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Atmosphäre

[898] Atmosphäre (v. gr.), 1) jede wirkliche od. eingebildete luftähnliche Hülle, welche gewisse Körper umgibt, od. in ihrer Umgebung gedacht wird. So spricht man von einer A. der Sonne, der Erde, des Jupiter u. s. s.; ferner von einer Licht-A. der Sonne, d.i. einer die Sonne umgebenden, Licht u. Wärme ausstrahlenden Hülle; ferner von der elektrischen A. eines Körpers, d.i. dem Raum, innerhalb dessen ein elektrischer Körper eine merkliche Wirkung hervorrufen kann; insbesondere 2) (Atmosphärische Luft), Lufthülle der Erde. Was a) die Bestandtheile der A. anlangt, so ist sie ein Gemenge mehrerer Gas- u. Dampfarten. Unter ihnen sind die vorwiegenden Stick- u. Sauerstoff in dem ungefähren Verhältniß 4: 1; dann in weit geringeren Quantitäten Wasserdampf, Kohlensäure, Ammoniak. Seitdem man erkannt hatte, daß beim Athmen der Sauerstoff vom menschlichen u. thierischen Körper absorbirt, der Stickstoff aber unbenutzt wieder aufgeathmet werde, pflegte man die Güte der A. nach dem Gehalte an dieser Luftart zu beurtheilen u. stellte zur Ermittlung desselben zahlreiche Versuche an (Eudiometrische Versuche, d. h. Messungen über die Güte der Luft); doch weiß man jetzt, daß nicht sowohl der Mangel an Sauerstoff, der auch in der verderbtesten A. in dem gleichen Verhältniß enthalten ist, als die Gegenwart einer etwas größeren Menge von Kohlensäure u. vielleicht anderen Gasen als Dämpfen der Luft nachtheilige Eigenschaften ertheilt. Die Methode zur Bestimmung des Sauerstoffs besteht im Allgemeinen darin, daß man einer gewissen Menge von Luft durch einen leicht oxydirbaren Körper, z.B. Phosphor, Pyrogallussäure od. Wasserstoffgas, den Sauerstoff entzieht u. sowohl die Gewichtszunahme des oxydirten Körpers als auch die zum Versuch gebrauchte Luftmenge bestimmt. Die ersten Endiomeirischen Untersuchungen stellten Scheele u. Lavoisier an; genauere Bestimmungen gaben Gay Lussac u. Humboldt, dann Dumas u. Boussingault, Brunner, Lewy, welche ziemlich übereinstimmend 23,50 Gewichtsprocente (20,8 Volumenprocente) Sauerstoff u. 77 Gewichtsprocente (79,2 Volumenprocente) Stickstoff ergaben; ferner Bunsen, Reiset u. Regnault, Marchand, welche 20,96 Volumenprocente Sauerstoff fanden. Überdieß haben die Untersuchungen gelehrt, daß auch auf den höchsten Bergen, in der schlechtesten Theater-A., od. in der anderen Hemisphäre gesammelte Luft beide Gase in dem nämlichen Verhältnisse gemischt enthält. Auch verändert sich die Zusammensetzung der A. mit der Zeit nicht merkbar, obwohl durch den Lebensproceß der Menschen u. Thiere fortwährend Sauerstoff consumirt u. Kohlensäure der A. mitgetheilt wird, da die durch den Regen niedergeschlagene Kohlensäure von den Pflanzen aufgenommen, der Kohlenstoff allein aber davon zurückbehalten, der Sauerstoff dagegen durch die Blätter ausgeschieden wird. Der Gehalt der A. an Kohlensäure wird dadurch ermittelt, daß eine große Menge völlig getrockneter Luft, etwa 25,000 Kubikcentimeter (circa 30 Kannen), durch eine Röhre geleitet wird, welche mit concentrirter Kalilauge befeuchtete Bimssteinstücke enthält. Die letztere saugt die Kohlensäure begierig auf u. wird dadurch zu