höhenluft - eine frage der physik

[Benzodiazepin]

hier mal eine frage, die ich mir schon länger stelle, auf die ich aber im internet bisher keine befriedigende antwort gefunden habe: wo ist die luft dünner, auf 6000m am äquator oder auf 6000m beispielsweise in nepal?

die erde ist ja seit geraumer zeit keine scheibe mehr. da sie sich ja angeblich auch um die sonne sowie sich selbst dreht, ist die erde jedoch auch keine kugel, sondern ist am äquator dicker als an den polen. somit ist man am äquator weiter weg vom erdmittelpunkt als an den polen. deshalb ist der chimborazo in chile der punkt, der am weitesten vom erdmittelpunkt entfernt ist, und nicht der chomolungma/sagarmatha/everest. nun, dies würde darauf deuten, dass die luft am äquator dünner ist.

natürlich unterliegt aber auch die atmosphäre dem oben beschriebenen kugelverziehenden phänomen. diese tatsache spricht nun wieder dafür, dass die luft am äquator dichter ist.

welcher effekt ist nun grösser?

ausserdem habe ich vor kurzem noch gelesen, dass die konstant eher wärmere temperatur am äquator für einen tieferen luftdurck sorgt. weshalb dies genau so sein soll, wurde nicht erklärt.

also, zusammengefasst noch mal kurz die frage: wo ist die luft auf 6000m dichter? auf dem äquator oder daneben?

[Echnathon]

AW: höhenluft - eine frage der physik

Hmmmmm

Idealisiert betrachtet findet sich am Äquator die äquatoriale Tiefdruck-Rinne.
In diesem Modell haben wir am Äquator ein Einstrahlungsmaximum, weswegen sich die Luft hier am stärksten erwärmt, aufsteigt und ein bodennahes Tiefdruckgebiet bildet. Die Luft steigt auf, kühlt dabei erst trockenadiabatisch, später feuchtadiabatisch ab, es regnet. Gleichzeitig strömt Luft von Norden und Süden auf den Äquator zu (entlang des Druckgradienten). Die aufgestiegene Luft strömt in der Höhe vom Äquator weg nach Norden und Süden und sinkt im Bereich der Wendekreise wieder zu Boden. Da das mittlerweile sehr trockene Luft ist, bleiben hier Niederschläge aus, und es bilden sich Wüsten => Wendekreiswüsten wie zB die Sahara.

Diese ganze Zirkulation von den Wendekreisen zum Äquator und wieder zurück bezeichnet man als "Hadley-Zelle" oder "innertropische Konvergenz Zone (engl: ITC)"

Das ist also erstmal die Erklärung für den generell niedrigeren Luftdruck am Äquator, Hitzetief war iirc ein dazu passendes Stichwort in der Schule.



Die Frage nach der Dichte der Luft an verschiedenen geogafischen Breiten wirft das Problem auf, dass es eigentlich nur Sinn macht sich über die Dichte bei EINER fixen Temperatur zu unterhalten. Wenn wir also die Temperatur als einen definierten Wert annehmen, ist die Dichte vom vorherschenden Luftdruck abhängig.
Der Luftdruck bestimmt sich aus der Gewichtskraft der Luftsäule über einer Refernzfläche.
Wichtig für unsere Betrachung sind hier imho nur die Faktoren, die an den Polen und am Äquator unterschiedlich sind.
Das wäre also der unterschiedliche Ortsfaktor von 9,83219m/s² an den Polen und 9,78033m/s² am Äquator.
Da der Ortsfaktor netterweise bereits die Gravitationsbeschleunigung (hängt maßgeblich von der Höhe über dem Erdmittepunkt ab) und die Zentrifugalbeschleungung (hängt von der Rotationsgeschwindigkeit ab) zusammenfasst, müsste es reichen ihn als wichtigsten Faktor zu betrachten.
Der Unterschied zwischen Pol und Äquator beträgt ungefähr 0,53%.
Wenn also die Atmosphäre über einem Punkt immer die gleiche Menge an Teilchen enthält, und die Temperatur konstant ist, würde eine isobare Fläche am Äquator näher an unserer Bezugsfläche sein als an den Polen, oder vereinfacht ausgedrückt:

Ein Barometer zeigt am Äquator eine um 0,53% größere Höhe an, als an den Polen
(jeweils bezogen auf das Ellipsoid).
Sprich die Luft ist am Äquator auf 6000m höhe dünner als auf 6000m an den Polen.

