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Gasmischungen

Gasmischungen - Luft

Das wohl wichtigste Beispiel einer Gasmischung ist die Luft. Es war Lavoisier, der 1774 Luft über siedendes Quecksilber hielt, damit den Bestandteil Sauerstoff entfernte und feststellte, dass das Restgas weder die Verbrennung noch die Atmung unterhielt (daher der Name Stickstoff).

Tab.1
Durchschnittlicher Sauerstoffverbrauch in mg je kg Körpergewicht und Stunde
Maus, laufendMaus, ruhendMensch, arbeitendMensch, ruhendHuhnPantoffeltierchenFröscheMuscheln
3500280056002809457006014
Tab.2
Durchschnittliche Atemzüge je Minute
KolibriMausMensch, neugeborenKatze, Rind, TaubeMensch, erwachsenElefantStraußSchwertwal, Tümmler
250163503016631

Erdatmosphäre

Als Atmosphäre wird die Gashülle eines Sterns oder Planeten bezeichnet, die mit seiner Entwicklung verbunden ist. Die Erdatmosphäre umhüllt die Kontinente und Ozeane, wird von der Gravitation festgehalten und nimmt an der Erdrotation teil. An ihrer unteren Grenzfläche besteht eine intensive Wechselwirkung mit den Land- und Ozeanoberflächen. Bei einer Höhe von etwa 1000 km Höhe geht sie in den interstellaren Raum (Exosphäre) über.

Die Erdatmosphäre besteht

  • aus einer als Luft bezeichneten Gasmischung (Zusamensetzung siehe Tab. 3; ohne Wasser),
  • aus als Hydrometeore bezeichneten Wasser- und Eispartikeln, die sich auch als Wolken und Niederschlag bemerkbar machen,
  • sowie aus Lithometeoren (Aerosolen), d. h. flüssigen und festen Partikeln, die keine Hydrometeore sind.

Die Luftzusammensetzung ist bis ca. 110 km Höhe nahezu konstant. Die steten horizontalen und vertikalen Gasbewegungen verhindern eine Trennung gemäß ihrer unterschiedlichen Dichte. Die Temperatur der Lufthülle fällt mit der Höhe und erreicht bei etwa 16 km ein Minimum von -60 °C. Sie steigt dann wieder bis etwa 0 °C in 50 km Höhe, um bei etwa 90 km Höhe ein zweites Minimum bei -70 °C zu duchlaufen.

Tab.3
Zusammensetzung von trockener Luft; Anmerkungen: 1) Konzentration ansteigend, angegeben ist der Schätzwert von 1991; 2) kein einheitlicher Wert angebbar; 3) ppm= 10 -8 ; ppb= 10 -9 ; ppt= 10 -12
molare Masse in g/molVolumenanteilGew.%
Stickstoff, N2 28,2 0,78084 75,46
Sauerstoff, O2 32,01 0,20946 23,19
Argon, Ar 39,95 0,00934 -
Kohlendioxid, CO2   1 ) 44,02 0,000355= 355ppm   3 ) 0,05
Neon, Ne 20,18 18,18 ppm -
Helium, He 4,0 5,24 ppm -
Methan, CH4   1 ) 16,04 1,72ppm -
Krypton, Kr 83,80 1,14 ppm -
Wasserstoff, H2   2 ) 2,02 0,56 ppm -
Lachgas, N2O   1 ) 44,01 0,31 ppm -
Xenon, Xe 31,301 0,09 ppm= 90 ppb   3 ) -

 

Nach Bildung der Erde entstand die Uratmosphäre aus den Gasen, die sich infolge der Zusammenballung des Planeten und der damit verbundenen Erwärmung von den Feststoffen trennten und nach außen entwichen. Wasserdampf, Kohlendioxid und Stickstoff dürften die Hauptbestandteile gewesen sein, vermengt mit Spuren von Wasserstoff, Schwefelwasserstoff, Chlorwasserstoff, Fluorwasserstoff, Ammoniak, Methan, Schwefeloxiden, Kohlenmonoxid und Edelgasen (vor allem Argon).

Sauerstoff war nicht vorhanden. Dieser hätte auch die Entstehung des Lebens verhindert, deren Anfang auf die Bildung der Aminosäuren zurückgeführt wird und die auf eine sauerstofffreie Umgebung angewiesen sind. Sauerstoff entstand zuerst durch die Photosynthese in Cyano-Bakterien im Wasser, die ihn in Form sauerstoffreicher Verbindungen ausschieden (z. B. Sulfate), und später in grünen Pflanzen. Erst seit etwa 320 Mio. Jahren, also ab dem Oberkarbon, besitzt die Luft den heutigen Sauerstoffanteil.

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