Die Atmosphäre

1. Das moderne Atmosphärenmodell. VHUV IR Temperatur mit (Gaserwärmung) darf man natürlich mit Einstrah- lung nicht gleichsetzen. Deshalb muß man genauer unterscheiden. Ionisationszone zunehmend ausgedünnt reflektierend Strahlenintensitätskurve: (der Strahleneinfallsmenge) UVA,UVB,UVC Einfallende nicht immer eintreffende Strahlenintensität Sekundärer Konvektionsbereich (Niederschlag und kalter Rücktransport) Normale Temperaturkurve ……………..(Sättigungskurve) Umschlagpunkt : von Gassättigung mit Wärmeabgabe und Realtemperatur Senkrecht Strahlung Primärer Konvektionsbereich Boden -273 -200

2. Das moderne Atmosphärenmodell. VHUV IR Temperatur mit (Gaserwärmung) darf man natürlich mit Einstrah- lung nicht gleichsetzen. Deshalb muß man genauer unterscheiden. Ionisationszone zunehmend ausgedünnt reflektierend Strahlenintensitätskurve: (der Strahleneinfallsmenge) UVA,UVB,UVC Einfallende nicht immer eintreffende Strahlenintensität Sekundärer Konvektionsbereich (Niederschlag und kalter Rücktransport) Normale Temperaturkurve ……………..(Sättigungskurve) Umschlagpunkt : von Gassättigung mit Wärmeabgabe und Realtemperatur Senkrecht Strahlung Primärer Konvektionsbereich Boden -273 -200

3. Das erweiterte Atmosphärenmodell. VHUV IR Temperatur mit (Gaserwärmung) darf man natürlich mit Einstrah- lung nicht gleichsetzen. Deshalb muß man genauer unterscheiden. Hypothetisch ergänzende Extrapolation von T Ionisationszone zunehmend ausgedünnt reflektierend Strahlenintensitätskurve: (der Strahleneinfallsmenge) Diffuse Ionisierung Sichtbares Licht + UVA,UVB,UVC (1-Delta )*T_x3 ~ Wurzel (Molkonzentration) *Umrechnungsfaktor3 * Intensität Normale Ionisation Einfallende nicht immer eintreffende Strahlenintensität Linearer Übergang Sekundärer Konvektionsbereich (Niederschlag und kalter Rücktransport) ( 1-Delta ) *T_x2 ~ Molkonzentration *Umrechnungsfaktor2 * Intensität Normale Temperaturkurve ……………..(Sättigungskurve) Umschlagpunkt : von Gassättigung mit Wärmeabgabe und Realtemperatur Reale Gasexpansion (1-Delta )*T_x1 ~ (Molkonzentration* Umrechnungsfaktor1)² * Intensität Senkrecht Strahlung Primärer Konvektionsbereich n = mol /Vol: P ~ n*T P*V/T= const: P*V ~ Mol ~ Molkonzentration n Boden Boltzmann.Gl P = σ * A * T^4 -273 -200