Allerdings sollte das nur schwer tatsächlich messbar sein, da alleine schon oben genanntes Wettergeschehen rund um die Hadley-Zelle etc einen weit größeren Einfluss hat. Dazu kommen eben noch Klimazonen, und lokale Schwereanomalien, die das so schöne Ellipsoid zu einer "Geoid" genannten Kartoffel verbeulen, und noch wahrscheinlich n ganzer haufen andere Effekte, nicht zu vergessen meinen Kater, weswegen die Rechnung und Gedankenirrwege besser nocheinmal genauer angeschaut werden sollten.

Aber bitte nicht schlagen, wenn du entegegen meiner Annahme an den Polen schlechter Luft bekommst

Frederik

[blue0711]

AW: höhenluft - eine frage der physik

Ich glaube aus einem anderen Grund, dass die Luft zum Äquator hin besser verfügbar sein dürfte:
Die entscheidende Troposphäre ist aufgrund der Erdrotation und der Abplattung am Äquator etwa 17 km dick, an den Polen nur 8 km.

Dh, ein Mount Everest am Pol würde bereits in die Stratosphäre reichen, am Äquator noch lange nicht.

[ToniBaer]

AW: höhenluft - eine frage der physik

Ein Beleg dafür findet sich auf dieser Seite (Abschnitt Besteigung, letzten 3 Zeilen).

Viele Grüße
Toni

[Echnathon]

AW: höhenluft - eine frage der physik

In der Tat reicht ist die Tropopause am Äquator ca 10km höher, allerdings ist sie durch einen Temperaturanstieg definiert und nicht durch eine Änderung der Steigung des Druckverlaufs.

Woran liegt es also, dass ein Berg auf ca. 60°N deutlich höher erscheint (die Quelle von Wiki nennt knapp 2000m)?
Das liegt Zahlenmäßig auch nennenswert über den 0,53% die sich aus dem Ortsfaktor ergeben.
Natürlich haben wir hier extreme klimatische Bedingungen, die ich für obige Betrachtung ausgeschlossen habe.

Also: Wie erklärt sich der Effekt?

[Flachlandtiroler]

AW: höhenluft - eine frage der physik

Wenn man in die Anleitung eines Höhenmessers schaut, zeigt sich dass der Temperaturverlauf mit steigender Höhe polnah anders ist als äquatornah.
Genauer vorgerechnet bekommt man es hier.
Unterm Strich soll daher der Luftdruck in nördlichen Gefilden auf gleicher Höhe niedriger sein als z.B. im Himalaya.

Gruß, Martin

[Becks]

AW: höhenluft - eine frage der physik

Ich glaube aus einem anderen Grund, dass die Luft zum Äquator hin besser verfügbar sein dürfte:
Die entscheidende Troposphäre ist aufgrund der Erdrotation und der Abplattung am Äquator etwa 17 km dick, an den Polen nur 8 km.

Exakt, weswegen auch die Luft um so schneller dünn wird, je weiter man sich vom Äquator entfernt.

Alex

[LihofDirk]

AW: höhenluft - eine frage der physik

Exakt, weswegen auch die Luft um so schneller dünn wird, je weiter man sich vom Äquator entfernt.

Alex

Da hast Du glaube ich einen Denkfehler.
Nehmen wir ann, daß in Bodennähe und am Ende der Troposphäre die Luft die selbe Dichte hat, dann ist der Gradient Dichte/Höhe am Pol kleiner, weil der Dichteunterschied über eine geringere Strecke erreicht werden muß.

[Becks]

AW: höhenluft - eine frage der physik

Nene, dein Denkfehler. Die Luftschicht am Pol ist dünner als am Äquator, daher bist Du dort bei gleicher Höhe in einer dünneren Luftschicht unterwegs.

Oder in Zahlenwerten: Angenommen am Pol sei die Luftschicht 8km dick, am Äquator 10km. Wenn Du nun am Äquator den Everest aufbaust haste noch Luft, am Pol biste 1km draussen im luftleeren Raum. Daher soll auch der Aconcagua z.B. angeblich ähnliche Bedingungen besitzen wie ein niedriger und leichter 8000er im Himalaya, und der Mount McKinley soll ebenfalls gefühlt höhentechnisch in der Ecke liegen.

