Erde – Klima

Allgemeines

In der heutigen Zeit sind Begriffe wie "Klima", "Erderwärmung" oder "Klimawandel" alltäglich. Der Begriff "Klima" bezeichnet alle meteorologischen Ereignisse an einem bestimmten Ort, als Durchschnitt über eine lange Zeitspanne gesehen. Dazu werden alle relevanten Klimadaten (Temperatur, Niederschlag, Anzahl der Sonnenstunden, usw.) über einen Zeitraum von mindestens 30 Jahren gesammelt und statistisch ausgewertet. Neben Maximal- und Minimalwerten werden auch tageszeitliche und saisonale Schwankungen berücksichtigt. Das Klimadiagramm des betreffenden Ortes lässt sich dann anhand spezifischer Merkmale einer bestimmten Klimazone zuordnen. Das Klima auf der Erde ist ein hochkomplexes System, das von Hunderten physikalischer Parameter abhängt, die sich aufgrund von Wechselwirkungen ständig gegenseitig beeinflussen. Die wichtigsten Faktoren sind folgende:

Lithosphäre:
Sie umfasst die Erdkruste und die oberste Schicht des Erdmantels. Hier können Vulkanausbrüche oder Gasaustritte infolge eines Erdbebens das regionale oder globale Klima beeinflussen. Dazu kommen noch andere Eigenschaften, wie etwa die Fähigkeit des Bodens, Feuchtigkeit aufzunehmen.

Hydrosphäre:
Sie beinhaltet die Ozeane, Seen, Gewässer und Flüsse auf der Erdoberfläche und ist maßgeblich an der Entstehung von Wirbelstürmen wie Hurrikane, beziehungsweise Taifunen beteiligt. Auch Verdunstungsprozesse greifen in das Wetter- und Klimageschehen ein.

Kryosphäre:
Als Kryospäre wird die Gesamtheit aller freien Eismassen auf der Erde bezeichnet. Dazu gehören zum Beispiel die Polkappen oder Gebirgsgletscher.

Atmosphäre:
Die Atmosphäre ist die Lufthülle der Erde. Wichtig sind hier natürlich vor allem die Luftschichten der Troposphäre bis maximal 18 Kilometer Höhe. Hier findet die Wolkenbildung statt, aber auch regionale und globale Luftströmungen prägen das Klima an einem Ort mit. Einen gewissen Einfluss übt auch die Stratosphäre aus.

Biosphäre:
Die Gesamtheit aller lebenden Organismen wird Biosphäre genannt. Dazu gehören sämtliche Tier- und Pflanzenarten, wobei die Vegetation eine sehr große Rolle spielt.

die Menschheit:
Der menschliche Einfluss auf das globale Klima ist nicht zu unterschätzen. Die Abholzung des Regenwaldes und der wachsende Ausstoß von schädlichen Gasen durch Industrie, etc. kann sich mittel- und langfristig auf das Klima auswirken.

 

Klimasystem

Das Klimasystem der Erde (Bild: Intergovernmental Panel on Climate Change, 2007)
Das Klimasystem der Erde (Bild: Intergovernmental Panel on Climate Change, 2007)

Oben: Schon in dieser vereinfachten Darstellung des irdischen Klimasystems lassen sich vielfältige Interaktionen zwischen Landmasse, Ozean und Atmosphäre erkennen. Für jeden der abgebildeten Faktoren gibt es differenzierte Modelle und Simulationen, die sich detailliert mit dem jeweiligen Element befassen, zum Beispiel ein Modell der Meeresströmungen oder ein Modell der atmosphärischen Luftzirkulation. Zusammengenommen ergibt sich daraus ein sehr dynamisches System mit unzähligen Wechselwirkungen und Parametern, die sich nicht alle auf eine einziges Diagramm reduzieren lassen. In den Weltmeeren können regionale Veränderungen von Salzgehalt, Wassertemperatur, Ausgasungen von unterseeischen Vulkanen oder andere Aktivitäten auf das globale Klima Einfluss nehmen. Zusätzlich interagieren die Polarmeere mit den dort befindlichen Eismassen, was sich wiederum auf bestimmte Parameter auswirken kann, wenn große Mengen Eis abschmelzen.

