Drei Gase stellen fast das gesamte Volumen.
Entfernen wir den Wasserdampf gedanklich aus einer Luftprobe, erhalten wir trockene Luft. Deren Zusammensetzung ist in der unteren Atmosphäre räumlich vergleichsweise homogen: vor allem Stickstoff, Sauerstoff und Argon.
| Bestandteil | Formel | Volumenanteil trocken | Meteorologische Rolle |
|---|---|---|---|
| Stickstoff | N₂ | ≈ 78,08 % | Hauptbestandteil, chemisch relativ träge |
| Sauerstoff | O₂ | ≈ 20,95 % | chemisch und biologisch zentral |
| Argon | Ar | ≈ 0,93 % | Edelgas, weitgehend inert |
| CO₂ + weitere Spurengase | CO₂, Ne, He, CH₄ … | < 0,1 % | teils geringe Menge, aber große radiative/chemische Wirkung |
Ein kleiner Anteil kann das Wetter dominieren.
Der Wasserdampfgehalt kann stark variieren: räumlich, mit der Höhe, zwischen Luftmassen und im Tagesgang. Gerade deshalb ist H₂O meteorologisch zentral. Es bestimmt Feuchte, Wolkenbildung und Niederschlag und verschiebt durch Phasenwechsel große Energiemengen.
„Trockene Luft“ ist ein Referenzgemisch. Reale atmosphärische Luft enthält fast immer zusätzlich Wasserdampf und häufig Aerosole sowie Wolken- oder Niederschlagspartikel.
Jedes Gas trägt seinen Anteil zum Gesamtdruck bei.
In einem idealisierten Gasgemisch übt jede Komponente einen eigenen Partialdruck aus. Der Gesamtdruck ist die Summe dieser Beiträge. Dieses Prinzip wird später für Wasserdampf unmittelbar wichtig.
Bei konstantem Gesamtdruck bedeutet mehr Wasserdampf daher nicht einfach „mehr Gas“. Vielmehr ersetzt H₂O einen Teil des trockenen Gasgemischs. Genau daraus folgt später ein zunächst kontraintuitiver Effekt: feuchte Luft ist bei gleichem Druck und gleicher Temperatur weniger dicht als trockene Luft.
Wie verändert Wasserdampf das Gasgemisch?
Der Slider variiert den Volumenanteil von Wasserdampf in einer idealisierten Luftprobe. Die trockenen Bestandteile werden proportional reduziert, sodass die Summe 100 % bleibt.
Die Atmosphäre enthält auch Partikel.
Aerosole sind feste oder flüssige Partikel in der Luft: Staub, Meersalz, Rauch, Sulfatpartikel, organische Partikel und viele weitere. Ihre Masse ist gegenüber der gesamten Luft gering, ihre Wirkung aber keineswegs: Sie beeinflussen Strahlung, Sichtweite und Wolkenmikrophysik.
Die Atmosphäre ist daher chemisch und mikrophysikalisch kein reines Gas. Für viele dynamische Grundmodelle behandeln wir sie zunächst trotzdem als Gasgemisch und ergänzen Partikel später als eigene Zustands- und Prozessgrößen.
Gut gemischt heißt nicht überall identisch.
In der unteren Atmosphäre sorgen Turbulenz und großräumige Durchmischung dafür, dass die Hauptgase der trockenen Luft relativ konstante Mischungsverhältnisse besitzen. Wasserdampf dagegen nimmt mit der Höhe im Mittel stark ab, weil seine Quelle überwiegend an der Oberfläche liegt und weil Kondensation ihn effizient aus der Luft entfernen kann.
Später wird diese Unterscheidung wichtig: Druck und Dichte nehmen mit der Höhe auch dann ab, wenn die relativen Mischungsverhältnisse der trockenen Hauptgase nahezu gleich bleiben.
Drei typische Verwechslungen.
Nein. Stickstoff stellt mit rund 78 % den größten Volumenanteil; Sauerstoff liegt bei rund 21 %.
Nein. Wirkung hängt nicht nur von Menge ab; radiative, chemische oder mikrophysikalische Kopplungen können sehr stark sein.
Bei gleichem Druck und gleicher Temperatur ist das Gegenteil der Fall. Die Herleitung folgt später über Molekülmassen und Gasgleichung.
Die Zusammensetzung liefert die stoffliche Basis der Meteorologie.
N₂, O₂ und Ar dominieren trockene Luft.
Wasserdampf schwankt stark und ist meteorologisch besonders wirksam.
Jede Gaskomponente trägt zum Gesamtdruck bei.
Kleine Konzentration bedeutet nicht kleine physikalische Wirkung.
Die reale Atmosphäre enthält zusätzlich feste und flüssige Partikel.
Hauptgase sind gut gemischt; Wasserdampf ist deutlich variabler.
Cross-References
Wie beschreiben Druck, Temperatur und Dichte denselben Luftzustand — und warum sind sie nicht unabhängig voneinander?