[Moltebaer]

AW: höhenluft - eine frage der physik

OT:

Angenommen am Pol sei die Luftschicht 8km dick, am Äquator 10km. Wenn Du nun am Äquator den Everest aufbaust haste noch Luft, am Pol biste 1km draussen im luftleeren Raum.

Die Stratosphäre hat auch noch eine gewisse Dichte.

Bei allem was Ihr da gerade theoretisiert habt, funkt vielleicht irgendeine lokale Gegebenheit in derselben Größenordnung rein.

Was bei dem Thema helfen würde, wären langfristige Luftdruckmeßwerte (Mittelwert) von den jeweiligen Gipfeln (bzw. Regionen drumherum). Unter der Annahme, daß der Sauerstoff global gleichverteilt ist, läßt sich so der jeweilige Partialdruck bestimmen. So kommt man vielleicht schneller zu einem aussagekräftigen Ergebnis, das ja laut Echnathon nur ca. 0,53% Differenz ausmachen soll.

[Flachlandtiroler]

AW: höhenluft - eine frage der physik

Wenn man in die Anleitung eines Höhenmessers schaut, zeigt sich dass der Temperaturverlauf mit steigender Höhe polnah anders ist als äquatornah.
Genauer vorgerechnet bekommt man es hier.
Unterm Strich soll daher der Luftdruck in nördlichen Gefilden auf gleicher Höhe niedriger sein als z.B. im Himalaya.

Nochmal etwas plakativer aus og. Quelle:



Gerechnet für den feuchtadiabatischen Fall, einmal mit 0°C auf Meereshöhe (subpolar) und einmal mit +30°C (subtropisch).

Gruß, Martin

[Echnathon]

AW: höhenluft - eine frage der physik

In der Tat beleuchtet dieses Diagramm das Thema in der Praxis sinnvoller, da es von unterschiedlichen Temperaturen ausgeht, was ich bei meiner Annahme ja explizit ausgeschlossen habe (übertragbarkeit von Theorien und Betrachtungen auf die Realität und so )

Diese Temperatureffekte überlagern die 0,53% bei weitem.


OT: Worauf ich aber noch hinweisen möchte:
Ich glaube es ist falsch anzunehmen, dass die Tropopause eine isobare Fläche bildet.
Sie ist durch einen plötzlichen Anstieg der Temperatur gekennzeichnet, was die darüberliegenden Schichten vom darunter stattfindenden Wettergeschehen abschneidet.
Oder kann jemand erklären, warum an der Tropopause überall der gleiche Luftdruck anzunehmen ist?

Frederik

[blue0711]

AW: höhenluft - eine frage der physik

Der gleiche sicher nicht, aber eine ähnliche Größenordnung schon.

Durch die stabilen Luft-Bewegungen am Äquator, die ja schon angesprochen wurden, wird ja auch ständig Luft nach oben gepumpt, was allein schon einen höheren Luftdruck in gleicher Höhe gegenüber höheren Breitengraden ergibt.

Der Temperaturanstieg an der Tropopause ergibt auch eine Austauschbarriere, da dort keine Konvektion mehr stattfindet.
Die Luftwalzen der Troposhäre bleiben ja auch unterhalb der Tropopause, bzw. das gesamte Wettergeschehen findet drunter statt, da die Stratosphäre stabil geschichtet ist (mit kleinen Ausnahmen).
Das Tropopause ist sozusagen die Schutzmembran gegen Austrocknung, weil Wasser durch diese Barriere fast nicht durchkommt.

Die Tropopause ist zwar nicht isobar, aber der Luftdruck in ihr ist nicht proportional zu ihrer Höhe.
Am Pol sind es 300 hPa, am Äquator 100 hPa.Linearitär angenommen sinkt am Äquator der Luftdruck also um 1900 hPa auf 17 km Distanz und am Pol um 1700 hPa auf 8 km Distanz.
Das ergibt logischerweise eine stärkere Abnahme/Höhenmeter in höheren Breitengraden (linear gerechnet fast doppelt soviel).