Allgemein findet zwischen den Ozeanen und der Atmosphäre ein permanenter Wärmeaustausch statt. Zusammen mit Verdunstungsprozessen kann sich dadurch die Richtung von oberflächennahen Luftströmungen ändern. Die Luftströmungen bestimmen gemeinsam mit verschiedenen Hoch- und Tiefdruckgebieten den Weg von Wolkensystemen. Regnen (oder schneien) sie über Land ab, so greifen sie direkt in die dortigen Ökosysteme ein. Im Extremfall können so Überschwemmungen, Erdrutsche und Ähnliches ausgelöst werden. Die Stärke der Zerstörung hängt wiederum von den örtlichen Gegebenheiten ab, beispielsweise kann ein dichter Baumbestand Erdrutschen vorbeugen. Darüber hinaus ändern ausgedehnte Vegetationsflächen (Wälder und Wiesen) das regionale Klima, indem sie die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre lokal beeinflussen. Sie nehmen größere Mengen Kohlendioxid aus der Luft auf und geben entsprechend höhere Mengen Sauerstoff in die Umgebung ab.

Dies sind längst nicht alle Wechselwirkungen im irdischen Klimasystem, aber sie veranschaulichen recht gut, wie komplex das globale Klima ist. Einen Faktor wurde bisher außen vor gelassen: der Menschen selbst. Er greift in nahezu jedes Untersystem ein, sei es durch die Begradigung von Flüssen, durch die Abholzung von Waldflächen, durch den industriebedingten Ausstoß von Treibhausgasen oder die Verschmutzung der Ozeane. Welche Auswirkungen diese Eingriffe in die Natur letztendlich haben, wird nach wie vor kontrovers diskutiert. Wegen der großen Anzahl der physikalischen Anfangsparameter können unterschiedliche Simulationen – etwa von der Erderwärmung – auch zu unterschiedlichen Szenarien führen, von denen eins nicht so schlimm ist, wie das andere.

Der irdische Wasserkreislauf (Courtesy of NASA)
Der irdische Wasserkreislauf (Courtesy of NASA)

Links: Meteorologische Vorgänge, ob regionaler oder globaler Natur, werden zu einem großen Teil durch den irdischen Wasserkreislauf mit gesteuert. Im Wesentlichen zeigt diese schematische Darstellung, dass Wasser aus den Ozeanen verdunstet und sich in Form von Wolken landeinwärts bewegt. Dort regnen oder schneien die Wolken ab und ein Teil des Wassers versickert im Boden. Das überschüssige Wasser fließt teilweise in Bäche, Flüsse und Gewässer und von da irgendwann zurück ins Meer. Andererseits finden solche Verdunstungsprozesse aber auch über dem Festland statt. Die sich daraus ergebenden Wolken können weiter landeinwärts ziehen, oder über dem offenen Meer abregnen, was von den momentanen Windverhältnissen abhängt. 

Klimazonen

– Tropen

Gebiete mit tropischem Klima (Bild: ©2007 by M.C. Peel / B.L. Finlayson / T.A. McMahon)
Gebiete mit tropischem Klima (Bild: ©2007 by M.C. Peel / B.L. Finlayson / T.A. McMahon)

Oben: Die von tropischem Klima geprägten Gebiete liegen fast alle zwischen dem nördlichen (23,5° nördliche Breite) und dem südlichen Wendekreis (23,5° südliche Breite). In diesen Regionen steht die Sonne mindestens einmal jährlich im Zenit und die Tageslänge variiert nur gering zwischen 10,5 und 13,5 Stunden. Hier wirken sich die jahreszeitlichen Temperaturschwankungen nicht so stark aus, wie diejenigen des Tag-Nacht-Rhythmus. Aber nicht alle tropischen Regionen bestehen aus dem typischen feuchtwarmen Regenwald. Man kann verschiedene Vegetationszonen unterscheiden, deren Entwicklung von dem lokal vorherrschenden Klima bestimmt wird. Hierbei kommt besonders die Anzahl der humiden (feuchten) Monate im Jahresverlauf zum Tragen.