4. Rein hypothetisch beispielhaftes Diagramm für eine Modulation von Einstrahlung und Temperaturabgabe In Deutschland gab es zuvor bereits die DIN-5450-Normatmosphäre, 1975 wurde die Normatmosphäre in der DIN ISO 2533 festgelegt. Dies ergibt ein gut vorstellbares allerdings reines Strahlengrundmodell der Einstrahlung. Je nach Einstrahlungsart wie VHUV, UVC, UVA, UVB und VLUV und gewissem IR - Anteil, kann man in einem Polynom den Einstrahlungsverlauf zusätzlich leicht nach oben oder nach unten jeweils präzise modelliert verschieben. Derzeitige Diagramm - Algorithmen zum visuellen Vergleich der Einstrahlungsart werden derzeit physikalisch sinnvoll angewendet, und je nach UV - Art hierdurch sehr gut darstellbar gemacht. Es soll vor allem das Grundmodell hier gut veranschaulicht werden. Der Temperaturverlauf entlang des Temperatur - Gradienten, wie unter linearer Interpolation gut veranschaulicht, läuft in entgegen gesetzte Richtung der Einstrahlung und läßt sich anhand einer ideal gemittelten Temperatur - Gerade bereits recht trefflich charakterisieren. Hinzu kommen noch feinabgestimmte zusätzliche Einflußgrößen der bekannten Atmosphärenschichten selber.Darüber hinaus werden wichtige Eigenparameter und zusätzlicher wichtiger Einflußgrößen, wie Luftdruck, und zusätzlich noch vorherrschende Dampfsättigung und Luftfeuchtigkeit berücksichtigt.Diese ergeben ein erweitert modellierbares, leicht s-förmiges Sättigungskurvenprofil bei der Temperaturgeraden, gemäß der jeweiligen vorherrschenden Atmosphärenschichten zum Weltraum hin sich räumlich ausbreitend. Zusätzlich am Endpunkt messbar ist ein terminal vortrefflich extrapolierbares räumliches IR - Rückstrahlungsprofil in den Weltraum, welches hierbei gleichsinnig entlang des vorherrschenden Temperaturgradienten bis 0 Kelvin verläuft.Siehe hierzu die Mess - Ergebnisse bekannter Wettersatellitenbilder. Die teilweise reflektierte einfallende Infrarotstrahlung in der äußeren Atmosphäre würde deutlich zu hohe verfälschte IR - Strahlenwerte am ionisierten Meßort ergeben die von der Erde kommen. Man verschiebt deshalb die angelegte Gerade bei den gemessenen Strahlenwerten nach li.genau auf der Durchschnittseinfallskurve als Temperaturaustrittsgerade angelegt. Das entspricht etwa 40 Einheiten der gemessenen Strahlenwerte, auf der gewohnten Skala verschiedener gemittelter UV Strahlen. Auch wenn die verschobene Gerade die Temperaturskala unten zufällig schneidet, handelt sich es letztlich um Strahleneinfallswerte die hierbei bur korrigiert werden. Um diese Korrektur zu umgehen wäre eine idealisierte IR Strahleneinfallskurve hypothetisch verwendbar,welche dann eine annähernd entsprechende lineare Interpolation der entgegengesetzt atmosphärisch in das Weltallim berechneten Messknoten abgegebenen Temperaturwerten entspricht.. Temperatur Strahlung Dehnung im Polynom je nach UV –Art. Nach oben verschiebbar je nach einfallender UV –Art. Oder IR Art wie hier. VHUVUVC UVB UVA VLUV I R Hierbei sind Druck und Volumen ~ Molkonzentration zu berück-sichtigen, welche zu den Molmengen unter bestimmten Umrechnungsfaktoren proprtional sind.

5. Die barometrische Höhenformel hat auf den Luftdruck Einfluß: Die barometrische Höhenformel nach z bzw. Tv aufgelöst,ergibt: z=(RL·Tv/g)·ln(p0/p) Z= Höhe Tv=(g·z)/(ln(p0/p)·RL). Hierbei gelten noch zusätzliche Besonderheiten: a) Bestimmung des Luftdrucks in einer vorgegebenen Höhe, wenn der Luftdruck in einem bestimmten Niveau bekannt ist und die Mitteltemperatur der dazwischenliegenden Atmosphärenschicht abgeschätzt werden kann, b) Bodenluftdruckreduktion auf Meeresniveau, c) barometrische Höhenmessung, d.h. Bestimmung der Höhendifferenz zwischen zwei Standorten aufgrund deren gemessener Luftdruck- und Temperaturwerte, d) Bestimmung der Mitteltemperatur einer Atmosphärenschicht, wenn deren Mächtigkeit sowie der Luftdruck im oberen und unteren Begrenzungsniveau bekannt sind. Quelle: https://www.spektrum.de/lexikon/geographie/barometrische-hoehenformel/

6. UVC Grober Vergleich von Einstrahlungsarten. Strahlentemperatur # Dichtetemperatur UVB UVA Hauptanteil Höhenanteil Fast gänzlich geblockt. Die UV-Strahlung wird in UVA (Wellenlängen von 315 - 400 nm; langwellig) überwiegend am Boden ankommend, UVB (Wellenlängen von 280 – 315 nm, kurzwellig) und UVC (Wellenlängen von 200 – 280 nm; extrem kurzwellig) unterteilt.

7. UVC Berechnung einer relevanten Summationsstrahlenbeschleunigung durch Integration und Wendepunkte. UVB UVA Hauptanteil Höhenanteil Fast gänzlich geblockt. Berücksichtigung der Strahlendichte Die UV-Strahlung wird in UVA (Wellenlängen von 315 - 400 nm; langwellig) überwiegend am Boden ankommend, UVB (Wellenlängen von 280 – 315 nm, kurzwellig) und UVC (Wellenlängen von 200 – 280 nm; extrem kurzwellig) unterteilt.

