Homosphäre und Heterosphäre

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Neben der üblichen Einteilung einer Atmosphäre und dabei speziell der Erdatmosphäre nach ihrem vertikalen Temperaturgradienten, ist in der Meteorologie auch die Unterscheidung zwischen Homosphäre und Heterosphäre gebräuchlich. Der Übergangsbereich zwischen beiden wird als Homopause oder Turbopause bezeichnet, sie liegt im Fall der Erde in einer Höhe von etwa 80 bis 120 Kilometern.

Der Unterschied der beiden Schichten besteht darin, dass man in der Homosphäre von einer gleichmäßigen Durchmischung der Moleküle unabhängig von ihrer Molekülmasse ausgehen kann, diese aber in der Heterosphäre aufgrund der wegen des geringeren Drucks längeren freien Wegstrecke der Moleküle entsprechend der Boltzmann-Statistik molekularkinetisch entmischt werden. So sinken die schweren Moleküle wie Stickstoff oder Sauerstoff nach unten und die leichten wie Wasserstoff oder Helium sammeln sich im oberen Bereich der Atmosphäre an. Die Zusammensetzung der Luft in der Homosphäre ist folglich nahezu konstant, während sie sich in der Heterosphäre mit der Höhe ändert. In der äußeren Schicht der Heterosphäre bei 1000 km Höhe befinden sich in der Folge nur noch Wasserstoff-Moleküle. Entsprechend nehmen auch die mittleren freien Weglängen zu, die in 100 km Höhe bei etwa 15 cm und in 200 km Höhe bereits bei 22 m liegen.

Die Homosphäre der Erde beinhaltet mit über 99,9 % der Teilchen den hauptsächlichen Anteil der Atmosphäre. Die Höhe von 100 km wird seitens der Fédération Aéronautique Internationale als Grenze zum Weltraum angesehen, da hier mit einer Temperatur von -90 ºC und einem Luftdruck von einem Hektopascal (0,1 % des Luftdrucks auf Meereshöhe) bereits nahezu Weltraumbedingungen herrschen. Diese Definition der Grenze zwischen Erdatmosphäre und Weltraum ist international weitestgehend anerkannt, wenn auch zum Beispiel die NASA diese Grenze bei der Mesopause ansetzt.