Pottasche. Saussure fand im Mittel in 10,000 Volumtheilen Luft 4,1 Kohlensäure, Verver 4,188, Marchand 3,1, Lewy in Neugranada 4,0. Nach Untersuchungen der Gebrüder Schlagintweit in den Alpen nimmt der Kohlensäuregehalt mit der Höhe zu. Die Bestimmungen des Ammoniakgehaltes[898] haben zu sehr verschiedenen Resultaten geführt. In 1 Mill. Gewichtstheilen Luft fand Gräger 0,333, Kemp 3,68, Fresenius 0,133 Ammoniak. Er gelangt durch die Verwesung thierischer Körper in die A. u. ist insofern wichtig, als er den Pflanzen ihren Bedarf an Stickstoff liefert. Der Gehalt an Wasserdampf bedingt in unserer Breite etwa 0,3 bis 1 Procent, ist aber in heißeren Klimaten größer; er bedingt die Feuchtigkeit der A. (s. unt.). b) Unter den physikalischen Eigenschaften ist es zunächst die Schwere, welche die Atmosphärische Luft mit allen Körpern theilt, u. zwar wiegt ein rheinl. Kubikfuß Luft bei 0° u. 28 Zoll Barometerstand 656 preuß. Gran (circa 27 Loth); ihr specifisches Gewicht ist hiernach 773 Mal kleiner als das des Wassers von 4° C. In der Wärme dehnt sich die Atmosphärische Luft aus, u. zwar um ¹/₂₇₃ ihres Volumens bei 1° C., ihr Ausdehnungscoefficient ist also 0,003665. Ferner ist dieselbe elastisch, d. h. sie nimmt eine, dem Drucke, der auf sie ausgeübt wird, proportionale Dichtigkeit an u. äußert selbst wieder einen ihrer Dichtigkeit proportionalen Druck (Luftdruck). Diesent non seinem Entdecker so benannten Mariotteschen Gesetze gehorcht die Luft nach Dulong's u. Arago's Versuchen bei Vermehrung des Drucks bis mindestens zu einer 27fachen Verdichtung u. bei Verminderung des Drucks bis zu einer ungemessenen Verdünnung. Hieraus folgt, daß die A. nicht überall gleiche Dichtigkeit haben kann, indem die unteren Schichten durch das Gewicht der darüber befindlichen zusammengedrückt werden. Das Instrument, welches dazu dient, den überall in der A. herrschenden Druck u. die damit proportionale Dichtigkeit der A. zu messen, ist das Barometer (s.d.), dasselbe zeigt nach Poppendorff in 45° Breite an der Oberfläche des Meeres bei 0° im Mittel 337,8 par. Linien Quecksilberdruck; doch nimmt man gewöhnlich in runder Summe dafür entweder 28 par. Zoll od. 760 Millimeter, od. 30 engl. Zoll an. Die A. drückt hiernach auf jeden pariser QFuß mit einem Gewicht von 23 Ctrn. Erhebt man sich nun vom Meeresspiegel aus um 73 Fuß, so nimmt der Barômeterstand um 1 Linie ab; bei 16,972 Fuß ist die Dichtigkeit der A. nur noch die Hälfte; von hier aus sinkt das Barometer bei einer Erhebung um 73 Fuß nur um ¹/₂ Linie. Bei 162,448 Fuß (7–8 Meilen) ist der Druck der A. nur noch 1 Millimeter. Die A. besitzt also hier eine Dichtigkeit, wie sie kaum durch die besten Luftpumpen erreicht wird. Dem Mariotteschen Gesetze zufolge würde auch fernerhin die Dichtigkeit der A. mit zunehmender Höhe bis ins Unendliche abnehmen; allein aus Gründen, welche namentlich auf die Beobachtung des Eintritts der Dämmerung, d. h. der durch die höchsten Lufttheilchen zurückgeworfenen Sonnenstrahlen, beruhen, nimmt man an, daß die Höhe der A., d. h. die überhaupt noch für uns merkbaren Lufttheilchen, sich auf 10 geographische Meilen betaufe. Auf die gesetzmäßige Abnahme der Dichtigkeit der A. mit der Höhe