8. Unterschied: Materiewelle und Elektromagnetische Welle: • Eine elektromagnetische Welle ist überwiegend eine …Ladungsschwingung. • Eine Materiewelle ist eine Dichteschwingung. • Eine Dichteschwingung in einer Aggregatsdichte (falls vorhanden) ist quasi ein besonderer Temperatur …Transport und auch Reibungsdichtezustand. • Eine Farbtemperatur ist etwas anderes als eine Temperatur in. . …dichter Atmosphäre und muß physikalisch unterschieden. • und dementsprechend unterscheidend erst umgerechnet werden.

9. Spektralbereiche des Lichtes Medizinische Bedeutung von UV –Strahlung:: https://flexikon.doccheck.com/de/UV-Strahlung

10. Ozon mit höherer Strahlenfluß dichte, aber weiter draußen verdünnt VVUVC UV A, B, C auf der Erde spektral aufgespalten UV C, B, A vom Weltraum aus einstrahlend, noch genauer differenziert C C B B A A Berücksichtigt man eine Temperatur – Konvektionssättigung, mit terminaler IR Emission die vom Boden ausgeht, erhält man eine gegenläufige Funktion zur Einstrahlung gemäß Strahlungsintensität..

11. Diagramm bezüglich der Einstrahlung. UVB UV A,B,(C) vs. Diagramm bezüglich der Temperaturabgabe vom Boden aus. IR –Strah-lung (UVA) und IR

12. UVC UVB UVA

13. Einstrahlung und reines Einstrahlungsmodell. Luftdruck und Luftdichte bei freier atm.Verteilung Beschleunigung v Stark vereinfachtes reines Strahleneintrittsmodel

14. Beschleunigungskurve der UV Stahlung mit Umwandlung von UV B in UVA. v von UVB in UVA Geringe Gasdichte Praktisch kein Wärmetransport Nur Umwandlung Ähnlich wie in Gasröhre V ~ U ist die Beschleunigung als Diagramm aber nicht der Wärmestrom in Materie. Geschwindigkeit v und Beschleunigungsabnahme a v UVA

15. Quelle: Wikipedia:

17. Ein (UV) - Ein und (IR) Ausstrahl - Modell in der Atmosphäre:

18. Aufbau der Biosphäre, der menschlich bewohnbaren Sphäre Quelle: Volker Kloß

19. Rückstrahlung in den Weltraum. Keine Höhen-temperaturzunahme Kein Wärmetransport Nur Umwandlung Ähnlich wie in Gasröhre V ~ U ist die Beschleunigung aber nicht der Wärmestrom Rückstrahlung Je nach Beschleu -nigungsaufprall und Dichte bis am Boden. 1/V~ R[Widerstand] v von UVB in UVA v UVA,unsichtbar

20. Das Emissionsspektrum der Sonne:

21. Was ist UV Strahlung ?

22. Welche Strahlen erreichen die Erdoberfläche ? Der Hauptanteil ist das UVA meist bis 6% , dieser Anteil kann auch je nach vorhandenen Wassertröpfchen und Wasserdampfsättigung noch abnehmen oder leicht ansteigen. Das gesamte sichtbare Licht hängt natürlich auch noch von der Zusammensetzung der Gasatmosphäre und dessen Spektralbereichen ab.

23. Was ist die Quelle der UV- Strahlung:

24. Welche Art von Sonnenlicht und von UV-Spektrum gibt es ?

25. Der sichtbare Bereich ist 400nm bis 750 nm.

26. Was macht die Ozonschicht ? , was machen die Wassertröpfchen in der Atmosphäre dann ab 15 km ?

27. UVC Berechnung einer relevanten Summationsstrahlenbeschleunigung durch Integration und Wendepunkte. UVB UVA Hauptanteil Berücksichtigung der Strahlendichte Höhenanteil Fast gänzlich geblockt. Wassertröpfchen in der Atmosphäre Die UV-Strahlung wird in UVA (Wellenlängen von 315 - 400 nm; langwellig) überwiegend am Boden ankommend, UVB (Wellenlängen von 280 – 315 nm, kurzwellig) und UVC (Wellenlängen von 200 – 280 nm; extrem kurzwellig) unterteilt.

