Luft ist kein Nichts: Jens Soentgen erklärt das Gasgemisch, das die Erde trägt

Heute, am 15.10.2026, dreht sich beim BR-Heimat-Beitrag „Habe die Ehre!“ alles um etwas, das ständig da ist und trotzdem gern übersehen wird: Luft. Im Mittelpunkt steht Jens Soentgen, Philosophie-Professor und Chemiker an der Universität Augsburg. Er hat ein Buch über Luft geschrieben.

Im Gespräch mit Bettina Ahne nimmt Soentgen die Hörer auf eine Entdeckungsreise zwischen Erde und Himmel mit. Luft klingt zunächst nach Leere, ist aber allgegenwärtig – und zum Atmen lebensnotwendig. Man merkt es spätestens dann, wenn sie fehlt. Oder wenn sie an einem heißen Tag stillsteht und sich plötzlich schwer anfühlt.

Ein Gemisch, kein Nichts

Luft ist das Gasgemisch der Erdatmosphäre. Trockene Luft besteht zu 78,08 Vol.-% aus Stickstoff, zu 20,95 Vol.-% aus Sauerstoff, zu 0,93 Vol.-% aus Argon und zu etwa 0,04 Vol.-% aus Kohlendioxid, also rund 400 ppm. Dazu kommen weitere Gase in Spuren. Aerosole, Staub, Pollen sowie Pilz- und Farnsporen gehören ebenfalls zur Luft.

Wasserdampf macht im Mittel etwa 0,4 Vol.-% der gesamten Atmosphäre aus. In Bodennähe reicht sein Anteil ungefähr von 0,1 Vol.-% an den Polen bis zu 3 Vol.-% in den Tropen. Im natürlichen Zustand ist Luft geruch- und geschmacklos. Ihre Dichte liegt auf Meereshöhe als Faustregel bei etwa 1,25 kg/m³; beeinflusst wird sie von Temperatur, Wasserdampfgehalt und Luftdruck.

Die genannten Werte sind globale Mittelwerte für die freie Troposphäre. Chemisch stabile Bestandteile sind bis etwa 100 Kilometer Höhe relativ gleichmäßig verteilt, reaktive Spurengase dagegen keineswegs. Auch die Zusammensetzung selbst ist keine Naturkonstante: Im Lauf der Erdgeschichte hat sie sich mehrfach grundlegend verändert. Seit etwa 350 Millionen Jahren sind die Hauptbestandteile weitgehend stabil.

Von Neon bis Radon

In der Luft stecken winzige Mengen weiterer Stoffe: Neon mit 18,18 ppm, Helium mit 5,24 ppm, Methan mit 1,85 ppm, Krypton mit 1,14 ppm, Wasserstoff mit etwa 500 ppb, Distickstoffoxid mit 328 ppb, Kohlenmonoxid mit 100 bis 250 ppb und Xenon mit 87 ppb. Verschiedene Fluorchlorkohlenwasserstoffe und weitere halogenierte Gase kommen im ppt-Bereich vor.

Neon, Helium und Krypton liegen damit jeweils über 1 ppm, Xenon unter 0,1 ppm. Radon ist das seltenste Edelgas der Luft und kann sich vor allem in Kellern anreichern. Helium entsteht bei Alpha-Zerfällen und entweicht wegen seiner geringen Dichte teilweise in den Weltraum; auch Neon verflüchtigt sich dorthin. Radiokohlenstoff-14 macht etwa 10^-13 % aus, Radon etwa 10^-19%.

Die trockene Atmosphäre bringt rund 5,135 · 10¹⁵ Tonnen auf die Waage, mit Wasserdampf sind es etwa 5,148 · 10¹⁵ Tonnen. Das entspricht ungefähr der Masse eines Eisenwürfels mit knapp 87 Kilometern Kantenlänge. Über jedem Quadratmeter Bodenfläche lasten, dem Luftdruck entsprechend, etwa 1.000 Kilogramm Luft. Man spürt davon normalerweise nichts – bis ein Sturm die Fenster klappern lässt.

Was Luft technisch und biologisch leistet

Flüssige Luft lässt sich durch fraktionierende Destillation in ihre Bestandteile zerlegen, meist nach dem Linde-Verfahren. Stickstoff wird durch natürliche Stickstofffixierung organisch gebunden und so für Lebewesen nutzbar. Technisch kommt Luftstickstoff im Haber-Bosch-Verfahren bei der Herstellung von Düngemitteln zum Einsatz. Die Denitrifikation läuft schneller ab und trägt dazu bei, dass sich der atmosphärische Stickstoffanteil nur wenig verändert.

