Foto vom Himmel ueber Rapsfeld

Auf dieser Seite erwarten Sie die Atmosphären von Erde, Mars und Venus.

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Die Atmosphären der erdähnlichen Planeten

Erde, Venus und Mars

Die Zusammensetzung der Atmosphäre der Erde unterscheidet sich sehr von denen ihrer beiden Nachbarplaneten Venus und Mars. Während die Erdatmosphäre 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff und nur 0,03 % Kohlendioxid enthält, enthalten die Atmosphären von Venus und Mars fast ausschließlich Kohlendioxid (Venus: 96 %, Mars: 95 %), nur wenig Stickstoff (Venus: 3,5 %, Mars: 2,7 %) und fast keinen Sauerstoff (Venus: 0,003 %, Mars: 0,15 %). Man nimmt deshalb an, dass dies auch die ursprüngliche Zusammensetzung der Erdatmosphäre gewesen ist und dass die heutige Zusammensetzung auf dem Einfluss des Lebens beruht.
Allerdings ist der Luftdruck auf dem Mars mit 0,007 Bar deutlich geringer als auf der Venus, wo ein Druck von 90 Bar herrscht. Auf der Erde beträgt der Luftdruck etwa 1 Bar. Wie kam es zu den Unterschieden?

Abb. 1 ¦ Luftdruck sichtbar gemacht   Foto: Experiment zur Sichtbarmachung des Luftdruckes
BildunterschriftFüllt man ein Glas mit Wasser und legt ein Papier darüber, kann man das Glas auf den Kopf drehen, ohne dass das Wasser ausläuft. (Beim Drehvorgang selbst das Papier festhalten!) Der Außendruck (Luftdruck) hält das Wasser im Glas. Das Papier dient nur, um das Eindringen der Luft in das Glas zu verhindern. (Zur Sicherheit habe ich natürlich doch eine Schüssel unter das Experiment gestellt …).

Direkt nach ihrer Entstehung haben wahrscheinlich auf allen drei Planeten ähnliche Verhältnisse geherrscht – ihre Atmosphären bestanden hauptsächlich aus den Gasen Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Stickstoff, die aus dem heißen Planeteninneren entwichen waren. Jetzt kommt die unterschiedliche Entfernung zur Sonne ins Spiel – Venus ist der Sonne am nächsten, deshalb war es auf ihr am wärmsten. Der von der Kohlendioxidatmosphäre verursachte Treibhauseffekt ließ die Temperatur so ansteigen, dass keine Ozeane kondensieren konnten. Der Wasserdampf entwich in den Weltraum. Deshalb ist die Venus heute nicht nur heiß, sondern auch trocken. Zwar umhüllt den gesamten Planeten eine dichte Wolkendecke, aber diese besteht hauptsächlich aus Schwefelsäure.
Schwefelsäure gelangt bei Vulkanausbrüchen auch in die Erdatmosphäre, wird hier durch den Regen aber schnell wieder ausgewaschen.

Auf der Erde regnete der Wasserdampf ab, Ozeane bildeten sich, Kohlendioxid löste sich im Wasser und verschwand so aus der Atmosphäre. Weniger Kohlendioxid in der Atmosphäre bedeutete in der Folge einen geringeren Treibhauseffekt und damit geringere, lebensfreundlichere Temperaturen. Als sich das photosynthetisierende Leben entwickelte, wurde nicht nur Sauerstoff in die Atmosphäre freigesetzt, sondern ihr auch weiteres Kohlendioxid entzogen. Auch aus den Ozeanen verschwand einiges Kohlendioxid, da Meeresorganismen dieses benötigen, um Karbonatschalen und -skelette zu bauen. Nach ihrem Absterben sammelten sich diese Organismen mitsamt ihrer Schalen auf dem Meeresboden. Man schätzt, dass ein Luftdruck von 70 Bar die Folge wäre, wenn man den gesamten in den Sedimenten gebundenen Kohlenstoff als Kohlendioxid in die Atmosphäre entlassen würde – dem Atmosphärendruck der Venus nicht unähnlich.
Der soviel geringere Luftdruck auf dem Mars erklärt sich durch die geringere Masse des Planeten und die damit geringere Gravitation. Mit 6787 km ist sein Durchmesser nur etwas größer als die Hälfte des Durchmessers von Erde und Venus, die etwa gleich groß sind.