28. Wieviel der unsichtbaren Strahlung und wieviel des sichtbaren Lichtes wird in den Weltraum zurückreflektiert ? • Ungefähr 30 % des eingehenden Sonnenlichtes wird also durch die Wolken oder helle Gebiete auf der Oberfläche der Erde bzw. unteren schichten in den Weltraum zurück reflektiert oder ... • 25 % des unsichtbaren Lichtes …wird bereits in den oberen …Schichten reflektiert • Zusammen wird über 55% …in das Weltall zurück …reflektiert. • Ein Großteil des UVB wird in der …dünnen Ozonschicht umgewandelt https://www.gerd-pfeffer.de/atm_strahlg.html

29. Wie empfindlich ist der Mensch auf die UV-Stahlung ?

30. Sichtbarer und unsichtbarer Anteil des Sonnenlichtes:

31. UV-Empfindlichkeit bei verschiedenen Hauttypen: Die verschiedenen Hauttypen : Die Wirkungen der UV- Strahlung sind unter anderem von der Empfindlichkeit der Haut gegenüber UV-Strahlung abhängig. Je nach UV-Empfindlichkeit werden 6 Hauttypen unterschieden. Grundlage hierfür ist die Klassifikation von Hauttypen nach dem amerikanischen Hautarzt Thomas Fitzpatrick von 1975. Die Einteilung der Hauttypen ist relativ grob – die Übergänge sind fließend. 3. Mitteleuropäische Hauttypen Typ 1 (Keltischer Typ, Eigenschutzzeit bis 10 Minuten) Typ 2 (Nordischer Typ, Eigenschutzzeit bis 20 Minuten) Typ 3 (Mischtyp, Eigenschutzzeit bis 30 Minuten) Typ 4 (Mediterraner Typ, Eigenschutzzeit bis 60 Minuten) Typ 5 (Dunkler Typ, Eigenschutzzeit bis 90 Minuten) Typ 6 (Schwarzer Typ, Eigenschutzzeit länger als 90 Minuten) Quelle: https://flexikon.doccheck.com/de/Hauttyp

32. Expositionsgruppen die UV-Licht besonders ausgesetzt sind: Nach längerer Exposition nimmt auch die Hautdichte etwas zu, Trotzdem schütztman sich eher durch Sonnencrems und entsprechende Kleidung. Danach ggf. durch Kühlung , Vit B5 m Gerbsäure und Entzündungshemmer.

33. Nach zu langer Exposition erhöht sich auch das Risiko für Hautkrebs.

34. UVA und UVB haben bekannterweise unterschiedliche Eindringtiefen. • Zu lange UV –Exposition birgt natürlich verschieden- artige Risiken. • Vorzeitige Alterung • Entzündung • Sonnenbrand • Verbrennungen • Hautkrebs In der Dermatologie (Hautheilkunde) wird auch UV Strahlung gezielt zur Behandlung verschiedener Erkrankungen, wie z.B. bei der Schuppenflechte (Psoriasis) sehr erfolgreich eingesetzt.

35. Balneotherapie am toten Meer: Quelle: Duale Reihe, Lehrbuch der Dermatologie

36. Zwei Formen von heilendem Reizklima unter entsprechendem Hautschutz vor allem bei dem UVA 6%und dem geringeren UVB < 1% Anteil:

37. Das offene Konvektionsmodell des Klimas oder vereinfacht das offene Konvektionstrichtermodell. Seit über 40 Jahren ist das offene Konvektionsmodell in unserem wissenschaftlichen Denken verankert, um die Klimaentstehung zeitgemäß zu erklären und nicht wie in der Steinzeit von nur noch Klimahöhlen zureden. Definition: offenes Konvektionsmodell: Unter offenem Konvektionsmodell versteht man die Wärmeansammlung am Boden und Umwandlung von gesättigtem Wasserdampf, welcher praktisch fast alle Komponenenten der Wetter und Klimaentstehung erklärt. Die Verdunstung geschieht hier wie in einem offenen Trichter wenn auch nur eine ausreichende Verdunstungsmenge überhaupt zur Verfügung steht.

38. Überwiegend kommt UVA am Boden an, das sind aber nur 6 % des gesamten Sonnenlichts. Das seit über 40 Jahren etablierteKlimamodell, das offene Konvektionsmodell stimmt noch immer. Ein Großteil der durchkommenden Sonneneinstahlung wird dann in sichtbares Sonnenlicht in den unteren Schichten umgewandelt.

39. Wie wäre hierzu rein hypothetisch dann, das hypothetisch erreichbare UV - Einstrahlungs - Modell auf der Venus ? Kurvenschnittdiagramm der UV A,B, C Einstrahlung auf die Venus Kurvenschnittdiagramm der UV A,B, C Einstrahlung auf die Erde. C Strahlung B A Minus 20 C° ? Temperatur Da man nicht ganz auf die Venusoberfläche sieht, wurde die Log - Skala entsprechend als Höhenschnitt angepasst. (als hypoth. Modell).