gründet sich die Methode, aus gleichzeitigen Beobachtungen des Barometers an 2 verschiedenen nicht allzuweit von einander entfernten Punkten den Unterschied ihrer Höhe über dem Meeresspiegel zu berechnen. Der Druck der A. ist an einem u. demselben Orte veränderlich. Die Schwankungen des Luftdrucks sind theils regelmäßige u. periodische, theils unregelmäßige. In der heißen Zone sind die ersteren am bedeutendsten u. die letzteren fast gar nicht vorhanden, während in der gemäßigten Zone das umgekehrte Verhältniß besteht. Am Äquator erreicht das Barometer früh 9 u. Abends 10 Uhr ein Maximum, Nachmittags u. früh 4 Uhr ein Minimum, die Differenz beider Stände beträgt 2 Millimeter. Ebenso gibt es eine regelmäßige jährliche Periode der Schwankungen, indem das Barometer zu Calcutta im Januar 17 Millimeter höher steht, als im Juli. In der gemäßigten Zone findet man diese periodischen täglichen u. jährlichen Variationen weit geringer u. nur als Mittel sehr vieler Beobachtungen. Nach 20 Jahre lang täglich zu Paris angestellten Beobachtungen ist hier der Barometerstand durchschnittlich Vormittags 9 Uhr um 0,775 Millimeter höher als Nachmittags 3 Uhr, u. im Januar 4 Millimeter höher als im October. Dagegen sind hier die unregelmäßigen Schwankungen sehr bedeutend. So findet sich von Paris aus dem Jahre 1821 als höchster Stand 781 Millimeter u. als niedrigster 715 Millimeter verzeichnet, also ein Unterschied von 66 Millimeter (circa 2¹/₂ Zoll). Diese unregelmäßigen Schwankungen haben ihren Grund in den verschiedenen Windrichtungen, indem nördlicher Wind kalte, also dichtere Luft herbeiführt, bei welcher das Barometer steigt, südlicher Wind dagegen warm u. daher weniger dichte. Da letztere auch reicher an Wasserdampf ist, so dienen die Beobachtungen des wechselnden Luftdruckes einigermaßen zur Beurtheilung der bevorstehenden Witterung. Für die Wärme der A. sind besonders 2 Quellen vorhanden, nämlich die theilweise Absorption der Sonnenstrahlen u. die Mittheilung der Wärme vom erwärmten Erdkörper aus. Hiervon ist die letztere bei weitem die wirksamere. Da nun die dünne Luft der höheren Schichten die Wärmestrahlen in geringerer Menge absorbirt u. dieser Theil der A. von der Erdoberfläche entfernter od. doch nur einem verhältnißmäßig kleineren Theile derselben nahe liegt, so erklärt sich hieraus die Abnahme der Temperatur in höheren Luftregionen. Dieselbe ist sowohl bei Luftschifffahrten als auch bei Besteigung hoher Gebirgsgipfel beobachtet worden. Freilich ist ein regelmäßiges Gesetz dafür schwer zu erkennen, da die Luftströmungen, Wolkenbildungen, die Gestaltungen u. Beschaffenheit des Bodens viele Störungen herbeiführen. Gay Lussac fand 1804 in 21,000 Fuß Höhe – 9,5° C., während am Boden + 31° C. gewesen war, mithin ungefähr auf 250 Fuß eine Abnahme von 1° C. Vier wissenschaftliche Luftschifffahrten, welche 1853 in England angestellt wurden, u. bei denen man die Höhe von 22,930 engl. Fuß erreichte, zeigten, daß Anfangs die Temperatur rasch abnahm, von 2000–3000 Fuß ein Stillstand u. darauf wieder eine raschere Abnahme eintrat. Der Abnahme von 1° C. entsprach im Durchschnitt am 17. Aug. 545 par. Fuß, am 26. Aug. 646 Fuß, am 21. Octbr. 