liegt ungefähr in einer Höhe zwischen 17 bis 50 km. Bei ca. 32km endet der Temperaturkonstantbereich von ca. 0°C. Mit zunehmender Höhe steigt die Temperatur mit ungefähr 2,5K/km. Grund für die Zunahme ist die Absorption von Strahlung an den Luftmolekülen, insbesondere in der Ozonschicht. Die Ozonschicht erreicht ihr Maximum zwischen 18 und 25 km. Nach oben hin bildet die Stratopause einen weichen Übergang zur Mesosphäre.
Mesosphäre:
Höhe von ca. 50 - 80km, 1% der Luftmasse, die Temperatur sinkt wieder auf ca. -90°C ab. Nach oben hin bildet die Mesopause einen weichen Übergang zur Thermosphäre.
Thermosphäre:
Höhe von ca. 80 - 400km, Heaviside-Schicht (reflektieren von Radiowellen). Eine weitere Schicht bildet die Ionospäre ab ca. 150 - 200km. In ihr entstehen Ionisationsprozesse durch Energieaufnahme aus UV-, Röntgen-, Elektronen-, oder radioaktiver Strahlung (Polarlichter). Dabei entstehen extrem hohe Temperaturen mit bis zu 1000°C.
Exosphäre:
Höhe ab 400km bis ca. 1000km, Temperaturen von ca. -273°C.
Es beginnt der fließende Übergang der äußersten Atmosphärenschicht in den freien Weltraum.
Standardatmosphäre:
Die Standardatmosphäre ist eine weltweite Normung der Troposphäre , damit Berechnungen zum Vergleich von z.B. Flugeigenschaften, Leistung usw. einheitlich berechnet und alle Instrumente einheitlich geeicht werden können. Sie ist eine ideale, d.h. eine nicht wirklich existierende Atmosphäre, die durch Formeln und Festwerte beschrieben wird. Diese Werte dienen unter anderem dazu, die barometrischen Fluginstrumente zu kalibrieren, so dass alle im Flugbetrieb befindlichen Geräte auf der gleichen Grundlage arbeiten, d.h. unter den gleichen atmosphärischen Bedingungen das gleiche anzeigen. Für Höhen über 20km wurden noch keine einheitlichen Standards vereinbart.
Standardatmosphäre:
Normort: 45. Breitengrad
Höhe: 0 m über Meeresspiegel
Luftdruck: 1013 hPa
Luftdichte: 1,225 kg/m³
Temperatur: 15°C = 288 K
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