Zusammensetzung unserer Luft

Eigentlich muss man das besser benennen, denn Luft ist nicht gleich Luft. Es kommt darauf an, ob wir die Luft in Bodennähe oder weit entfernt vom Boden (z.B. auf der Spitze des Himalayas), über dem Meer oder dem Land, in tropischen oder Wüstengebieten untersuchen. Doch so weit wollen wir gar nicht gehen, sondern uns bei dieser Thematik auf einen allgemeinen Überblick beschränken.

 

Luft ist ein Gasgemisch. Das heißt, es ist selbst kein reines Gas, sondern aus verschiedenen Gasen zusammengesetzt:

78% Stickstoff

21% Sauerstoff

knapp 1% Edelgase

0,037% Kohlendioxid.

 

Stickstoff ist der Hauptbestandteil der atmosphärischen Luft. Er hat für unsere Atmung keine Bedeutung - so viel wie wir davon einatmen, atmen wir auch wieder aus.

 

Der Sauerstoffgehalt aber ändert sich. Wir atmen 21% davon ein, aber nur ca. 15% wieder aus. Na klar, die Differenz von ca. 6% haben sich unsere roten Blutkörperchen genommen und transportieren ihn jetzt zu den Zellen.

Stattdessen pusten wir Kohlenstoffdioxid (CO2) wieder aus. Den Gehalt an CO2 erhöhen wir in der Ausatemluft auf 5-6%.

 

Sowohl Stickstoff als auch Sauerstoff kommen molekular vor. Das bedeutet, diese Gasteilchen huschen in der Luft nicht einzeln als Atome rum, sondern immer paarweise als Moleküle:

Im oberen Bild sieht man zwei einzelne Atome Sauerstoff (O). So kommt er in der Luft so gut wie nie vor. Er ist sehr reaktiv, will unbedingt seine äußerste Bahn mit Elektronen füllen und die Edelgaskonfiguration erreichen. Solange keine anderen Reaktionspartner da sind, die eine stabile Abgabe an Elektronen garantieren, geht er Verbindungen zu anderen Sauerstoffatomen in seiner Nähe ein (O2).

Man sagt dazu: Er verbindet sich mit sich selbst. Er teilt sich mit einem anderen Sauerstoffatom ein Elektronenpaar.

 

Eine bessere Vorstellung liefern vielleicht folgende Bilder (sieh sie Dir an und entscheide, was davon Du Dir gut merken kannst - alle Modelle sind gut):

Auf die gleiche Weise kannst Du Dir Stickstoff vorstellen. Auch er geht mit sich selbst Verbindungen ein, wenn kein anderer Reaktionspartner da ist, der dauerhaft seine Elektronen mit ihm teilt. 

Die Edelgase brauchen keinen Elektronenaustausch. Sie sind bereits stabil. Also kommen sie nicht molekular vor, sondern atomar.

 

Sie schwirren als einzelne Atome durch die Luft, ohne das Bestreben, sich mit anderen oder sich selbst zu verbinden. Sie waren allein, sind allein und werden allein bleiben. Das ist ihr Motto.

Stickstoff, Sauerstoff und Edelgase sind Elemente - ihre Teilchen bestehen aus nur einer Atomsorte. Ihr Vorkommen in der Luft ist also elementar

Kohlendioxid hingegen ist eine Verbindung aus zwei Elementen.

 

Es ist ein Molekül, aber kein Element mehr, denn es besteht aus mehr als einer Atomsorte: Kohlenstoff (C) und Sauerstoff (O).

Insgesamt kannst Du Dir Luft ungefähr so vorstellen:

Dazu kommt dann noch Wasserdampf, der in Form von Wassermolekülen herumschwirrt. Je nachdem, in welcher Jahreszeit man gerade ist oder in welcher Region der Welt, sind viele Wassermoleküle (hohe Luftfeuchtigkeit) oder wenige Wassermoleküle (niedrige Luftfeuchtigkeit) in der Luft vorhanden. 

Außerdem laufen wir, der Wind weht und wir verbrennen Erdöl, Erdgas, Kohle und Holz, z.B. in Autos, LKWs, Flugzeugen, Kraftwerken, zu Hause am Herd oder im Kamin. Dadurch kommen Ruß und Staub in die Luft.

 

Hier gibt es ein tolles Video der Simply-Jungs zur Luft:

 

Trotzdem der Anteil an CO2 in der Luft so gering ist, spielt sein Anteil eine enorme Rolle bei dem sogenannten Treibhauseffekt.


Treibhauseffekt

Mit dem Treibhaus ist ein solches Gewächshaus gemeint.

Hier werden Pflanzen gezogen, die unter anderem eine höhere Temperatur brauchen als vorhanden ist. In einem solchen Haus aus Glas oder durchsichtigem Plastik kommen die Sonnenstrahlen durch und erwärmen die Luft. Die Wärme kann aber nicht mehr raus. So wird es innen wärmer als draußen. 

Auf eine ganz ähnliche Weise entsteht der Treibhauseffekt. Die CO2-Moleküle in der Luft, aber auch Methanmoleküle, die es durch die Landwirtschaft auf der Welt immer mehr gibt, speichern die Wärme der Sonne besonders gut. Man kann sich diese Moleküle wie kleine Speicheröfen vorstellen.

