Jahreszeiten und Meeresströmungen

Die Sonne bringt uns Energie

Die Sonne schickt nicht nur Licht zur Erde, sondern liefert auch die notwendige Wärme und ist somit Hauptmotor für das Wettergeschehen.

Die Solarkonstante (1,4 kW/m²) gibt die Strahlungsleistung der Sonne an. Allerdings erreicht nur ungefähr 55–78 % dieser Strahlung die Erdoberfläche. Der restliche Teil wird von der Atmosphäre reflektiert und absorbiert. Bei bedecktem Himmel wird mehr Sonnenstrahlung reflektiert und absorbiert als bei wolkenlosem Himmel.

Da die Temperatur auf der Sonnenoberfläche ungefähr 6 000 °C beträgt, sendet die Sonne sehr viel Energie im sichtbaren Lichtbereich aus. Die Atmosphäre der Erde ist dafür durchsichtig. Die auf der Erdoberfläche ankommende Strahlungsleistung führt dazu, dass sich die Erde erwärmt und Wärmestrahlen im langwelligen Bereich zurückwirft. In der Atmosphäre sind Gase enthalten, die diese Wärmestrahlung absorbieren können. Dadurch erwärmt sich die Luft.

Hauptbestandteile der Erdatmosphäre:

Die Gase der Erdatmosphäre nehmen die Wärmestrahlung unterschiedlich auf. Die sogenannten Treibhausgase, wie Wasserdampf (H₂O), Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Methan (CH₄) – nicht aber Sauerstoff und Stickstoff –, können die Wärmestrahlen sehr gut absorbieren. Dadurch ist die Temperatur auf der Erde für das Leben gut geeignet. Die Atmosphäre schützt die Erde vor starken Temperaturschwankungen und sorgt dafür, dass die globale Durchschnittstemperatur mit ungefähr 15 °C warm genug ist. Ohne die Atmosphäre wäre die globale Durchschnittstemperatur -18 °C.

Regle die Erdatmosphäre!

Die Atmosphäre wirkt wie das Glas eines Gewächshauses. Deshalb nennt man den wärmenden Effekt der Atmosphäre auch den natürlichen Treibhauseffekt.

Die Wirkung des Glases bei einem Gewächshaus kann man im folgenden Experiment erkennen.

So entstehen Tag und Nacht

Die Erde führt gleichzeitig zwei Bewegungen aus:

• Sie bewegt sich auf einer elliptischen Bahn um die Sonne. Eine vollständige Umkreisung dauert 1 Jahr.
• Sie dreht sich um die eigene Achse. Eine vollständige Umdrehung dauert ungefähr 24 Stunden.

Die Bewegungen der Erde

Die Umlaufbahn der Erde um die Sonne ist nicht ganz rund wie ein Kreis, sondern eine Ellipse. Das bedeutet, dass die Entfernung der Erde zur Sonne nicht immer genau gleich groß ist.

Es wird immer nur die Hälfte der Erde von der Sonne beschienen. In allen Orten, die in dieser Hälfte liegen, ist es Tag. In allen Orten, die in der anderen Hälfte liegen, ist es Nacht.

Ein Tag dauert nicht immer gleich lang. Warum ist das so? Um dies zu verstehen, muss man wissen, dass die Erdachse nicht senkrecht, sondern schräg steht. Die Erdachse ist die gedachte Linie durch Nordpol und Südpol. Sie ist gegenüber der Bahnebene um die Sonne um ungefähr 23,4° geneigt.

So lang ist es Tag

Polartag und Polarnacht

Polartag bedeutet, dass die Sonne 24 Stunden am Tag über dem Horizont bleibt. Es wird also nie dunkel. Polarnacht bedeutet, dass die Sonne nie über den Horizont kommt. Es wird also nie hell.

Auf der Nordhalbkugel der Erde kann man den Polartag zwischen dem Polarkreis (66,57° nördlicher Breite) und dem Pol um die Sommersonnenwende erleben. In Hammerfest in Norwegen (70° 40’ nördlicher Breite) ist vom 16. Mai bis 27. Juli den ganzen Tag, also 24 Stunden, die Sonne sichtbar. Befindet man sich auf dem Nordpol, dann geht die Sonne vom 20. März bis 23. September nicht unter. Dementsprechend herrscht in Hammerfest vom 22. November bis 20. Jänner Polarnacht und am Nordpol ist die Sonne vom 23. September bis 21. März nie über dem Horizont.

