Okt31

Der neuste Katastrophenfilm aus den USA heisst Geostorm und läuft jetzt in den Kinos an.

Nachdem eine beispiellose Serie von Naturkatastrophen die Erde bedroht hat, wird im Film, mithilfe eines weltumspannenden Satellitensystems, das Wetter kontrolliert. Und vorerst scheint das Projekt erfolgreich zu sein, bis dann das System zurückschlägt. → Geostorm

Wie realistisch ist die Fiktion im Film und wie weit fortgeschritten ist die Wissenschaft schon in ihrer Einflussnahme auf das Wetter- und Klimageschehen im realen Leben?

Wie Wetter und Klima schon heute manipuliert werden!

Hagelkanonen auf einem internationalen Kongress, 1901 © gemeinfrei

Hagelkanonen auf einem internationalen Kongress, 1901 © gemeinfrei

Die Kontrolle über Sonne, Wind und Regen ist ein uralter Menschheitstraum. In vielen Kulturen gab es Regenmacher, die mit spirituellen Kräften die Wettergötter gnädig zu stimmen versuchten. In der modernen Welt haben Wetter- und Klimaingenieure diese Rolle übernommen. Beim sogenannten Geo-Engineering geht es inzwischen nicht mehr nur um Verfahren, mit denen man es regnen lassen kann, sondern um Techniken, mit denen man den vom Menschen verursachten Klimawandel entgegenwirken möchte. Zumindest wird dies so behauptet.

Ein hochkomplexes System

Das Wetter ist ein chaotisches System und als solches hochkomplex, in dem schon minimale Veränderungen grosse Folgen haben können. Das ist der oft zitierte Schmetterlingseffekt, wonach wörtlich der Flügelschlag eines Falters ausschlaggebend ist, ob ein Sturm entsteht oder nicht. Welche Tat nun welchen Effekt zur Folge haben wird, ist nicht vorhersehbar und bleibt unbeantwortet!

Geimpfte Wolken

Die bisher im grossen Stil angewandte Methode das lokale Wetter den eigenen Bedürfnissen anzupassen, ist die Wolkenimpfung.

Prinzip der Wolkenimpfung © gemeinfrei

Prinzip der Wolkenimpfung © gemeinfrei

Das Prinzip, das der Mensch anwendet, ist der Natur abgeschaut. Mit Flugzeugen oder Raketen werden winzige Salzkristalle aus Silberiodid in den Wolken verteilt, die als Kondensationskeime die Tropfenbildung anregen. Die natürliche Wolkenbildung wird vom Vorhandensein von Aerosolen gesteuert. → Siehe Beitrag Phänomene in der Atmosphäre.

Zum Beispiel sorgten die Veranstalter der Olympischen Spiele 2008 in Peking für künstlichen Sonnenschein bei der Eröffnungsfeier. Umgekehrt kann durch das gezielte Abregnen Dürren entgegengewirkt werden – auch das hat China und viele andere Staaten schon versucht.

Wirksamkeit umstritten

Wie wirksam der Wolkenbeschuss mit Silberiodid oder anderen Chemikalien ist, ist unter Wissenschaftlern sehr umstritten. Aussagekräftige statistische Untersuchungen gibt es bis jetzt keine. Unbestritten ist aber, dass der Mensch mit seinen Wettermanipulationen einen Flügelschlag im chaotischen System bewirkt. So sollen beispielsweise in China Versuche des Wetteränderungsamtes, Regen nach Peking zu bringen, einen heftigen Schneesturm über der Hauptstadt losgetreten haben.

Noch problematischer wird es, wenn nicht das lokale Wetter, sondern das globale Klima manipuliert wird. Es bestehen theoretische und praktische Ansätze, die sich noch im Experimentierstadium befinden und in Pilotprojekten erprobt werden. So verwundert es nicht, dass das “Klima Engineering” in Fach- und politischen Kreisen bereits als Wunderwaffe zur Erreichung der Ziele des Weltklima-Vertrags angesehen wird.  Der Glaube daran, dass die Erderwärmung alleine durch Reduzierung der Treibhausgase zu stoppen sei, bröckelt.

Verschiedene Ansätze

Die Ideen der Klimaingenieure gehen in zwei Richtungen: Die einen wollen kühlen, die anderen wollen Treibhausgase aus der Luft holen. Wie geht das?