737 Fuß, am 10. Novbr. 677 Fuß. In der Andeskette ist nach Humboldt die mittlere Temperatur in 0 par. Fuß Höhe 27,5° C., in 6000 Fuß 18°, in 12,000 Fuß 7°, in 15,000 Fuß 1,5°. Hiernach kommt durchschnittlich auf 1° C. eine Erhebung von 577 par. Fuß. An verschiedenen Orten der Erdoberfläche, namentlich in verschiedenen Breiten, ist die Temperatur der A. wegen der verschiedenen Erwärmung des Erdbodens durch die Sonnenstrahlen sehr verschieden. Die höchste beobachtete [899] Wärme ist von + 53° C. in der afrikanischen Sandwüste, die höchste Kälte - 56,7° C. auf dem Fort Reliance in NAmerika u. – 59° von Kane auf seiner Nordpolfahrt im Winter 1853–54 beobachtet. Mit der Temperatur steht im engen Zusammenhange die Feuchtigkeit der A., od. ihr Gehalt an Wasserdampf. Im Allgemeinen ist derselbe nur ein geringes Element bet A., denn unter den 28 Zoll mittleren Barometerstandes kommen etwa nur 2'''– 5''' auf den Druck des Wasserdampfes, u. dennoch sind seine Schwankungen für den Wechsel der Witterung von großer Bedeutung. Dieselbe beruht auf der Eigenschaft des Wasserdampfes, daß er unter einem gewissen Drucke bei abnehmender Temperatur tropfbar flüssig wird, daher vermag die A. bei niedrigerer Temperatur weniger Dampf in sich aufgelöst zu erhalten, als bei höherer, u. erniedrigt sich die Temperatur hinreichend, während der Dampfgehalt unverändert bleibt, so bildet sich ein Niederschlag. Die Feuchtigkeit der A. hängt nun davon ab, wie nahe sie ihrem Sättigungspunkte ist; in solcher Luft, welche von diesem Punkte fern ist, kann das Wasser schnell verdunsten, nasse Gegenstände werden schnell trocken u. die A. selbst heißt dann trocken. Feuchtigkeit ist also das Verhältniß des wirklich aufgelösten Wasserdampfes zu dem, welcher bei der bestehenden Temperatur im Maximum aufgelöst sein könnte; sie wird gewöhnlich durch die Procente jenes von diesem ausgedrückt. Instrumente, mittelst deren man die Feuchtigkeit der A. messen kann, heißen Hygrometer (s.d.). Die hygrometrischen Beobachtungen haben gelehrt, daß im Laufe des Jahres mit wachsender Temperatur der absolute Dampfgehalt der A. zwar steigt, aber nicht in dem Verhältniß, daß die A. immer im gleichen Abstande vom Sättigungspunkt bleibt. Die Spannkraft des Dampfes ist im Januar am kleinsten, in Halle 2,070''', im Juli am größten, 5,338'''; dagegen ist die Feuchtigkeit im Januar am größten, 85⁰/₀, im Juli am kleinsten, 66⁰/₀ In ähnlicher Weise ist im Laufe eines Tages der Dampfgehalt meistens kurz vor Sonnenaufgang am kleinsten, aber die Feuchtigkeit am größten, u. kurz nach Mittag der Dampfgehalt am größten, aber die Feuchtigkeit am kleinsten. Eine Vergleichung dieser Verhältnisse für verschiedene Regionen der Erdoberfläche zeigt, daß mit zunehmender geographischer Breite unter fast gleichen Umständen der absolute Dampfgehalt abnimmt, u. daß über dem Meere die A. dem Sättigungspunkte immer näher ist, während in Binnenländern die Luft trocken ist. Aus diesen beiden Gründen bringt bei uns der Südwest- u. Westwind feuchtes, der Ost- u. Nordostwind dagegen trockenes Wetter. Über die Erscheinungen der Atmosphärischen Elektricität s. unter Elektrometeore. Unter die Lichterscheinungen der A. gehört zunächst die