Die Entstehung der Jahreszeiten

In bestimmten Regionen der Erde unterscheiden wir zwischen Sommer, Herbst, Winter und Frühling. Diese Jahreszeiten entstehen durch die Neigung der Erdachse. Dies bewirkt eine unterschiedliche Verteilung der Sonnenenergie auf der Erdoberfläche.

Arbeitsmittel

Allgemeines

Die Erde bewegt sich nicht auf einer kreisförmigen, sondern auf einer elliptischen Bahn um die Sonne. Dabei kommt sie der Sonne näher (bis zu 147 Mio. km) und entfernt sich wieder (bis zu 152 Mio. km).

Grafische Darstellung der Distanze zur Sonne

Die Jahreszeiten entstehen jedoch nicht, wie oft geglaubt wird, durch die Entfernung der Erde zur Sonne, sondern durch die Neigung der Erdachse. Die Achse, um die sich die Erde dreht, steht nämlich nicht senkrecht zur Umlaufbahn um die Sonne, sondern ist um etwa 23,4 Grad geneigt.

Grafische Darstellung der Erdneigung anhand von zwei grafisch dargestellen Globi, einer mit und der andere ohne Neigung.
Neigung der Erdachse

Weil sich dadurch beim Umlauf der Erde um die Sonne der Winkel der Sonneneinstrahlung ständig ändert, entstehen die Jahreszeiten.

Grafische Darstellung des Winkels der Sonneneinstrahlung. Im Sommer scheint die Sonne in einem steilem Winkel auf die Erde, im Winter in einem flachen.
Winkel der Sonneneinstrahlung

Vier Hauptfaktoren beeinflussen die Jahreszeiten:

  1. Die Energieverteilung
  2. Die Tageslänge
  3. Die Reflexion/Absorption
  4. Der Weg durch die Atmosphäre

Die Energieverteilung

Bild der Erde mit einer grafischen Darstellung, um die verschieden großen Flächen zu verdeutlichen, die ein Sonnenstrahl in der Nord- bzw. der Südhalbkugel abdeckt.
Verschieden große Flächen, die ein Sonnenstrahl in der Nord- bzw. der Südhalbkugel abdeckt.

Je flacher die Sonnenstrahlen auf die Erde treffen, umso mehr Fläche müssen sie erwärmen. Am 21. Dezember ist die Nordhalbkugel am stärksten von der Sonne weggeneigt und die Sonnenstrahlen fallen somit am flachsten ein - es herrscht Winter. Gleichzeitig ist die Südhalbkugel am stärksten zur Sonne geneigt und die Sonnenstrahlen fallen am steilsten ein. Die gleiche Energiemenge wirkt auf einen viel kleineren Teil der Erde und erwärmt sie dadurch deutlich stärker - es herrscht Sommer.

Der 21. Dezember markiert dadurch auf der Nordhalbkugel den Winterbeginn und auf der Südhalbkugel den Sommerbeginn. Am 21. Juni ist die Nordhalbkugel am stärksten zur Sonne geneigt und somit markiert dieser Tag den Sommerbeginn auf der Nord- und den Winterbeginn auf der Südhalbkugel.

Die Tageslänge

Durch die Neigung der Erdachse verringert sich die Tageslänge auf der von der Sonne abgeneigten Halbkugel und verlängert sie sich auf der zur Sonne geneigten Halbkugel.
Am 21. Dezember scheint die Sonne beispielsweise in Wien nur etwa acht Stunden und am 21. Juni etwa 16 Stunden - also doppelt so lang. Dadurch kann die Sonne im Sommer viel länger auf die entsprechende Halbkugel wirken und sie somit stärker erwärmen.

Bild der Erde mit einer grafischen Hervorhebung verschiedener Tageslängen auf der Nord- bzw. Südhalbkugel.
Verschiedene Tageslängen auf der Nord- bzw. Südhalbkugel

Polartag/Polarnacht

Wenn die Sonne nicht untergehen würde, könnte man um Mitternacht noch draußen ein Buch lesen. An den Polarkreisen geschieht das an einem Tag im Jahr. Polartag bedeutet, dass die Sonne an diesem Tag nicht untergeht. Je näher man zu den Polen kommt, desto länger wird der Polartag. Am Pol selbst dauert er ein halbes Jahr. Weil man die Sonne auch um Mitternacht noch sieht, spricht man von der Mitternachtssonne. Zur gleichen Zeit herrscht am anderen Pol der Erde Polarnacht. Da sich die Erde um die Sonne dreht, wechseln Polartag und Polarnacht einander ab.

Auf einer vereinfacht dargestellten Erdkugel, mit der linken Hälfte zur Sonne gewendet, sind deutlich die Polarkreise eingezeichnet. Einer ganz im Norden, einer ganz im Süden.
Der nördliche und südliche Polarkreis

Die Reflexion/Absorption

Steil auftreffende Lichtstrahlen werden weniger stark reflektiert als flach auftreffende. Dies bedeutet, dass steil auftreffende Lichtstrahlen stärker von der Erde aufgenommen (absorbiert) werden, als flach auftreffende Lichtstrahlen. Dadurch wird der Boden auf der zur Sonne geneigten Halbkugel stärker erwärmt, als der Boden auf der von der Sonne abgeneigten Halbkugel. Der stärker beziehungsweise schwächer erwärmte Boden begünstigt die Entstehung der Jahreszeiten.

Grafische Darstellung der Reflexion und Absorption von Sonnenstrahlen auf der Erdoberfläche, anhand von Pfeilen udn einem Querschnitt eines Rasens.
Die Sonnenstrahlen werden auf der Erdoberfläche reflektiert. Bei flachem Winkel stärker als bei steilem Winkel.

Die Atmosphäre

Die Erdatmosphäre wirkt wie ein großer Schild gegen die Sonnenstrahlung. Die Luft- und Wassermoleküle in der Erdatmosphäre reflektieren die Sonnenstrahlen teilweise und es kommen daher weniger auf der Erdoberfläche an. Auch die Luftverschmutzung (z.B. durch Abgase) oder Vulkanascheteilchen beeinflussen die Lichtausbeute stark.

Grafische Darstellung der Erdkugel und von Sonnenstrahlen in Form von gelben Pfeilen, die nicht durch die Atmosphäre durchdringen.
Ein Teil der Sonnenstrahlung wird von der Erde reflektiert

Umso weiter nun der Weg durch die Atmosphäre ist, umso weniger Licht (und somit Energie) kommt auf der Erde an. Durch die Neigung der Erdachse, ist auf der von der Sonne abgeneigten Halbkugel der Weg durch die Atmosphäre viel länger, als auf der zur Sonne geneigten. Dadurch wird die Entstehung der Jahreszeiten stark beeinflusst.

Grafische Darstellung von Sonnenstrahlen, die an verschiedenen Orten der Erde durch die Atmosphäre strahlen.
In Gebieten in denen Winter herrscht, haben Sonnestrahlen einen weiteren Weg durch die Atmosphäre.

Durch den längeren Weg des Sonnenlichtes durch die Erdatmosphäre, entsteht auch die rötliche Färbung des Himmels und der Sonne während des Sonnenauf- und Sonnenuntergangs.

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