Der Übergang vom blauen Himmel zum schwarzen Weltall deutet sich schon in Flugverkehrshöhe an (Foto: S. Danßmann, UBIMET)Den sonst eher selten in den Medien vorkommenden Begriff Stratosphäre hat in den letzten Tagen und Wochen wohl jeder gehört oder gelesen, Felix Baumgartners sensationellem Weltrekord sei Dank. Aus diesem Anlass soll der Blogeintrag erläutern, was das eigentlich ist, die Stratosphäre.

Mancher tut sich schwer mit der Vorstellung, dass die Atmosphäre in Schichten gegliedert ist. Wie soll etwas, das nur aus Luft besteht, Stockwerke aufweisen können? Einen Hinweis gibt der Temperaturverlauf mit der Höhe. Wie jedem Alpinisten bekannt, wird es nach oben immer kälter. Ab etwa 15 km Höhe geht die Temperatur aber nicht mehr weiter zurück und beginnt mit noch weiterem Aufstieg sogar wieder anzusteigen.  Wer auf die vom Stratos-Ballon gemeldeten Temperaturwerte geachtet hat, konnte diesen Temperaturanstieg von -40 auf -20°C verfolgen.

Beständige Inversion

Meteorologisch wird so eine "verkehrte" Temperaturschichtung als Inversion bezeichnet. Man muss nicht in die Stratosphäre aufsteigen, um eine solche Temperaturumkehr zu erleben, winterliche Kaltluftseen in den Tälern demonstrieren ihre Eigenschaften hinreichend. Die Luftschichtung ist stabil, ein Austausch in vertikaler Richtung findet wenig bis gar nicht statt. Rauch breitet sich dadurch in horizontaler Richtung aus, statt aufzusteigen. Die Stratosphäre stellt also eine Grenze für aufsteigende Luftmassen dar. Daher gelangen Wolken und Wasserdampf normalerweise nicht in die Stratosphäre, von einem eigentlichen Wettergeschehen kann in diesen Höhen nicht mehr die Rede sein. Schon aus der Höhe eines Verkehrsflugzeugs, das etwa in halber Höhe zwischen Boden und Stratosphäre fliegt, kann man diese Sperre für jegliche Wolken an der nach oben abrupt dunkler werdenden Himmelsfarbe erahnen.

Heizung von unten und von oben

Stockwerke der AtmosphäreDass die Luft durchsichtig ist, heißt dass sie keine (sichtbare) Strahlung absorbiert. Deshalb kann sie sich durch das Sonnenlicht alleine auch nicht aufheizen. Erst wenn die Strahlung auf die Erdoberfläche trifft, wird ein Teil ihrer Energie in Wärme verwandelt und erwärmt die Luft von unten her. Als weitere Heizquelle fungiert die Ozonschicht, sie absorbiert in gut 50 km Höhe die harte UV-Strahlung und wandelt sie letztlich in Wärme um. Dazwischen liegt in 13-18 km Höhe die kälteste Schicht, diese heißt Tropopause und trennt die Stratosphäre von der darunter liegenden Troposphäre.

Rand des Weltalls?

Vom edge of space war anlässlich des Stratospärensprungs die Rede. Tatsächlich liegen in 39 km Höhe schon über 99 % der atmosphärischen Masse unter einem. Rein räumlich gesehen ist die Lufthülle in dieser Höhe aber noch lange nicht zu Ende. Es folgen nach oben noch die Meso-, Thermo- und Exosphäre. Die Grenze zwischen den Stockwerken stellt jeweils wieder eine Umkehr im Temperaturverlauf dar. Besonders kalt ist es in rund 80 km Höhe zwischen Meso- und Thermosphäre. Von hier an aufwärts liegt die Ionosphäre, in der die solare  Partikelstrahlung die Polarlichter und wie immer bei Strahlungsabsorption nebenbei auch Wärme produziert. Sie reicht bis in 600-800 km Höhe, abhängig von der die Partikelstrahlung liefernden und zyklisch schwankenden Sonnenaktivität. Darüber ist dann die Dichte endlich niedrig genug, um Satelliten in freiem Fall um die Erde kreisen zu lassen.

 

Bildquellen: Susanne Danßmann, UBIMET; Niko Lang, Wikimedia Commons

 

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