Atmosphärische Strahlenbrechung. Wenn der Lichtstrahl von irgend einem Gestirn aus dem leeren Weltenraume in die A. eintritt u. nach u. nach die allmälig dichter werdenden Schichten derselben durchläuft, so erleidet er eine Ablenkung in dem Sinne, daß er der senkrechten Richtung sich mehr u. mehr nähert. Ein Beobachter, welcher den letzten Theil dieses krummlinig sich fortpflanzenden Strahls empfängt, wird denselben Eindruck haben, als ob sich das Gestirn nach der Richtung befände, in welcher der Strahl anlangt, der Stern wird also dem Zenith genähert erscheinen. Diese atmosphärische Refraction, welche in allen astronomischen Beobachtungen eine Correction nöthig macht, beträgt für Sterne, die sich im Zenith befinden, 0, für Sterne in 45° Höhe circa 1 Bogenminute, für Sterne im Horizont aber über 33 Minuten. Daher kommt es, daß wir die Sonne beim Untergange noch völlig über dem Horizonte sehen, wenn ihr unterer Rand in Wirklichkeit bereits 33 u. ihr oberer 2 Bogenminuten unter denselben hinabgesunken ist, daß sie also über 2 Zeitminuten länger sichtbar bleibt als ohnedies; ebenso findet der scheinbare Sonnenaufgang wegen der atmosphärischen Strahlenbrechung 2 Minuten eher statt, als der wahre. Die Durchsichtigkeit der A. ist nicht eine vollkommene, obwohl die Luft einer der durchsichtigsten Körper ist, vielmehr reflectirt sie einen Theil der Lichtstrahlen. Daher kommt es, daß Gegenstände in großer Entfernung nicht blos unter kleinerem Gesichtswinkel, sondern auch überdies undeutlicher gesehen werden; u. wenn nicht ein großer Theil der Strahlen von der Luft zurückgeworfen u. diese selbst dadurch glänzend würde, so würde das Himmelsgewölbe auch am Tage schwarz u. nur die Sonne u. die Gestirne als glänzende Scheiben u. Punkte an ihm erscheinen. Auf hohen Bergen, wo die Luft dünner ist, erscheint daher der Himmel um vieles dunkler. Auch verdanken wir dieser Zurückwerfung des Lichts durch die A. die Existenz der Dämmerung. Bei vollkommener Durchsichtigkeit der A. würden wir einen plötzlichen Wechsel zwischen Tag u. Nacht haben, wie man solchen auf dem luftleeren Monde beobachtet. Die Durchsichtigkeit der A. scheint begünstigt zu werden durch eine vollkommene Auflösung von Wasserdämpfen in ihr, während schwebende Nebelbläschen dieselbe vermindern, daher die große Klarheit in südlichen Gegenden u. auch bei uns, wenn sich nach heftigem Regen der Himmel plötzlich aufhellt. Aus dem Umstande, daß es namentlich die blauen Strahlen sind, welche zurückgeworfen u. die rothen u. gelben, welche durchgelassen werden, erklärt sich die allgemeine blaue Farbe des Himmels u. zumeist auch die rothe Farbe der Sonnenstrahlen beim Aufgang u. Untergang. 3) In der Mechanik versteht man unter A. die Einheit des Maßes für den Druck tropfbarer od. luftförmiger Flüssigkeiten. Man sagt z.B. in einer Wassersäulenmaschine wirke das Wasser mit 8 A-n Druck auf den Kolben, wenn der Kolben das achtfache des Druckes erleidet, den die A. auf ihn ausüben würde, wenn also jeder par. QZoll einen Druck von 8. 17¹/₂ Pfd. od. jeder rheinische QZoll 8. 15,114 preuß. Pfd. erfährt. Instrumente, deren man sich zur Messung des Druckes der Flüssigkeiten bedient, heißen Manometer, s.d.