40. Strahlungs und Druckkesselmodell der Venus Prinzipielle Betrachtung: Venus Erde vermutete Reflexion von 75% Reflexion von > 55%

41. Modellhafter Dichtevergleich der Atmosphäre bei Venus und Erde hypothetisches Modell mit Dampfsättigung bei gleicher Energie. H2O expandiert nicht so stark, aber die Molmasse bleibt vermutlich gleich bei gleicher Einstellung und Schwerkraft Dünnere Atmosphärensättigung und etwas stärkere Energieabgabe unter Co2,wegen der stärkeren volumigen Verdunstung. Verdunstung und Kondensation hält sich meist die Waage CO2 Wasser Volumen Das Druckventil öffnet immer bei gleichem Druck und auf gleiche vorher eingestellter Temperatursollwertschwelle Kühlung Erde Wasser Venus CO2 + Wasser Ab - 40 C° Verdunstung und viel stärkere Energie abgabe bei + 100°C -> größeres Volumen Strahlenenergie Ab + 100 C° Verdunstung und mittlere Energieabgabe bei 100 °C Co2 und H20 sind nur Sättigungsstoffe, keine Atmosphäre selber. Die Ausgangsmolmenge ändert sich kaum im Topf, das hängt nur vom Vorrat ab.

42. Hypoth. Modell : Druckvergleich der Atmosphäre zwischen Venus und Erde Druckaufbau bei unterschiedlicher Energie (Solarkonstante). H2O expandiert nicht so stark, aber die Molmasse bleibt vermutlich gleich bei gleicher erfolgter Einstellung, Energie und Schwerkraft Noch stärkere Verdünnung in den Weltraum und stärkere kinetische Energieabgabe unter Co2,wegen der stärkeren Druck - Verdunstung. Verdunstung und Kondensation hält sich meist die Waage Über das Ventil wird jetzt eine größere Mol- menge ausgestoßen. CO2 1Atm (gelöst) Wasser Das Druckventil öffnet immer bei gleichem Druck und gleicher einge-stellter Temperatursollwertgrenze zur Kühlung. Das Venil öffnet bei doppelter Energie jetzt doppelt so oft. 2Atm (gelöst) G=9,8m/s² G=8,8m/s² Erde Wasser Venus CO2 + Wasser Ab - 40 C° Verdunstung und viel stärkere Energie abgabe bei + 100°C Ab + 100 C° Verdunstung und mittlere Energieabgabe bei 100 °C Strahlenenergie Solarkonstante =2 Solarkonstante =1 Bei doppelter Solarkonstante (= 2x Einstrahlung) herrscht eine noch stärkere Expansion & Verdunstung, aber auch Kühlung zum Weltall raus. Der Druck am Boden steigt auf 2 Atm an.

43. Hypothetisch auch stärkeres Rückstrahlmodell auf der Venus Venus

44. Wie verteilt sich die Intensität des normal einfallenen Sonnenlichtes auf der Erde ?

45. Woraus besteht die Atmosphäre ? Zusammensetzung (in Volumen-%): 78% Stickstoff, 20,94% Sauerstoff, 0,93% Argon, 0,04% Kohlenstoffdioxid. Weitere Edelgase und Bestandteile nehmen zusammen deutlich weniger als 1% ein. Hinzu kommt ein noch viel kleinerer Anteil an meist natürlichn Schwebstoffen, welche fast ausnahmslos der Sedimen- tation wieder dienen. Bereits aufgesättigte Aerosolformel (Gase sind nicht immer ideal): Normalerweise entspricht 1 Mol Idealgas bei 0 C° etwa 22.5 Vol Einheiten. Quelle: Landesamt Hessen

46. Depositionskreislauf: Unter Deposition versteht man die Ablagerung von Sand, Staub aber auch anderen Partikeln, die meist dem Boden wieder sinnvoll zugeführt werden. Meist führen sie zur Sedimentation. Es könenn aber auch chemische Stoffe und Ruß sein, der sich einfach vermeiden läßt bei ausreichender Normalverbrennung unter O2 - Zufuhr.

47. Oft sind Aerosole, nach einiger Einwirkzeit oxidierte Partikel, die Mineralien die dem Nährstoff -kreislauf erneut zugeführt werden. Der Aerosolkreislauf: Quelle: Max Planck G.

48. Erschließung und Recourcen - Nutzung metamorpher Gesteinsregionen: Grundlagen der Gesteinskunde

49. Der Hydrologische Kreislauf.

50. Der Wasserkreislauf: