Physik unserer Umwelt: Die Atmosphäre

Ausgezeichnetes Sachbuch, erklärt die physikalischen Zusammenhänge klar und verständlich. Alle wesentlichen Formeln werden erklärt, können vom Laien aber auch übersprungen werden, um trotzdem die Tatsachen zu begreifen. Besonders das Kapitel über den Klimawandel (Paläoklimatologie, historische Klimatologie, Klimaprognosen) ist exzellent. Auszugsweise gebe ich im Folgenden interessante Details wieder, die für die Qualität des Buches stehen: Die Atmosphäre besteht aus 78% N2, 21% O2, 0,93% Argon, sowie Neon, Helium Krypton und Xenon. Die vertikale Struktur der Atmosphäre ist bedingt durch die Abnahme von Druck und Temperatur mit fortlaufender Höhe. Die Temperaturunterschiede führen stellenweise zu erhöhter Labilität, daraus entsteht das lokale Wetter. Aufsteigen und Absinken der Luftpakete führen zu trocken- bzw feuchtdiabatischer Expansion und Kompression. Aus Druckgradientkraft, Coriolis-Kraft, Schwerkraft und Reibungskraft lassen sich die Bewegungsgleichungen der Luftpakete aufstellen In tropischen Breiten bis 35Grad wehen die Passatwinde aus Nordost (Nordhalbkugel) bzw aus Südost (Südhalbkugel). Die Passate entstehen durch das Aufsteigen feuchtwarmer Luft am Äquator. In Bodennähe fließt die Luft zum Äquator zurück, wird dabei von der Corioliskraft westwärts abgelenkt. In den Roßbreiten (30-35Grad) herrscht meist Windstille, zwischen 35 u 70Grad herrscht die polare Westwinddrift. Die Westwinde entstehen durch das Temperaturgefälle Äquator-Pol. Am Pol herrschen die zirkumpolaren Ostwinde, kalte Fallwinde, die von der Corioliskraft abgelenkt werden und durch die Abkühlung über den Eisflächen entstehen. In den Westwinddriftzonen entstehen aus geographischen Gegebenheiten Rossby-Wellen, die zum Entstehen von Zyklonen führen. Die Rossby-Wellen sind normalerweise stabil, können sich aber durch Unregelmäßigkeiten verschärfen, dann entstehen um Island und um die Aleuten Zyklone. Werden die Wellen instabil, verschärfen sich die Temperaturunterschiede, durch Rückkoppelungen schaukelt sich der Zyklon immer weiter auf. El Nino und la Nina oszillieren alle 3 bis 5 Jahre in einem komplexen Wechselspiel zwischen Wind und Ozeanströmung. Die kalten Fallwinde von den Anden drücken das Meer nach unten, der Übergang zwischen warmen Oberflächen- und kaltem Tiefenwasser wird bis zu 40m verändert. Wenn das indonesische Tiefdruckgebiet ausbleibt, schwingt eine Kelvin-Welle nach Osten zurück. Im Extrem können sich die Passatwinde umdrehen und es kommt zu Rückkoppelungen. Im Ergebnis bleibt der Monsun in Indien aus, während es in Peru zu sintflutartigen Überschwemmungen kommt. Klimaveränderungen haben in der Vergangenheit zum Untergang von Zivilisationen und zu riesigen Völkerwanderungen geführt. Höhepunkte kultureller Leistungen waren meist mit einem günstigen Klima verbunden. Ein flexibles Ausweichen ist heute auf Grund der Bevölkerungsdichte nicht mehr möglich. Die Folgen des menschengemachten Klimawandels sind noch kaum vorhersehbar und mit großen Unsicherheiten verbunden. Das Eiszeitalter dauert ungefähr 3 Millionen Jahre. Davor war die Erde in 90% der Zeit eisfrei und viel wärmer als heute. Zur Messung des Paläoklimas dienen Messinstrumente, Schriftdokumente, Seensedimente, Baumringe, Eisbohrkerne, Meeressedimente, Spuren an Land und Sedimentgesteine. Eiszeiten lassen sich aus Tiefseesedimenten schließen. Wenn Wasser in Eis gebunden ist, wird das Meerwasser isotopisch schwerer, schmilzt das Eis, wird es leichter. Die Isotopenverhältnisse im Meerwasser spiegeln sich in den Kalkschalen der Foraminiferen, die nach dem Absterben auf den Meeresgrund sinken, der damit zum Klimaarchiv wird. Eiszeiten: Günz 390.000 bis 320.000, Mindel 280.000 bis 225.000, Riß 175.000 bis 125.000, Würm 75.000 bis 12.000 vor heute. Insgesamt gab es 20 Kaltzeiten mit einer Periodizität von 100.000 Jahren. In der Würmzeit lag die Temperatur 7 – 10 Grad unter der heutigen. Der Eisschild drang in Europa bis zum 50. Breitengrad (Taunus) n Amerika bis zum 38. Breitengrad vor (Höhe von Süditalien). In den Warmzeiten war es meist wärmer als heute, so vor 7000 bis 5000 Jahren um 1,5 bis 2 Grad mit heftigen Regenfällen (Sintflut). Die Erdbahn ändert sich unter dem Einfluss der anderen Planeten mit einer Periodizität von 100.000 Jahren (Milankovitch 1920) Die Neigung der Erdachse variiert alle 40.000 Jahre. Je stärker die Abweichung von der Ekliptik, desto extremer sind Winter und Sommer. Durch den Massenüberschuss am Äquator üben Sonnen- und Mondschwerkraft ein Kippmoment auf die Erde aus, die zur Kreiselbewegung der Erdachse alle 26000 Jahre führt. Die minimalen Schwankungen der Sonneneinstrahlung wirken sich in den höheren Breiten stärker aus und werden durch den Albedo und das Absterben des Golfstroms vervielfacht. Die Änderung der Eistrahlung ändert die Verdunstung und die ändert den Salzgehalt. So können kleine Änderungen zum Absterben der Tiefenströmung führen. Vor 5000 Jahren war es um 2 Grad wärmer als heute, in Mesopotamien und Ägypten entstanden die ersten Hochkulturen. Eine Klimaänderung verlagert die globalen Zirkulationsgürtel wegen der Veränderung der Temperaturgegensätze Nord-Süd. Kaltzeiten mit Völkerwanderungen aus dem Norden: 2200-2000, 1200 bis 450, 400 bis 700, 1300 bis 1850. Seit 1850 haben die Niederschläge in den nördlichen Regionen zugenommen (Verschiebung der Zirkulationsgürtel). Die Wärmeaufnahme der Ozean bewirkt, dass Änderungen der Sonneneinstrahlung erst nach Jahrzehnten zu einer Klimaänderung führen. Die Klimasensitivität ist abhängig von den Rückkopplungsmechanismen und kann daher nur schwer berechnet werden. Die Klimaprognosen für 2100 schwanken von +1Grad bis +4Grad, abhängig von den tatsächlichen Emissionswerten und der Unsicherheit über die Rückkopplungseffekte. Über den Kontinenten wird eine Erwärmung von +4Grad, in der Arktis +7Grad erwartet. Mehr Niederschläge sind am Äquator und im hohen Norden zu erwarten, Trockenheit in Mittelamerika und rund um das Mittelmeer. Ab 2100 wird sich die Erwärmung einpendeln. Der Meeresspiegel wird bis 2100 um 63cm ansteigen, bis 2300 auf 1 m. Rüdiger Opelt, Autor von "2100. Die neue Welt. Wie wir die Zukunft retten