Eine Atmosphäre macht einen Planeten nicht nur wärmer, sie verteilt die Wärme auch gleichmäßiger (siehe hierzu auch die Seite „atmosphärische Zirkulation“). Auf dem Mond – also auf einem Himmelskörper in derselben Entfernung zur Sonne wie die Erde, aber ohne Atmosphäre – herrschen zum Beispiel mittags 100 °C, um Mitternacht −170 °C.

Abb. 2 ¦ Ozeane auf der Erde   Foto von Ostseewellen am Strand
Bildunterschrift Eine Besonderheit der Erde ist das flüssige Wasser auf der Erde. In den Ozeanen lösten sich große Mengen Kohlendioxid und verschwanden so aus der Atmosphäre. (Allerdings ist das auf dem Foto die Ostsee bei Rostock und nicht wirklich ein Ozean …)Bildunterschrift Ende

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Der Sauerstoffgehalt der Erdatmosphäre

Die ersten Bakterien, die mithilfe von Photosynthese Energie gewannen und dabei Sauerstoff freisetzten, lebten vor fast 4 Milliarden Jahren. Eine grobe Abschätzung des Anstieges des Sauerstoffgehaltes in der Atmosphäre ist über die Einbaurate von Kohlenstoff in Sedimentgesteine möglich, da bei der Photosynthese auf jedes in die Atmosphäre abgegebene Sauerstoffmolekül genau ein verbrauchtes Kohlenstoffatom kommt (aus dem Kohlendioxid). Danach hätte der Sauerstoffgehalt zu der Zeit, als die ersten Vielzeller entstanden, etwa 3 % des heutigen Wertes betragen. Als vor gut 400 Millionen Jahren die ersten Pflanzen das Land eroberten, wären es fast 50 % des heutigen Wertes gewesen. Mit dem Auftreten der Landpflanzen dürfte sich die Rate der Sauerstoffproduktion erhöht haben – heute werden zwei Drittel des atmosphärischen Sauerstoffs von Landpflanzen produziert. Die gleichmäßige Entwicklung der Säugetiere in den letzten 200 Millionen Jahren ist ein Hinweis darauf, dass seitdem der Sauerstoffgehalt konstant bei unserem heutigen Wert liegt.
Die schützende Ozonschicht existiert seit etwa 500 Millionen Jahren.

Abb. 3 ¦ Pflanzengrün auf der Erde   Foto einer Lichtung im Wald 'Rostocker Heide'; ueber dem Gras sind Wildschweinohren zu erkennen
Bildunterschrift Den Sauerstoff, den das Leben auf der Erde benötigt, hat das Leben selbst erst in die Atmosphäre gebracht.
(Leben tun in der Rostocker Heide unter anderem Wildschweine. Wer Spaß an Suchbildern hat, kann das Schwein ja mal auf dem Foto suchen …)Bildunterschrift Ende

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Exkurs: Jupiteratmosphäre

Jupiter ist mit mehr als dem 11-fachen Erdradius und dem 318-fachen der Erdmasse der größte Planet im Sonnensystem. Seine Dichte dagegen ist geringer als die der Erde, sie beträgt nur etwa 24 % der Dichte der Erde, da Jupiter im Wesentlichen aus den leichten Elementen Wasserstoff und Helium besteht. Die Atmosphäre des Jupiter zeigt im Teleskop Strukturen, die von Wolken herrühren. Die oberen Wolkenschichten bestehen aus Ammoniak und Ammoniakverbindungen, die unterste aus Wasserkristallen und Wassertropfen. 90 % der sichtbaren Atmosphäre bestehen aus Wasserstoff, 10 % aus Helium; die anderen Verbindungen machen nur einen geringen Anteil aus. Besonders auffällig sind Bänder in Braun- und Rottönen, die parallel zum Äquator verlaufen und bereist in kleinen Teleskopen sichtbar sind.

Abb. 4 ¦ Die Atmosphäre des Jupiter   Foto des Jupiter
Bildunterschrift Der Jupiter – man erkennt zwei dunklere Streifen ober- und unterhalb des Äquators, bei denen es sich um Wolkenstrukturen in der Jupiteratmosphäre handelt.
Dieses Foto wurde aufgenommen mit einem Spiegelteleskop, Brennweite 1000 mm, Durchmesser 130 mm; Okularbrennweite 15 mm, Barlowlinse; Einstellungen an der Kamera: Blende 5,3; 1/30 sek., 3200 ISO. Die Digitalkamera wurde mithilfe einer Halterung vor das Okular montiert.Bildunterschrift Ende

© Wiebke Salzmann, April 2009

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