Das ist an sich gut, sonst wäre die Erde ziemlich kalt (im Durchschnitt ca. -20°C). Diese Treibhausgase gibt es ganz natürlich, ohne uns Menschen. 

Die Treibhausgase sind:

  1. Kohlendioxid (CO2),
  2. Methan (CH4),
  3. Lachgas (N2O) und
  4. Ozon (O3).

Wir als Menschen produzieren davon vor allem CO2 durch 2 verschiedene Vorgänge:

  1. natürlich
    durch unsere Atmung
  2. anthropogen ( = durch den Menschen verursacht)
    durch die Verbrennung fossiler Treibstoffe und Bildung von Methan in der Landwirtschaft (Haltung von Kühen, Reisfelder - siehe Alkane).

Die Gase selbst sind also nicht anthropogen, die gab es immer schon. Unterschiedlich ist nur die enorme Menge, die wir davon produzieren. Hier gibt es ein sehr gutes, einfach verständliches Video mit Untertiteln zum Treibhauseffekt:


Woher weiß man das?

Tatsächlich war die Menge an CO2 vor nur 100 Jahren wesentlich geringer als heute. Sie hat innerhalb nur eines Jahrhunderts knapp die Hälfte obendrauf gelegt - von 0,028 auf 0,037% ist sie gestiegen. Solche Dinge weiß man aus Untersuchungen von Eisbohrkernen, wie Du sie im Bild sehen kannst, wenn Du auf diesen Link klickst.

Diese Bohrungen im Eis fördern einen Eiszylinder zutage, an dem man die Ringe gut erkennen kann. Jeder dieser Ringe entsteht aus dem Schneefall in einem bestimmten Zeitraum. In jedem Ring sind winzig kleine Luftbläschen eingeschlossen. Die Luft in den Luftbläschen hat dieselbe Zusammensetzung wie zum Zeitpunkt der Entstehung des jeweiligen Rings.

 

Die Eisbohrkerne werden dafür genutzt, die Luftzusammensetzung und die jeweiligen Temperaturen auf der Erde in den letzten 800.000 Jahre zu untersuchen. Daraus können Rückschlüsse auf das Klima und seine Entwicklung in den letzten 800.000 Jahren gezogen werden. 2013 gab es eine Meldung in der Presse, dass nun sogar Eiskerne gewonnen werden können, die bis zu 1,5 Millionen Jahre zurückreichen. 

 

Wenn man nun die Menge der Gase in der Luft mit der jeweiligen Temperatur vergleicht, die auf der Erde zu dieser Zeit geherrscht hat, findet man sehr schnell einen ganz klaren Zusammenhang:

Je mehr Kohlendioxid in der Luft war, desto wärmer war es auch.

 

 

Und was machen wir heute? Wir verbrennen Benzin, Diesel, Heizöl und Kohle in sehr, sehr großen Mengen. Damit bringt der Mensch durch seine Tätigkeiten eine Menge CO2 in die Luft! Und damit erhöhen wir die Temperaturen auf der Erde.

Temp-sunspot-co2

Man sieht in diesem Diagramm, dass die Temperaturen (rot) immer mit dem Gehalt an Kohlendioxid in der Luft (blau) zusammen schwanken - innerhalb der letzten 2 Millionen Jahre war das so. Im Diagramm sieht man allerdings nur die Zeit seit der Industrialisierung um 1860.

Jetzt sieh Dir an, was mit dem CO2-Gehalt in den letzten Jahrzehnten bis 2000 passiert. Was wird wohl weiterhin passieren?


Folgen des Treibhauseffektes

Die Folgen des anthropogenen Treibhauseffektes sind katastrophal:

  1. Dürren in einem Teil der Welt, Überschwemmungen in einem anderen
  2. stärkere Unwetter, wie Hurrikane, Tornados oder Taifune
  3. mehr Unwetter
  4. Schmelzen der Gletscher und der Polkappen mit weiteren schlimmen Folgen.
  5. Auftauen des Permafrostbodens (= dauerhaft gefrorener Boden, z.B. in Sibirien), Folge: Es kommt noch mehr CO2 und Methan in die Atmosphäre!

Das Schmelzen der Eisvorräte auf der Welt wird am Ende eine Erhöhung des Meeresspiegels zur Folge haben. Ganze Städte liegen dann unter Wasser - auch Berlin. Und es kann sogar möglicherweise den Golfstrom stoppen. Er ist unsere Garantie für ein gemäßigtes, angenehmes Wetter mit Sommer und Winter. Ohne den Golfstrom gibt es nur Winter. 


Umweltveränderungen in Deutschland

Eine der Umweltveränderungen in Deutschland ist vor allem der sogenannte Starkregen mit seinen Folgen: Überschwemmungen und enorme Gewitter. Hier siehst Du einen Film dazu (DGS einstellbar).


Rätsel Dich fit!

Hier gibt es das Quiz zum Thema Luft und Treibhauseffekt.

 

Du willst mal was anderes? Ok, mach doch ein Kreuzworträtsel.

Hier ist die Onlineversion.

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Oder Du druckst es aus und löst es auf dem Papier. Viel Spaß!
Treibhauseffekt_Kreuzwortraetsel.pdf
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