Jahreszeiten und Meeresströmungen
Über die Sonne als wichtige Energielieferanten, das Entstehen von Jahreszeiten und die Bedeutung der Meeresströme.
Die Sonne, Lieferantin der Energie
Die Sonne schickt nicht nur Licht zur Erde, sondern liefert auch die notwendige Wärme und ist somit Hauptmotor für das Wettergeschehen.
Die Strahlungsleistung der Sonne gibt die sogenannte Solarkonstante an.
Diese beträgt etwa 1,4 kW/m2.
Ein Teil dieser Strahlung wird von der Atmosphäre reflektiert, ein Teil wird absorbiert und zwischen
Da die Temperatur auf der Sonnenoberfläche bei rund
Hauptbestandteile der Erdatmosphäre:
Die Gase der Erdatmosphäre nehmen die Wärmestrahlungen unterschiedlich auf. Wasserdampf (H2O), Kohlenstoffdioxid (CO2) und Methan (CH4) und andere Gase, nicht jedoch Sauerstoff und Stickstoff, können die Wärmestrahlen sehr gut absorbieren. Dadurch herrschen auf der Erde für das Leben geeignete Temperaturwerte. Die Atmosphäre schützt die Erde vor starken Temperaturschwankungen. Über die ganze Erde gemittelt bedeutet das, dass eine Temperatur von rund 15 °C herrscht.
Regle die Erdatmosphäre!
Die Erdatmosphäre wirkt wie das Glas in einem Gewächshaus, deshalb nennt man diesen 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 zwei Bewegungen aus: Im Laufe eines Jahres bewegt sie sich auf einer elliptischen Bahn um die Sonne und dreht sich zusätzlich innerhalb von rund 24 Stunden einmal um die eigene Achse.
Die Bewegungen der Erde
Die Erde bewegt sich auf einer elliptischen Bahn um die Sonne. Die Sonne steht dabei in einem Brennpunkt der Ellipse und deshalb kommt die Erde auf Ihrer Umlaufbahn manchmal der Sonne näher und entfernt sich auch wieder von ihr.
Frühlingsbeginn (20. oder 21. März):
Frühlingsbeginn ist, wenn die Erdachse senkrecht auf der Verbindungslinie der Mittelpunkte von Erde und Sonne steht.
Dann sind Tag und Nacht gleich lang.
Sommerbeginn (21. oder 20. Juni):
Der astronomische Sommer beginnt dann, wenn die Sonne zu Mittag senkrecht über dem nördlichen Wendekreis (23° 26’ nördliche Breite) steht.
Zu diesem Zeitpunkt steht die Sonne zu Mittag am höchsten über dem Horizont.
An diesem Datum erlebt man bei uns den längsten Tag und die kürzeste Nacht.
Herbstbeginn (22. oder 23. September):
Herbstbeginn ist, wenn die Erdachse das zweite mal im Jahr senkrecht auf der Verbindungslinie der Mittelpunkte von Erde und Sonne steht.
Dann sind Tag und Nacht gleich lang.
Winterbeginn (21. oder 22. Dezember):
Der Winter beginnt dann, wenn die Sonne zu Mittag senkrecht über dem südlichen Wendekreis (23° 26’ südliche Breite) steht.
Zu diesem Zeitpunkt steht bei uns die Sonne zu Mittag am tiefsten über dem Horizont.
An diesem Datum erlebt man bei uns den kürzesten Tag und die längste Nacht.
Dadurch wird jeweils eine Hälfte der Erde von der Sonne beschienen – es ist Tag und für die im Dunkeln liegenden Orte ist es Nacht.
Eine wichtige Besonderheit muss man noch beachten, um die unterschiedlichen Taglängen zu verstehen und das ist die Schrägstellung der Erdachse. Diese Achse, die man sich gedacht durch die beiden Pole vorstellt, ist gegenüber der Bahnebene um die Sonne um rund 23,4° geneigt.
Tageslänge
Polartag und Polarnacht
Polartag heißt, dass die Sonne den ganzen Tag über dem Horizont bleibt, es also ununterbrochen 24 Stunden hell ist. Umgekehrt kommt die Sonne während der Polarnacht niemals vollständig über den Horizont.
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
Winter, Frühling, Sommer und Herbst, also die Jahreszeiten 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.
Die Energie des einfallenden Sonnenlichts verteilt sich bei schrägem Einfall auf eine größere Fläche als bei senkrechtem. Die Energie pro Quadratmeter ist bei senkrechtem Einfall größer als bei schrägem.
Wenn man eine Wärmelampe zur Hand hat, dann kann man sehr einfach feststellen, dass durch die Schrägstellung die Energieausbeute unterschiedlich ist.
Aufgrund der Schrägstellung der Erdachse gelten die einzelnen Jahreszeiten immer nur für eine Halbkugel. So ist auf der Südhalbkugel Winter dann, wenn bei uns (auf der Nordhalbkugel) Sommer ist.
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 transportieren gewaltige Wassermassen, ähnlich einem Förderband, rund um den Globus. Damit sorgen sie für einen Austausch von Wärme, Sauerstoff und Nährstoffen auf der ganzen Erde. Warmes Wasser vom Äquator strömt in Richtung der Pole, kaltes Wasser der Polargebiete sinkt zum Meeresboden und fließt zurück zum Äquator. Durch diesen Kreislauf werden die Temperaturen im Wasser und an Land ausgeglichen.
Die einzelnen Ozeane und Meere haben unterschiedlichen Salzgehalt, was die einzelnen Meeresströmungen zusätzlich unterstützt.
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 Golfstromes, der auf Europa trifft, wird auch als Nordatlantikstrom bezeichnet.
Durch ihn kommen große Mengen warmen Wassers an die Westküste Europas und den vorgelagerten Inseln.
Dadurch herrscht an der Westküste Europas ein relativ mildes Klima.
Man geht davon aus, dass es ohne den Wärmetransport des Golfstroms auf dem europäischen Kontinent um rund
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.
Das mit Golfstrom und Nordatlantikstrom nach Nordosten transportierte Wasser kühlt sich ab und wird dadurch spezifisch schwerer. Es sinkt ab und strömt als kalter Labradorstrom nach Süden.
Ordne das jeweilige Temperaturdiagramm richtig zu!
Oslo liegt fast auf dem 60-sten nördlichen Breitengrad und Quebec liegt südlicher, nämlich nahe dem 47-sten nördlichen Breitengrad und trotzdem ist es in Quebec im Winter wesentlich kälter als in Oslo. Das ist die Auswirkung des Golfstroms, der auf die norwegische Küste trifft. Im Sommer spielt der Golfstrom nicht eine so große Rolle, was die Lufttemperaturen in Oslo betrifft. Dort ist dann wegen der doch weiter nördlichen Lage kälter als in Quebec.