Vegetationszonen in den Tropen
Anzahl humider Monate Vegetationsform
0 – 2 Wüste
2 – 4,5 Dornsavanne
4,5 – 7 Trockensavanne
7 – 9,5 Feuchtsavanne
9,5 – 12 tropischer Regenwald

In humiden Monaten übersteigt der Niederschlag die potenzielle Verdunstung. Als Folge daraus ergibt sich eine enorm hohe Luftfeuchtigkeit, was etwa für den tropischen Regenwald charakteristisch ist. Dort herrscht praktisch das ganze Jahr ein humides Klima. Etwas weniger humide Monate und eine ausgeprägte Trockenzeit sorgen in Feuchtsavannen für eine andere Vegetation. Hier wachsen hauptsächlich Gräser, die mit bis zu sechs Metern allerdings recht hoch werden können. Der Baumbestand beschränkt sich auf Grenzwälder in der Nähe von Flüssen oder Gewässern und leicht geschlossene Feuchtsavannenwälder. In Trockensavannen sinkt die Grenzhöhe der Gräser auf ungefähr 1,5 bis 1,8 Meter. Der Baumbestand lockert sich weiter auf. Ungefähr die Hälfte des Jahres besteht nun aus ariden (trockenen) Monaten. In Dornsavannen nimmt die Aridität weiter Überhand, was nur noch etwa 30 Zentimeter hohe Gräser und Sträucher, sowie vereinzelte Bäume zulässt. In Wüsten ist wegen der extremen Trockenheit kein durchgängiger Pflanzenbewuchs mehr vorhanden.

 

– Subtropen

Gebiete mit subtropischem Klima (Bild: © Troll & Paffen)
Gebiete mit subtropischem Klima (Bild: © Troll & Paffen)

Oben: An die Tropen schließen sich die nördlichen und südlichen subtropischen Regionen an. Sie liegen in etwa zwischen 23,5° und 40° nördlicher und südlicher Breite. Auch sie werden entsprechend ihres lokalen Klimas in mehrere Zonen unterteilt.

trockene Subtropen:
Die trockenen Subtropen besitzen ein ganzjährig arides oder semiarides Klima. Das bedeutet, die Verdunstungsrate ist die längste Zeit des Jahres höher als der Niederschlag, was nur eine Wüsten- oder Steppenvegetation ermöglicht. Bekannte Beispiele für trockene subtropische Gebiete sind die Sahara in Afrika oder die Atacama in Südamerika.

winterfeuchte Subtropen:
In den winterfeuchten Subtropen ist es dagegen nur während der Sommermonate arid oder semiarid. Im Jahresdurchschnitt fällt also mehr Niederschlag als in den trockenen Subtropen. Die Vegetation passt sich an die jeweiligen Gegebenheiten an. In Kalifornien finden sich beispielsweise vornehmlich Nadelbäume, während im Mittelmeerraum Laubwälder die Mehrheit bilden.

immerfeuchte Subtropen:
In den immerfeuchten Subtropen kommt es das ganze Jahr über zu Niederschlägen, wobei diese in den Sommermonaten verstärkt registriert werden. Die dominierenden Pflanzen sind Gewächse der Lorbeerfamilie, welche in den Feuchtwäldern der nördlichen immerfeuchten Subtropen häufig anzutreffen sind. In anderen Gebieten wächst Laubmischwald.

 

– Gemäßigte Breiten (Gemäßigte Zone)

Die Gemäßigten Breiten liegen zwischen 40° und 60° nördlicher und südlicher Breite. Dabei ist die Gesamtfläche der nördlichen Gemäßigten Zone wesentlich größer als die Gemäßigten Breiten auf der Südhalbkugel. Diese Klimazone wird in Gebiete mit warmgemäßigten und solche mit kaltgemäßigtem Klima unterteilt.