Eine “Kühlung” mit gigantischen Spiegeln im All oder reflektierenden Schwebeteilchen in der Atmosphäre könnte die Erde vor zu viel Sonneneinstrahlung bewahren. Eine Speicherung von Treibhausgasen in unterirdische Gesteinsschichten hätte zur Folge, dass das Kohlendioxid aus der Atmosphäre ausgeschieden würde. Auch eine Algendüngung mit Treibhausgasen würde eine Verminderung in der Atmosphäre bewirken, denn Mikroorganismen verbrauchen grosse Mengen an Kohlendioxid und nehmen einen Teil, wenn sie sterben und absinken, mit auf den Meeresgrund. So wird spekuliert!

Unerwünschte Folgen

Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass die einleuchtend klingenden Lösungen auch unverhoffte Resultate bringen können. So wuchsen bei einem Experiment zur Algendüngung mit Eisensulfat nicht nur die Meeresalgen. Es tauchten plötzlich Schwärme von Kleinkrebsen auf, die mit ihrem grossen Appetit auf Algen das Klimaexperiment torpedierten. Es blieben nicht mehr Algen übrig als ohne Düngung und es wurde auch nicht mehr Kohlendioxid im Meer versenkt.

Auch die Ansätze zur Verminderung der Sonneneinstrahlung, zeigen Nachteile. Wissenschaftlichen Berechnungen zur Folge würde die Kühlung den Wasserkreislauf bremsen und in vielen Regionen Dürren und Trockenheit verursachen.

Droht den Wetter- und Klimamanipulanten in der Realität Ähnliches wie im Film und schlägt das Wetter unerwartet zurück?

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Sep26

Flüssige oder feste Partikel ganz unterschiedlicher Grösse, Form und Zusammensetzung nennt man Aerosole. Sie sind die Gegenspieler der Treibhausgase, da sie die bodennahen Luftschichten vorwiegend abkühlen. Sie entstehen wie Treibhausgase durch natürliche Vorgänge, z. B. bei Vulkanausbrüchen und Wüstenstürmen, und durch menschliche Aktivitäten, z. B. bei der Verbrennung von fossilem Brennstoff. Aerosole können Russ- oder Salzpartikel, Staub, Mineralpartikel, Dunst, chemische Substanzen wie Sulfate, kohlenstoffhaltige Partikel oder biologische Partikel wie Bakterien und Pollen sein.

Aerosolverteilung: Staub: orange/rot, Meersalz: blau, kohlenstoffhaltige Partikel: grün, Sulfat: weiss © Quelle: NASA

Aerosolverteilung: Staub: orange/rot, Meersalz: blau, kohlenstoffhaltige Partikel: grün, Sulfat: weiss © Quelle: NASA

Weil die Aerosole die Sonneneinstrahlung hauptsächlich reflektieren und die Wärmestrahlung absorbieren, und als Kondensationskeime die Bildung von Wolken und Niederschlag beeinflussen, ist der Effekt auf das tägliche Wetter und das langfristige Klima enorm wichtig. Nebst dem Einfluss in der Atmosphäre können Aerosole auch das Reflexionsvermögen des Erdbodens beeinflussen. So setzen sich z. B. aus Verbrennungsprozessen stammende Kohlenstoffpartikel auf Schnee- und Eisoberflächen ab, absorbieren dort Sonnenlicht, erwärmen sich und führen dadurch zu einem Abschmelzen. Ohne diesen Prozess hätte der Boden ein geringeres Reflexionsvermögen. Wir ahnen also, dass es sich bei diesen Prozessen um sehr komplizierte Systeme handelt. So erstaunt es nicht, dass der wissenschaftliche Kenntnisstand über Aerosole und ihre klimatischen Wirkungen in mancher Hinsicht noch gering ist.

Wenden wir uns dem Saharastaub zu, von dem wir in Europa bei starken Südstürmen vor allem im Frühling und Herbst betroffen sind.

Saharastaub

Mehrmals pro Jahr wird aus den Wüstengebieten Nordafrikas und Arabiens mit einer starken südlichen Höhenströmung Staub in die Alpen verfrachtet. Wenn die Staubkonzentration in der Luft so gross ist, dass sie den Himmel abdunkelt und rötlich oder gelblich färbt, spricht man von “Götterdämmerung”. Am 21.02.2004 war so ein Tag, die Strassenbeleuchtung erlosch nicht. Hunderte von Anrufen gingen bei den Sicherheitsverantworlichen ein; Grund der Aufregung waren Staubteilchen verursacht durch den Saharastaub.

Satellitenbild einer gewaltigen Staubwolke aus der Sahara, 25. September 2008 © earthobservatory.nasa.org

Satellitenbild einer gewaltigen Staubwolke aus der Sahara, 25. September 2008 © earthobservatory.nasa.org

Woher kommt der Staub?

