Luft

Hast du dir schon einmal die Frage gestellt, woher eigentlich unsere Luft, die wir atmen, kommt? Oder vielleicht, woraus sie besteht und wie sie entstand?

Die Luft und der in ihr enthaltene Sauerstoff ist nicht nur für uns Menschen lebensnotwendig. Fast alle Lebewesen benötigen Sauerstoff zum Leben. Würde es allerdings sehr viel mehr Sauerstoff in der Atemluft geben, so wäre das ziemlich giftig für uns. Viel weniger Sauerstoff in der Luft wäre allerdings genauso schädlich. Der in der Luft enthaltene Wasserdampf und der Stickstoff, sowie das Kohlenstoffdioxid (auch Kohlendioxid genannt) sind für das Leben auf unserem Planeten notwendig.

Wusstest du schon, dass ...

• die Lufthülle der Erde etwa 100 Kilometer dick ist?

• die Erdanziehungskraft verhindert, dass sie in das Weltall verschwindet?

• sie in großen Höhen dünner ist?

Die Erdatmosphäre

Mit dem Begriff Erdatmosphäre (gesprochen: Atmosfäre) ist die gasförmige Hülle unseres Planeten gemeint. Insgesamt ist die Erdatmosphäre etwa 1.000 (eintausend) Kilometer dick und wird in verschiedene Schichten eingeteilt. Die letzte Schicht (die Exosphäre) geht fließend in den sogenannten interplanetaren Raum über.

Wobei jedoch international eine andere Höhe als eigentliche Grenze zum Weltraum gilt - nämlich eine Höhe von etwa 100 Kilometern. Bis zu dieser Höhe ist die Zusammensetzung der Gashülle, die den Planeten umgibt, relativ einheitlich. Zwar nimmt die Luftdichte mit zunehmender Höhe immer weiter ab, trotzdem sind noch alle Gase vorhanden. Da die Luft in großen Höhen nur noch sehr dünn ist, benötigen Bergsteiger, die beispielsweise den Mount Everest erklimmen wollen, meistens ein Sauerstoffgerät zum Atmen.

Weiter oben setzt sich die Gashülle zum Teil aus anderen Gasen zusammen, die sehr dünn sind und nur noch aus kleinsten Teilchen (Atomen und Ionen) bestehen. Eine genaue Trennlinie zwischen Erdatmosphäre und Weltraum gibt es hier allerdings nicht. Der Übergang ist fließend.

Entstehung

Die Geburtsstunde unserer Erde war vor etwa 4,56 Milliarden Jahren. Damals war die Erde noch sehr heiß. Als die Erde langsam abkühlte, wanderten die Gase, die sich im Inneren des Planeten befanden, an die Oberfläche. Dieser Vorgang wird Ausgasung genannt. Die Gase sammelten sich als Atmosphäre rund um den Erdball.

Zu Beginn bestand die Atmosphäre aus etwa 80% Wasserdampf, 10% Kohlendioxid und 5 bis 7% Schwefelwasserstoff. Diese Zusammensetzung kommt daher, dass die Gase durch Vulkane nach außen gelangten. Auch heute noch spucken Vulkane diese Gase an die Erdoberfläche. Der hohe Anteil an Wasserdampf kam daher, dass die Erde noch ziemlich heiß war und Wasser nur in der gasförmigen Form bestehen konnte.

Erst als die Temperatur der Erde unterhalb des Siedepunktes von Wasser sank, verwandelte sich der Wasserdampf in Wasser. Es kam zu einem sehr lange anhaltenden Dauerregen. Als es aufhörte zu regnen, hatten sich die Ozeane gebildet.

Nachdem die Atmosphäre nun nicht mehr so viel Wasserdampf enthielt, reicherte sich die Atmosphäre mit Kohlendioxid und Stickstoff an.