So entstehen die Jahreszeiten

Die Jahreszeiten (Winter, Frühling, Sommer und Herbst) entstehen durch die Schrägstellung der Erdachse. Während des jährlichen Umlaufs schwanken dadurch sowohl der Einfallswinkel des Sonnenlichts als auch die Tagesdauer – an jedem Punkt der Erde. Je höher der Sonnenstand und je länger der Tag, desto mehr erwärmt sich die Luft.

Denn je senkrechter das Sonnenlicht in die Atmosphäre eintrifft, umso kleiner ist die Fläche, auf die sich die Energie des Sonnenlichts verteilt. Das heißt:

• senkrechter Einfallswinkel → viel Energie pro Quadratmeter
• schräger Einfallswinkel → wenig Energie pro Quadratmeter

Mit einer Wärmelampe kann man beobachten, wie stark sich die Schrägstellung auf die Energiemenge auswirkt.

Wenn es in Europa Sommer ist, ist es auf der Südhalbkugel (z. B. in Argentinien, Südafrika und Australien) Winter. Auch das liegt an der Schrägstellung der Erdachse.

Die Jahreszeiten in der Meteorologie

In der Meteorologie legt man den Beginn der vier Jahreszeiten auf eine vereinfachte Weise fest. Die jeweilige Jahreszeit beginnt immer schon am ersten Tag des Monats.

Beginn der Jahreszeiten auf der Nordhalbkugel

Meeresströmungen

Angetrieben werden die Meeresströmungen durch den unterschiedlichen Salzgehalt und durch die unterschiedliche Temperatur von Meerwasser.

Die Meeresströmungen kann man sich vorstellen wie riesige Förderbänder, die große Wassermassen durch alle Weltmeere transportieren. Damit sorgen sie überall auf der Erde für einen Austausch von Wärme, Sauerstoff und Nährstoffen. Warmes Wasser vom Äquator strömt in Richtung der Pole. Kaltes Wasser der Polargebiete sinkt zum Meeresboden und fließt in der Tiefe zurück zum Äquator. Durch diesen Kreislauf werden die Temperaturen im Wasser und auch an Land ausgeglichen.

Die verschiedenen Weltmeere enthalten unterschiedlich viel Salz, was die einzelnen Meeresströmungen zusätzlich antreibt.

Der Golfstrom

Der Golfstrom hat eine große Bedeutung für das Klima in Europa. Der Golfstrom hat seinen Ursprung in der Floridastraße, die den Golf von Mexiko mit dem Atlantik verbindet, daher der Name Golfstrom. Er setzt sich vor der US-amerikanischen Ostküste nach Norden und transportiert dabei sehr warmes Wasser aus den tropischen Regionen in den kühleren Norden und zwar an der Oberfläche mit einer Geschwindigkeit von rund 10 km/h.

Der Teil des Golfstroms, der auf Europa trifft, wird auch Nordatlantikstrom genannt. Durch ihn kommen warme Wassermassen an die Westküste Europas. Deswegen ist das Klima an der Westküste Europas ziemlich angenehm mild. Man vermutet, dass es auf dem europäischen Kontinent ohne den Golfstrom um ungefähr 5 °C kälter wäre.

Dieser warme Meeresstrom bewirkt auch, dass die Küsten des nördlichen Westeuropa auch im Winter weitgehend eisfrei sind, während entsprechend gelegene Gebiete in Kanada zugefroren sind.

Auf seinem Weg in Richtung Nordosten kühlt das Wasser des Golfstroms und Nordatlantikstroms ab, wird dadurch spezifisch schwerer, sinkt nach unten und strömt dann als kalter Labradorstrom in Richtung Süden weiter.

Ordne die Temperaturdiagramme richtig zu!

Oslo liegt fast auf dem 60-sten nördlichen Breitengrad und Quebec liegt südlicher, nämlich nahe dem 47-sten nördlichen Breitengrad. Trotzdem ist es in Quebec im Winter wesentlich kälter als in Oslo. Das ist die Auswirkung des Golfstroms, der auf die norwegische Küste trifft.