In den Wüstengebieten Nordafrikas und Arabiens und teilweise auch aus trockenen Gebieten Spaniens gelangen bei starkem Wind und grosser Turbulenz Partikel einige Kilometer in die Atmosphäre. Partikel grösser als 5/1000 mm fallen rasch aus, die kleinen, die kleiner als 5 Micrometer oder 5/1000 mm und damit kleiner als Wolkentröpfchen sind, bleiben in der Atmosphäre und werden über weite Strecken mit der atmosphärischen Strömung transportiert, z. B. mit dem Scirocco über das Mittelmeer in die Alpen.

Saharastaub über Kufstein/Tirol am 22.2.2004 © Henryart, CC BY-SA 3.0

Saharastaub über Kufstein/Tirol am 22.2.2004 © Henryart, CC BY-SA 3.0

Der rote Wüstensand aus der Sahara bahnt sich nicht nur seinen Weg nach Europa. Wie eine US-Studie zeigt, sorgen Partikel aus der Taklamakan und der Sahara, die mit ostwärts um die Erde ziehenden Luftströmungen die Sierra Nevada erreichen, für ergiebige Niederschläge.

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Sep12

Unter Wirbelsturm versteht man sturmartige oder orkanartige Windsysteme mit einer vertikalen, bzw. senkrechten Drehachse. Ausser dieser Gemeinsamkeit unterscheiden sich die Systeme in ihrer Entstehung, Struktur und Grösse. Eine genaue Unterscheidung ist deshalb wichtig.

So unterscheidet man:

Hurrikan "Irma" während der Phase der Spitzenintensität: "Irma" hat einen Durchmesser von 600 Kilometern.  © MODIS image captured by NASA’s Aqua satellite - EOSDIS Worldview, gemeinfrei

Hurrikan “Irma” während der Phase der Spitzenintensität: “Irma” hat einen Durchmesser von 600 Kilometern.  © MODIS image captured by NASA’s Aqua satellite – EOSDIS Worldview, gemeinfrei

Wie steht es um den Hurrikan “Irma”, der zur Zeit Schlagzeilen macht?

Im Atlantik sind die Bedingungen für die Entstehung tropischer Wirbelstürme besonders günstig.

Hurrikan "Irma": der Weg von den Kapverdischen Inseln nach Westen © gemeinfrei

Hurrikan “Irma”: der Weg von den Kapverdischen Inseln nach Westen © gemeinfrei

Die Verlaufsbahnen der tropischen Wirbelstürme von 1985 bis 2005 © Hintergrund: NASA, created using jdorje/Tracks by Nilfanion on 2006-08-05, gemeinfrei

Die Verlaufsbahnen der tropischen Wirbelstürme von 1985 bis 2005 © Hintergrund: NASA, created using jdorje/Tracks by Nilfanion on 2006-08-05, gemeinfrei

Der Kapverde-Typ-Hurrikan, zu dem “Irma” gehört, entwickelt sich aus tropischen Wellen, die sich durch Instabilitäten im «African Easterly Jet» bilden. Diese Wellen ziehen dann, aufgrund der Passatwinde, westwärts auf den offenen Atlantik und entwickeln sich, bei guten Umgebungsbedingungen, nahe der Kapverde-Inseln in tropische Wirbelstürme. Generell bilden sich Stürme in den Monaten August und September.

Was ist ein «African Easterly Jet»?

Es ist ein Bereich der unteren Troposphäre über Westafrika, wo die saisonale mittlere Windgeschwindigkeit bei östlicher Richtung maximal ist. Sie bilden sich aufgrund eines Temperaturkontrastes zwischen der Sahara und dem Golf von Guinea. Es herrschen maximale Windgeschwindigkeiten in 3 Kilometer Höhe nördlich des Monsuntrogs. Der Jet bewegt sich im Januar nordwärts und erreicht im August seine nördlichste Position mit den stärksten Windgeschwindigkeiten im September, wenn er wieder Richtung Süden wandert. In diesem System bilden sich zusammen mit Konvektionszellen tropische Wellen. Daraus können tropische Zyklone entstehen.

Wie eine Zyklone entsteht, wird in der Grafik gezeigt.