Lebewesen

Wolken - Peggy_Marco pixabay.com, CC0 1.0

"Grüne Lunge" der Erde - MA 13, media wien bilddb.lehrerweb.wien, Standardurheberrechtsschutz

Luft ist der Überbegriff für das Gasgemisch, das die Erde umgibt. Die beiden Hauptbestandteile der Luft sind Stickstoff (78%) und Sauerstoff (21%). Außerdem sind in der Luft noch Argon (0,9%), Kohlendioxid (0,04%), ein wenig Wasserstoff und Spuren von anderen Gasen enthalten. Die Erdanziehungskraft verhindert übrigens, dass die Gase, die unsere Atmosphäre bilden, in das Weltall abziehen.

Argon findet beim Schweißen als sogenanntes Schutzgas Verwendung. Dieses schützt die Schweißnaht vor dem Luftsauerstoff. Weiters wird dieses Edelgas als Füllung von Isolierglasscheiben verwendet, da es die Wärme nicht so leicht leitet wie Luft. Auch in Glühlampen ist ein Argon-Stickstoff-Gemisch als Füllung vorhanden. Die Glühdrähte erreichen eine sehr hohe Temperatur und würden in Verbindung mit Sauerstoff sofort verbrennen.

Das in der Atmosphäre enthaltene Kohlendioxid dient Pflanzen als Grundstoff für die Photosynthese, mit deren Hilfe wiederum Sauerstoff produziert wird. Der Gehalt an Kohlendioxid wirkt sich übrigens stark auf das Pflanzenwachstum aus.

Der in der Luft enthaltene Wasserdampf ist leichter als Luft. Deshalb steigt er ständig auf. In großen Höhen kondensiert er zu Wassertröpfchen. Diese sammeln sich in Wolken. Sind die Tröpfchen groß genug, so fallen sie als Niederschlag wieder auf die Erde. Der Gehalt an Wasserdampf in der Atmosphäre beträgt im Durchschnitt 0,4% wobei er in Bodennähe jedoch wesentlich höher ist (1,3%).

Stickstoff

Lebewesen benötigen Stickstoff für den Aufbau von Aminosäuren.

In der Landwirtschaft wird Stickstoff zur Herstellung von Düngemitteln gebraucht.

Eine weitere Verwendung von Stickstoff gibt es beim Tauchen. In Druckluftflaschen wird dieses Gas beigemengt, damit die Sauerstoffkonzentration nicht zu hoch wird. Wenn Taucher allerdings in der Tiefsee tauchen, brauchen sie eine andere Zusammensetzung der Druckluft. Hier wird Stickstoff durch Helium ersetzt um die Taucherkrankheit (Dekompressionskrankheit) zu vermeiden.

Sauerstoff

Luft siehst und riechst du nicht, aber sie ist trotzdem in den Luftballons - Gellinger pixabay.com, CC0 1.0

Sauerstoff ist ein farb- und geruchloses Gas, das bei -182,97°C zu einer farblosen Flüssigkeit kondensiert. Sein Gefrierpunkt liebt bei -218,75°C. Dieses chemische Element wird mit dem Buchstaben O bezeichnet und kommt in der Luft als Molekül meist als O2 vor. Das bedeutet, dass 1 Molekül aus 2 Sauerstoffatomen besteht.

Auch Ozon, ein Molekül aus drei Sauerstoffatomen, ist ein natürlicher Bestandteil der Luft.

Sauerstoff gab es in der Atmosphäre zur Zeit ihrer Entstehung noch nicht. Wie aber kommt es nun, dass unsere Luft jetzt etwa 21% Sauerstoff enthält? Dazu musst du wissen, dass Sauerstoff eigentlich das häufigste Element der Erde ist. Insgesamt hat Sauerstoff einen Massenanteil von über 50% auf und in der Erde (bis in 16 Kilometer Tiefe). Das war aber nicht immer so.