[bluemarlin]

AW: höhenluft - eine frage der physik

Daher soll auch der Aconcagua z.B. angeblich ähnliche Bedingungen besitzen wie ein niedriger und leichter 8000er im Himalaya, und der Mount McKinley soll ebenfalls gefühlt höhentechnisch in der Ecke liegen.

Macht das so viel aus? Der Aconcagua (32° S Breite) und das Himalaya Gebirge (28° N Breite) sind doch annähernd gleich "nah dran" am Äquator. Allerdings ist selbst der niedrigste 8000er im Himalaya (Shishapangma?) über 1000m höher als der Aconcagua. Ich dachte immer den Aconcagua besteigt man üblicherweise ohne künstlichen Sauerstoff. Gilt das auch für "leichte" 8000er wie den Shishapangma? Der McKinley (63° N Breite) ist in der Tat deutlich "weiter weg" vom Äquator, aber auch fast 2000m niedriger als die "kleinsten" 8000er im Himalaya. Wird der McKinley trotzdem mit künstlichem Sauerstoff bestiegen? Ich dachte immer bei dem Berg sei die ungeheure Kälte das Problem. Help me out.

[jeskodan]

AW: höhenluft - eine frage der physik

Am Denali merkt man das wohl schon ordentlich. Aber so super krass, dass es wie ein 8000er ist, ist das nicht. Bei ner Überquerrung vom SüdpolPol ist wohl der max "Unterschied" vergleichbar mit knapp 1000hm(hab das von einem der diverse PolBücher im Kopf), aber das ist nochmal nen höherer Breitengrad.

Wenn ich das richtig versteh ist die Kälte das primäre Problem, sonst wäre das bei den Pamir 7000ern ja ein Riesenproblem.

[ToniBaer]

AW: höhenluft - eine frage der physik

OT: Es soll wohl auch Leute geben, die den Brocken mit Sauerstoff ersteigen wollen.

[bluemarlin]

AW: höhenluft - eine frage der physik

Wenn ich das richtig versteh ist die Kälte das primäre Problem, sonst wäre das bei den Pamir 7000ern ja ein Riesenproblem.

Ja, und selbst dort nicht, sind ja auch nur 5° zusätzliche Breite im Vergleich zum Aconcagua.

[Randonneur]

AW: höhenluft - eine frage der physik

Die Tropopause ist zwar nicht isobar, aber der Luftdruck in ihr ist nicht proportional zu ihrer Höhe.
Am Pol sind es 300 hPa, am Äquator 100 hPa.Linearitär angenommen sinkt am Äquator der Luftdruck also um 1900 hPa auf 17 km Distanz und am Pol um 1700 hPa auf 8 km Distanz.
Das ergibt logischerweise eine stärkere Abnahme/Höhenmeter in höheren Breitengraden (linear gerechnet fast doppelt soviel).

Die Abnahme des Luftdrucks mit der Hoehe ist nicht linear sondern etwa durch eine Exponentialfunktion beschrieben. Die Funktion ist etwa p~p0 exp(-h/h0) mit h0~7000m und p0~1024hPa. Durch Einsetzen findet man, dass in 8km (Pol) 330hPa und in 17km (Aequator) 90hPa, also recht stimmig mit dem Druck an der Tropopause an beiden Punkten. Bei den wahrscheinlich ungenauen Zahlen kann man daraus also kaum Schluesse ziehen.

Durch die Sonne herrscht am Aequator auf Meereshoehe Tiefdruck und am Pol Hochdruck. In Hochdruckgebieten sinkt der Luftdruck schneller mit der Hoehe als in Tiefdruckgebieten. Ein Tiefdruckgebiet entsteht durch Erwaermung der Luft, die aufsteigt. Dadurch wird der Druck in grosser Hoehe groesser als in der Umgebung und die Luft fliesst seitwaerts. Aber der Effekt sollte nicht gerade enorm sein.

[Randonneur]

AW: höhenluft - eine frage der physik

Wobei nicht enorm heisst etwa 10% oder kleiner. Das kann natuerlich schon einen Unterschied ausmachen.

[blue0711]

AW: höhenluft - eine frage der physik

Lass es ein paar hundert Meter sein. Dazu kommt dann noch der Temperatureffekt, dann reicht es schon für über 1000m Unterschied.