Schematischer Aufbau eines tropischen Wirbelsturms © gemeinfrei

Schematischer Aufbau eines tropischen Wirbelsturms © gemeinfrei

Wenn im Spätsommer und Herbst grosse Wassermengen verdunsten, steigen diese mit der warmen Luft auf und beginnen wegen der Corioliskraft zu drehen. Ein Wirbel entsteht mit einem “Auge” in der Mitte, wo sich eine wind- und niederschlagsfreie Zone befindet. Direkt um das Auge liegt die Augenwand (Eyewall ), die aus sich hoch auftürmenden Wolken besteht und in der im Allgemeinen die höchsten Windgeschwindigkeiten auftreten. Die Windrichtung in der Eyewall wird durch die Zentrifugalkraft beeinflusst (Gradientwind). In starken Hurrikanen können sich mehrere Eyewalls ausbilden. Wie im Beispiel “Irma” kann eine äussere Eyewall die Innere ersetzen. Man spricht dann von einer zyklischen Eyewall-Neubildung (eyewall replacement cycle).

Der Hurrikan Irma

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Jun27

Bei den Milanković-Zyklen (→ Gab es eine Schneeball Erde vor 750 Millionen Jahren?) handelt es sich um ein Modell die Kalt- und Warmzeiten mit den periodischen Variationen der Erdbahnparameter, welche eine Änderung der Sonneneinstrahlung bewirken, zu erklären. Es werden die langperiodischen Variationen der Solarkonstante und ihre Ausprägung auf die Jahreszeiten mathematisch beschrieben. Sie erklären die natürlichen Klimaschwankungen und sind für die Klimatologie und Paläoklimatologie von grosser Bedeutung. Die wichtigsten Parameter wie die Exzentrität, die Präzession und die Neigung der Erdachse und die daraus errechneten Zyklen sind in den beiden unteren Grafiken dargestellt. Diese Entdeckung ist dem kroatischen Mathematiker und Geophysiker Milutin Milanković zu verdanken.

Die wichtigsten Erdbahnparameter und ihre Zyklen in den letzten 1000 Millionen Jahren; @ Bild neu gezeichnet nach Zachos, J., M. Pagani, L. Sloan, E. Thomas and K. Billups (2001): Trends, Rhythms, and Aberrations in Global Climate 65 Ma to Present, Science 292, 686-693 Milankovitch_Variations

L.: Die wichtigsten Erdbahnparameter mit ihren Zyklen in den letzten 1000 Millionen Jahren; © Nach Zachos, J., M. Pagani, L. Sloan, E. Thomas and K. Billups (2001): Trends, Rhythms, and Aberrations in Global Climate 65 Ma to Present, Science 292, 686-693. R.: Diagramm der Milanković-Zyklen berechnet für die letzte Million Jahre unter Einbezug der Zyklen der Präzession, der Neigung der Erdachse, der Exzentrizität der Erdbahn und die daraus berechneten Schwankungen der Intensität der Solarstrahlung. Einbezogen wird der aus geologischen Klima-Proxys ermittelte Wechsel der Kalt- und Warmzeiten im jüngeren Pleistozän; © CC BY-SA 3.0 zusammengetragen von Robert A. Rohde aus öffentlich zugänglichen Daten.

Die Neigung der Erdachse bewirkt ein 41’000-jähriger Zyklus, denn die Erdachse steht nicht senkrecht zur Erdbahn um die Sonne. Eine solche Neigung ist langfristigen, regelmässigen Veränderungen unterworfen: Sie ist zeitweise steiler oder flacher.

Die Exzentrizität der Erdbahn bewirkt 100’000- und 400’000-jährige Zyklen, denn im Lauf eines Jahres ist der Abstand der Erde von der Sonne nicht konstant, d. h. die Erdbahn verläuft elliptisch. Diese Exzentrizität verändert sich mit der Zeit. Zur Zeit ist der Winter auf der Nordhalbkugel sonnennäher als der Sommer, was sich klimatisch bemerkbar macht. Die Änderungen der Ellipsenform erfolgen nach einer komplizierten Überlagerung von vier Zyklen. Dominant sind eine Schwankung von 100’000 Jahren und eine zweite Schwankung von 413’000 Jahren.

Die Präzession der Erdachse bewirkt ein 23’000-jähriger Zyklus und macht die Sache zusätzlich kompliziert, weil auch die Lage des Sommers und des Winters auf der Ellipse wandert. Die Periode dieser Wanderung des Perihels beträgt 23’000 Jahre und ist eine Folge der Präzessionsbewegung der rotierenden Erde, die durch die Gravitationskräfte der Sonne, des Mondes und der anderen Planeten des Sonnensystems auf den schräg stehenden Kreisel Erde hervorgerufen wird.

Die nächste Kaltzeit kommt bestimmt

Die Summe aller astronomisch klimarelevanten Konstellationen, d. h. wenn gleichzeitig starke Exzentrizität, starke Achsenneigung und Sonnennähe im Nordsommer zusammentreffen, ergibt beispielsweise eine besonders starke sommerliche Einstrahlung in den klimaempfindlichen hohen Breiten der Nordhalbkugel. Genau dort befinden sich die grossen Landmassen Sibirien und Kanada und dort kann die positive Eis-Albedo-Rückkopplung wirksam werden.