Alles begann damit, dass kleine Mikroorganismen, die sich mit Hilfe von Kohlenstoff und Kohlenstoffdioxid aufbauten, Sauerstoff zu bilden begannen - ähnlich, wie es die Pflanzen heute mit Hilfe der Photosynthese tun. Der Gehalt von Sauerstoff in der Atmosphäre blieb vorerst noch sehr gering. Das liegt daran, dass sich Sauerstoff schnell an andere Stoffe bindet. Erst als die Stoffe, die mit Sauerstoff reagierten, knapp wurden, begann der Sauerstoff langsam in die Atmosphäre zu entweichen. Das war vor etwa 2 Milliarden Jahren.

Der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre betrug lange Zeit etwa 3%. Als jedoch die Zeit der großen Landpflanzen (vor 500-600 Millionen Jahren) anbrach, stieg der Sauerstoffgehalt sehr schnell an. Schließlich, vor etwa 350 Millionen Jahren erreichte dieses Gas etwa die Konzentration in der Atmosphäre, die es heute hat. Bedingt durch den Sauerstoffgehalt der Atmosphäre konnten sich jetzt auch die Landbewohner der Erde schnell entwickeln. Zwar gab es noch einige starke Schwankungen im Erdmittelalter - kurz vor und während die Dinosaurier die Erde bevölkerten - doch schließlich pendelte sich der Sauerstoffgehalt der Luft bei etwa 21 % ein.

Treibhauseffekt

Die Industrie verschmutzt die Luft - byrev pixabay.com, CC0 1.0

Eisbären sind vom Aussterben bedroht - Unsplash pixabay.com, CC0 1.0

Seit Monaten und Jahren spricht die Wissenschaft immer wieder vom gefährlichen Treibhauseffekt und seinen nachteiligen Auswirkungen auf das Gleichgewicht in der Natur. Was aber ist der Treibhauseffekt genau?

Es gibt einen natürlichen Treibhauseffekt, der für das Leben auf der Erde notwendig ist. Die natürlichen Treibhausgase (Wasserdampf, Kohlendioxid, Ozon, Methan und Stickoxid) sorgen dafür, dass die Strahlen der Sonne gefiltert werden und die für das Leben nötige Wärme auf der Erdoberfläche erhalten bleibt.

Durch die enorme Industrie gelangen zu den natürlichen Treibhausgasen (in der richtigen Menge) zusätzlich Kohlendioxid, Ozon und andere Schadstoffe in die Erdatmosphäre. Diese erhöhen den natürlichen Treibhauseffekt und sorgen für eine weitere Erwärmung der Erdoberfläche.

Es kommt zu immer höheren Temperaturen im Jahresdurchschnitt, zu einem Rückgang der Gletscher und einem Abschmelzen der Polkappen (Nord- und Südpol). Das Verflüssigen und letztliche Verdampfen von Eis führt zu einem höheren Wasserdampfgehalt in der Luft.

Wasserdampf ist das wichtigste natürliche Treibhausgas. Es bildet, gemeinsam mit dem Kohlendioxid eine Art „Schutzglocke".

Auch der Gehalt an Kohlendioxid nimmt zu - nämlich durch Brandrodung der Regenwälder und verstärkte Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Erdöl und Erdgas.

Eine der Folgen des Treibhauseffektes, also der Temperaturerhöhung, ist der Anstieg des Meeresspiegels in den nächsten geschätzten 100 Jahren um 40 bis 100 Zentimeter. Das führt dazu, dass ganze Städte, Landschaften oder auch Inselgruppen im Meer versinken werden. Weiters wird sich das Weltklima verändern. Das führt langfristig zu Überschwemmungs- und anderen Naturkatastrophen.

Zuletzt ist noch erwähnen, dass auch viele Tiere und Pflanzen durch den Klimawandel ihren Lebensraum verlieren werden und so vom Aussterben bedroht werden. Als Beispiel sei hier der Eisbär genannt, der vom ewigen Eis des Nordpols abhängig ist.

Sonstiges

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