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Der atmosphärische Druck, auch Luftdruck genannt, ist der Druck in der Atmosphäre der Erde. Dieser Druck entsteht (bildlich gesprochen) durch die Gewichtskraft der Luft-Säule, die auf die Erdoberfläche oder auf einem Körper einwirkt.

Die Standardatmosphäre (Symbol: atm) ist eine Druckeinheit, die als 1.013,25 hPa definiert ist, was 1 atm, 1.013,25 Millibar (etwa 1 bar), 760 mm Hg, oder 14,696 psi entspricht.

Mechanismus

Es ist die Schwerkraft, die die Atmosphäre komprimiert, sodass der lokale Druck auf jeder Ebene das Gewicht der darüber liegenden Luftsäule trägt. Der Atmosphärendruck wird durch die Anziehungskraft des Planeten auf die atmosphärischen Gase über der Oberfläche verursacht und ist eine Funktion der Masse des Planeten, des Radius der Oberfläche sowie der Menge und Zusammensetzung der Gase und ihrer vertikalen Verteilung in der Atmosphäre. Er wird durch die Planetenrotation und lokale Effekte wie Windgeschwindigkeit, temperaturbedingte Dichteschwankungen und Schwankungen in der Zusammensetzung verändert.

Höhenunterschiede

Der Luftdruck auf der Erde variiert mit der Höhe der Oberfläche, so dass der Luftdruck auf Bergen in der Regel niedriger ist als der Luftdruck auf Meereshöhe. Der Druck ist proportional zur Temperatur und umgekehrt zur Luftfeuchtigkeit, und beides ist notwendig, um eine genaue Zahl zu berechnen. Eine exakte mathematische Beschreibung des Druckverlaufs ist wegen der Wetterdynamik und anderen Einflussfaktoren nicht möglich.

In der einfachsten Form kann mittels der barometrische Höhenformel grob angenommen werden, dass der Luftdruck in geringer Höhe über dem Meeresspiegel um ein Hektopascal (entsprechend 1 ‰ des mittleren Luftdrucks) je 8 Meter Höhenzunahme abnimmt. 1 hPa = 100 N/m², 8 m³ Luft haben eine Gewichtskraft 100 N.

Etwas besser ist die Näherung, dass der Druck mit zunehmender Höhe exponentiell abnimmt.

Eine wichtige Anwendung der Erkenntnis, dass der atmosphärische Druck direkt mit der Höhe variiert, war die Bestimmung der Höhe von Hügeln und Bergen dank zuverlässiger Barometer. Aufgrund der gebräuchlichen Verwendung des Quecksilbersäulenbarometers wurde der Luftdruck lange Zeit in mmHg (Millimeter Quecksilbersäule) ausgedrückt.

Lokale Unterschiede

Der Atmosphärendruck schwankt auf der Erde stark, und diese Veränderungen sind wichtig für die Untersuchung von Wetter und Klima. Der Druck im Auge des Wirbelsturm Wilma betrug am 19. Oktober 2005 882 hPa (12,79 psi).

Der Atmosphärendruck unterliegt einem täglichen oder halbtäglichen (zweimal täglich) Zyklus, der durch die globalen atmosphärischen Gezeiten verursacht wird. Dieser Effekt ist in den tropischen Zonen mit einer Amplitude von einigen Hektopascal am stärksten, während er in den Polargebieten nahezu Null ist. Diese Schwankungen haben zwei sich überlagernde Zyklen, einen zirkadianen (24-Stunden-Zyklus) und einen semizirkadianen (12-Stunden-Zyklus).

Regionale Schwankungen des Luftdruckes sind maßgeblich an der Entstehung des Wetters beteiligt, weshalb er in der Meteorologie in Form von Isobaren auch das wichtigste Element in Wetterkarten darstellt.

Siedepunkt

Da der Luftdruck mit zunehmender Höhe abnimmt (umgangssprachlich: die Luft wird dünner), verringert sich gemäß der Dampfdruck-Temperatur-Kurve auch der Siedepunkt von Wasser. Als Faustregel gilt: Der Siedepunkt sinkt pro 300 m um etwa ein Grad. Auf dem 1100 Meter hohen Brocken im Harz siedet Wasser bei 96 Grad. Auf Deutschlands höchstem Gipfel, der Zugspitze, kocht das Kaffeewasser bereits bei 90 Grad. Auf dem Mount Everest (8848 m) liegt der Siedepunkt etwa bei 70 °C.

Der Zusatz von Salz kann gegensteuern, weil es in hohen Konzentrationen die Siedetemperatur deutlich erhöht. Im "normal" gesalzenen Wasser zum Spaghetti kochen liegt der Siedepunkt bei etwa 102°C (auf Normalnull). Bei einer gesättigten Salzlösung (etwa 1/3 Salz) liegt der Siedepunkt bei 108 Grad Celsius.

Experiment

Beim Experiment „umgedrehtes Glas“ oder „umkehrbares Glas“ wird ein Glas mit einer Flüssigkeit ohne Kohlensäure gefüllt, die Öffnung mit einem Blatt Kartonpapier (die deutlich größer ist als der Durchmesser des Glases) abgedeckt, das Glas vorsichtig umgedreht und dann die Hand, die das Papier festhält, weggezogen. Die Flüssigkeit bleibt im Glas. Diese kontraintuitive Beobachtung lässt sich folgendermaßen erklären: Der Luftdruck (ca. 1 kg/cm2) und in geringerem Maße die Oberflächenspannung, üben eine größere vertikale Aufwärtskraft aus als das Gewicht der Flüssigkeit im Glas und der Luftdruck am Boden des Glases.

Wird die Unterlage entfernt, entweicht die Flüssigkeit, obwohl der Luftdruck die gleiche aufwärts gerichtete Kraft ausübt: Die (destabilisierenden) Schwerkräfte überlagern die (stabilisierenden) Kräfte der Oberflächenspannung und lösen die Rayleigh-Taylor-Instabilität aus.

Eine Folge dieser Erfahrung ist das Öffnen eines Glases mit Marmelade, Glaskonserven oder Ketchup-Flaschen, das durch den höheren atmosphärischen Druck als durch den extrem niedrigen Luftdruck unter dem Deckel erschwert wird.