Gebiete mit warmgemäßigtem Klima - Anklicken zum Vergrößern (Bild: ©2007 M.C. Peel / B.L. Finlayson / T.A. McMahon)
Gebiete mit warmgemäßigtem Klima – Anklicken zum Vergrößern (Bild: ©2007 M.C. Peel / B.L. Finlayson / T.A. McMahon)

In den warmgemäßigten Zonen liegt die Durchschnittstemperatur des wärmsten Monats über 20 Grad Celsius. Im Gegensatz zu den Subtropen liegt die Temperatur im Jahresdurchschnitt aber unter 20 Grad Celsius. Auch in den warmgemäßigten Breiten lassen sich verschiedene Vegetationszonen unterscheiden. Während in Regionen mit humidem Klima mehr Laubmischwälder zu finden sind, herrschen in arid geprägten Gebieten landeinwärts eher Nadelwälder und zum Teil auch Wüsten und Steppen vor, beispielsweise in Zentralasien.

Gebiete mit kaltgemäßigtem Klima - Anklicken zum Vergrößern (Bild: ©2007 M.C. Peel / B.L. Finlayson / T.A. McMahon)
Gebiete mit kaltgemäßigtem Klima – Anklicken zum Vergrößern (Bild: ©2007 M.C. Peel / B.L. Finlayson / T.A. McMahon)

Kaltgemäßigte Zonen kommen mit Ausnahme eines kleinen Bereichs im Süden Südamerikas nur auf der nördlichen Erdhalbkugel vor. Vor allem in Nordamerika und im Norden Asiens gibt es ausgedehnte Regionen mit kaltgemäßigtem Klima, welches auch als boreales Nadelwaldklima bezeichnet wird. Die durchschnittliche Temperatur des wärmsten Monats liegt über 10 Grad Celsius. Von der Westseite der Kontinente in Richtung Osten kann man eine langsame Änderung von humidem kaltgemäßigtem Klima in ein kontinentales, also sehr trockenes kaltgemäßigtes Klima beobachten.

 

– Subpolargebiete und Polargebiete

Gebiete mit subpolarem und polarem Klima (Bild: ©2007 by M.C. Peel / B.L. Finlayson / T.A. McMahon)
Gebiete mit subpolarem und polarem Klima (Bild: ©2007 by M.C. Peel / B.L. Finlayson / T.A. McMahon)

Oben: Die subpolare Zone (hellblau) bildet den Übergang zwischen dem gemäßigten Klima und dem polaren Klima. Im Allgemeinen herrschen hier trockene und lange Winter und kurze Sommer. Die Temperatur liegt im Jahresmittel unter 0 Grad Celsius, wobei der wärmste Monat eine maximale Durchschnittstemperatur von 10 Grad Celsius hat. Die Niederschlagsrate ist mit weniger als 300 Millimetern pro Jahr recht klein. Die langen Winter sind von kalten, arktischen Luftströmungen gekennzeichnet, während die kühlen Sommer durch Westwinde geprägt werden. Die Permafrostböden ermöglichen als Vegetationszone nur die Tundra.

Zu den Polargebieten (weiß) zählt geographisch alles, was zwischen dem Nord- beziehungsweise Südpol und dem jeweiligen Polarkreis liegt. Die beiden Polarkreise befinden sich auf etwa 66° nördlicher und südlicher Breite und sind rund 2.600 Kilometer vom Nordpol respektive dem Südpol entfernt. Die Durchschnittstemperatur des wärmsten Monats liegt unterhalb von 6 – 10 Grad Celsius. Wegen der Stellung der Erdachse kommt es während der Wintermonate zu einer wochenlangen Dunkelphase, in der die Sonne nicht über den Horizont steigt. Die Folge davon ist ein extrem kaltes Winterklima mit Permafrostböden und starken Schneestürmen. Im Sommer steigt die Sonne zwar über den Horizont, allerdings treffen ihre Strahlen in einem sehr flachen Winkel auf die Oberfläche, weshalb nur die obersten Schichten des Bodens auftauen können. Dementsprechend gibt es so gut wie keine Vegetation in den Eiswüsten. Eine Ausnahme bilden verschiedene äußerst widerstandsfähige Arten von Flechten, Gräsern und Moosen, die an gut geschützten Stellen wachsen.