Durch kosmische Strahlung entstehen aus Stickstoff geringe Mengen radioaktiven Kohlenstoffs. Genau das wird bei der Radiokarbonmethode genutzt. Sauerstoff wiederum entstand überwiegend durch Photosynthese aus Wasser; Die im Lauf der Erdgeschichte erzeugte Sauerstoffmenge war etwa zwanzigmal so groß wie die heute vorhandene. Pflanzen verwenden Kohlendioxid als Kohlenstoffquelle und geben dabei Sauerstoff ab.

Der globale Sauerstoffgehalt liegt gegenwärtig bei etwa 20,946 ± 0,006 Vol.-% und sinkt geringfügig um etwa 0,0004 Vol.-% pro Jahr. Sauerstoff ermöglicht biologische Atmung und Verbrennung und ist für aerobe Lebewesen erforderlich. Argon, ein reaktionsträges Edelgas, dient unter anderem als Schutzgas beim Schweißen sowie als Füllgas in Glühlampen und Isolierglas. Es entsteht langsam durch den radioaktiven Zerfall von Kalium-40 und bleibt wegen seiner Stabilität und höheren Dichte in der Atmosphäre.

Wasserdampf macht feuchte Luft leichter: Seine Dichte beträgt etwa 62,5 % der Dichte trockener Luft. Feuchte Luft steigt auf, kühlt ab und kann in höheren Schichten kondensieren. Oberhalb der Kondensationsschichten ist der Wasserdampfgehalt sehr gering. Kohlendioxid ist zwar mengenmäßig ein Spurengas, wird wegen seiner Bedeutung für Klima und Lebewesen aber teilweise zu den Hauptbestandteilen gerechnet.

Bodennah schwankt die CO₂-Konzentration im Tagesverlauf: Nachts ist sie meist höher, tagsüber niedriger. Auf der Nordhalbkugel liegt das jahreszeitliche Maximum typischerweise im März oder April, das Minimum im Oktober oder November. Seit Beginn der Industrialisierung ist der CO₂-Gehalt um mehr als 40 % gestiegen. 2013 überschritt die Konzentration an der Messstation Mauna Loa erstmals 400 ppm.

Druck, Schall und der blaue Himmel

Die mittlere Molmasse trockener Luft beträgt 28,949 g/mol. Feuchte Luft hat wegen der geringeren Molmasse von Wasserdampf eine niedrigere mittlere Molmasse. Unter Normalbedingungen beträgt die Luftdichte 1,293 kg/m³. Der Luftdruck entsteht durch das Gewicht der Luftsäule, nimmt mit der Höhe ab und schwankt zusätzlich wetterbedingt. Der durchschnittliche Luftdruck an der Erdoberfläche liegt etwa zwischen 850 und 980 hPa.

In der Meteorologie wird die Lufttemperatur üblicherweise in zwei Metern Höhe gemessen. Die Schallgeschwindigkeit beträgt unter Normalbedingungen 331,5 m/s und steigt mit der Temperatur. Der Brechungsindex der Luft für sichtbares Licht liegt unter Normalbedingungen bei etwa 1,00029; er hängt vor allem von Druck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit ab.

Die spezifische Wärmekapazität beträgt bei konstantem Druck 1,005 kJ/(kg·K), bei konstantem Volumen 0,718 kJ/(kg·K). Die Wärmeleitfähigkeit liegt bei etwa 0,0261 W/(m·K). Und dann ist da noch das Licht: Rayleigh-Streuung an Luftmolekülen färbt den Himmel blau und die Sonne gelblich bis rot. Kurzwellige blaue Strahlung wird stärker gestreut als langwellige rote.

Bei Sonnenauf- und -untergang legt das Licht einen deutlich längeren Weg durch die Atmosphäre zurück – daher Morgen- und Abendrot. Rotations- und Vibrationsramanstreuung verändern zusätzlich die Energieverteilung des gestreuten Sonnenlichts und müssen bei bestimmten Fernerkundungsmethoden berücksichtigt werden.

Wenn die Luft kippt

Ozonwerte in der Stratosphäre werden häufig in Dobson-Einheiten angegeben. Die Konzentration hängt unter anderem von Höhe, Wetter, Temperatur, Schadstoffbelastung und Tageszeit ab. In gemäßigten, besiedelten Gebieten liegen typische Ozonwerte auf der Nordhalbkugel bei etwa 30 bis 60 ppb, auf der Südhalbkugel rund 10 ppb niedriger. Während polarer Ozonabbauereignisse können Werte von normalerweise 20 bis 40 ppb auf unter 5 ppb sinken.

Bodennah ist Ozon ein Schadstoff und Treibhausgas, zugleich aber wichtig für die Selbstreinigung der Atmosphäre. Luftverschmutzung bedeutet eine Veränderung der natürlichen Zusammensetzung, etwa durch Rauch, Ruß, Staub, Aerosole, Dämpfe oder Geruchsstoffe. Für Smog sind unter anderem erhöhte Ozonwerte relevant, Schwefeldioxid trägt zum sauren