Grundlagen der Luft: Atmosphäre & Atmungskreislauf

Stell dir einen Planeten vor: Alles ist eiskalt eingefroren. Die Oberfläche wird ständig von tausenden kleinen Meteoriten und der tödlichen Sonnenstrahlung bombardiert. Ein karger und lebensfeindlicher Ort. Etwa so würde unsere Erde wahrscheinlich sein, hätte sie keine Atmosphäre.

Die Atmosphäre ist eine kugelförmige, gasförmige Hülle unseres Planeten und erstreckt sich in eine Höhe von ca. 100 km, bevor sie fliessend in den Weltraum übergeht. Dabei erfüllt viele lebenswichtige Funktionen: Eine Schicht der Atmosphäre beschützt dich vor gefährlicher kosmischer Strahlung wie UV-C und Röntgenstrahlung. Auch die Treibhausgase unserer Atmosphäre sind wichtig, da durch sie die Durchschnittstemperatur auf der Erde erhöhen. Ohne sie würde auf der Erde wahrscheinlich eine Temperatur von -18 °C herrschen. Zusätzlich wird die Erde immer wieder von kleineren Meteoriten bombardiert, die jedoch durch die Reibung mit der Luft der Atmosphäre verglühen, bevor sie die Oberfläche erreichen. 

Aufbau der Atmosphäre

Die Atmosphäre besteht aus 4 Schichten. 

1. Erde
   
2. Troposphäre: Diese Schicht erstreckt sich in Höhen bis zu 17 km am Äquator. 80 % der Masse der Atmosphäre und auch fast alles gasförmige Wasser befinden sich in dieser Schicht. Je höher man geht, desto dünner und kälter wird die Luft. Fast alle Wettererscheinungen spielen sich in dieser Schicht ab. Am Ende der Troposphäre ist die sogenannte Tropopause als Grenze zur nächsten Schicht.
3. Stratosphäre: Die Stratosphäre erstreckt sich in eine Höhe von 50 km. Sie enthält sehr viel Ozon (O₃) und beschützt dich somit vor kurzwelliger Sonnenstrahlung. Die Grenze zur nächsten Schicht bildet dabei die Stratopause.
4. Mesosphäre: Die Mesosphäre geht bis zu einer Höhe von 85 km bevor die Mesopause die Grenze zu letzten Schicht bildet. Die Luft ist hier sehr dünn.
5. Ionosphäre: Die Ionosphäre wird aus der Thermosphäre und einem Teil der Exosphäre gebildet. In dieser Schicht gibt es nur wenige Teilchen, die aufgeladen durch die Strahlung der Sonne umherschwirren.
   

Bestandteile der Atmosphäre

Die Atmosphäre besteht aus Luft, also die Luft, die auch du jeden Tag atmest. Aber Luft ist nur ein Name für ein komplexes, gasförmiges Gemisch. Dabei bilden 2 Gase den Hauptteil der Atmosphäre: ca. 78 % davon sind Stickstoff in der Form von N₂. Weitere 21 % liegen als Sauerstoff vor, welcher durch die Fotosynthese gebildet wird. Weitere 0.93 % des Gemisches sind aus dem Edelgas Argon. Die restlichen 0.07 % werden aus sehr vielen Stoffen wie Kohlendioxid (CO₂), Neon, Methan (CH₄) und anderen Edel- und Abgasen gebildet. Ausserdem kann trockene Luft auch Wasser aufnehmen. Auf 1 ​m³ Luft bei 20 °C können 17 g Wasserdampf aufgenommen werden. Aufgrund dieses Phänomens siehst du am Morgen manchmal nasse Wiesen oder Blätter. Der Wasserdampf, der sich am Tag durch gebildet hat, wird in der Luft wieder kalt und kondensiert auf Oberflächen.

Atmungskreislauf

Beim Atmen sind vor allem 2 Gase der Luft wichtig für uns: Sauerstoff und Kohlendioxid. Sauerstoff benötigen wir zum Leben, da unsere Zellen Sauerstoff benötigen, um Energie zu produzieren. Kohlendioxid entsteht bei der Energieherstellung unseres Körpers als Abfallprodukt und muss wieder ausgeatmet werden. Chemisch gesehen verbrennen wir also in unserem Körper Kohlenstoff um Energie zu gewinnen. In der unteren Grafik ist der Atemprozess schematisch dargestellt. 

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​Beim Einatmen nimmst du hauptsächlich Stickstoff und Sauerstoff in deine Lunge auf (1). Durch den hohen Druck und die Konzentration an Sauerstoff in deiner Lunge wird dann dieser dann von roten Blutzellen aufgenommen (2) und durch die Gefässe des Körpers (3) transportiert. Sinkt die Konzentration und der Druck des Sauerstoffs im Körper dann, so geben die roten Blutzellen den Sauerstoff an deine Zellen ab und Kohlendioxid wird von ihnen aufgenommen, wie du es in der Grafik sehen kannst. Dieses Kohlendioxid bringen die roten Blutzellen dann zurück zur Lunge, wo es abgegeben wird und du es wieder ausatmest. Das Gas Stickstoff wird nicht aufgenommen, sondern verbleibt nach dem Einatmen in der Lunge und wird danach wieder ausgeatmet.