Homosphäre und Heterosphäre

Neben der üblichen Einteilung einer Atmosphäre und dabei speziell der Erdatmosphäre nach ihrem vertikalen Temperaturgradienten, ist in der Meteorologie auch die Unterscheidung zwischen Homosphäre und Heterosphäre gebräuchlich. Der Übergangsbereich zwischen beiden wird als Homopause oder Turbopause bezeichnet, sie liegt im Fall der Erde in einer Höhe von etwa 80 bis 120 Kilometern.

Durchschnittliche Temperatur und molare Masse in Abhängigkeit von der Höhe.

Der Unterschied der beiden Schichten besteht darin, dass man in der Homosphäre von einer gleichmäßigen Durchmischung der Moleküle unabhängig von ihrer Molekülmasse ausgehen kann, diese sich aber in der Heterosphäre aufgrund der wegen des geringeren Drucks größeren freien Weglänge der Moleküle (15 cm in 100 km Höhe, 22 m in 200 km Höhe) entsprechend der Boltzmann-Statistik entmischen. So sinken die schweren Moleküle wie Stickstoff oder Sauerstoff nach unten und die leichten wie Wasserstoff oder Helium sammeln sich im oberen Bereich der Atmosphäre an. Die Zusammensetzung der Luft in der Homosphäre ist folglich nahezu konstant, während sie sich in der Heterosphäre mit der Höhe ändert. In der äußeren Schicht der Heterosphäre bei 1000 km Höhe befinden sich in der Folge nur noch Wasserstoff-Moleküle.

Die Homosphäre der Erde enthält mit über 99,9 % der Teilchen den hauptsächlichen Anteil der Atmosphäre. Die Höhe von 100 km (Kármán-Linie) wird seitens der Fédération Aéronautique Internationale als Grenze zum Weltraum angesehen, da hier mit einer Temperatur von −90 °C und einem Luftdruck von einem Hektopascal (0,1 % des Luftdrucks auf Meereshöhe) bereits nahezu Weltraumbedingungen herrschen. Diese Definition der Grenze zwischen Luft- und Weltraum ist international weitestgehend anerkannt, wenngleich zum Beispiel die NASA diese Grenze abweichend schon bei der Mesopause ansetzt.

Die Erdatmosphäre

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Homosphäre und Heterosphäre