Im Unterschied zu anderen Klimaantrieben kann bei den astronomischen Bahnparametern eine zuverlässige Klimaprognose über Jahrtausende hinweg berechnet werden. Das Erdklima ist jedenfalls auf eine allmähliche Abkühlung eingestellt, die aber – hier macht sich der 400’000-Jahreszyklus bemerkbar – wesentlich schwächer ausfallen wird als die letzten vier Kaltphasen. Man erwartet daher eine länger andauernde Warmzeit ähnlich der vor rund 400’000 Jahren. Auch der 100’000-Jahres-Zyklus wird gegenüber den 23’000- und 41’000-Jahresperioden der Präzession und der Neigung der Erdachse ein wenig in den Hintergrund treten.

Für Klimaschwankungen über Jahrzehnte bis Jahrhunderte sind die astronomischen Schwankungen allerdings unbedeutend.

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Jun13

Der geologische Zeitraum des Lebens auf der Erde umfasst nachweislich 3,5 Milliarden Jahre. Der Auftakt machte das Auftreten des Stromatolithen-Ökosystems. Stromatolithe sind biogene Sedimentgesteine, die durch das Wachstum und den Stoffwechsel von Mikroorganismen (Bakterien und blau-grüne Algen) unter Einfangen und Bindung von Sedimentpartikeln oder Fällung gelöster Stoffe in einem Gewässer entstehen.

Lebende Stromatolithenkolonie am Lake Thetis, Westaustralien; © Ruth Ellison CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1073339

Lebende Stromatolithenkolonie am Lake Thetis, Westaustralien; © Ruth Ellison CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1073339

Diese ersten Ökosysteme des Präkambriums hat man auf Spitzbergen und Grönland bis nach Südafrika, Australien und der Antarktis gefunden. Die Baumeister sind die ersten Lebensformen, zu denen die Cyanobakterien zählen. Sie zeichnen sich vor allen anderen Bakterien durch ihre Fähigkeit zur oxygenen Fotosynthese aus. Cyanobakterien besitzen im Gegensatz zu Algen keinen echten Zellkern und sind somit als Prokaryoten nicht mit den als “Algen” bezeichneten eukaryotischen Lebewesen, d. h. ein- oder mehrzellige Organismen, deren Zellen einen Zellkern enthalten, verwandt.

Das Einsetzen der Fotosynthese vor 3 Milliarden Jahren hat die Erde grundlegend umgestaltet, denn es gäbe kein atmosphärischer Sauerstoff, keine oxidative Verwitterung, keine Ozon-Schicht, kein Landleben, keine Atmung und auch kein “höheres bzw. vielzelliges Leben”. Der Entwicklungsbeginn vielzelligen Lebens, die marinen Ediacara-Faunen, setzte vor etwa 700 Millionen Jahren ein und ähnelt den heute bekannten einfacheren Formen von Algen.

Der steile Anstieg der Biodiversitätskurve wie sie mit der Kambrischen Artenexplosion um 540 Millionen Jahren zum Ausdruck kommt, hat ihre Wurzeln im Präkambrium. Dazwischen liegt jedoch ein Evolutionstief, das mit mindestens vier Vereisungen im späten Präkambrium vor 750 bis 580 Millionen Jahren in Verbindung gebracht wird.

Der kambrische Big Bang der Artenexplosionen wird mit heftigem Vulkanismus auf Grund von schnell driftenden Landmassen und damit enormen Veränderungen ehemaliger Lebensräume eingeläutet. Gondwana rotierte in nur 15 Millionen Jahren um 90 Grad. Eine solche Neuverteilung der Landmassen schuf viele neue Lebensräume, was zur biologischen Explosion und neuen Ökosystemen geführt haben musste.

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Jan17

Das Ausmass des Abschmelzens eines Gletschers kann nicht direkt mit steigenden Temperaturen in Beziehung gesetzt werden. Es kann sich bei höheren Temperaturen bis zu einem bestimmten Grad sogar besser Gletschereis bilden als in extrem kalten Gegenden, wie wir aus dem letzten Beitrag wissen.

Gletscher wachsen und schmelzen

Für die Entwicklung eines Gletschers, d. h. ob er wächst, schmilzt oder gleich bleibt, sind nebst Hangneigung und Bodenbeschaffenheit vor allem die Niederschlagsmengen wichtig. Damit ein Gletscher entsteht und wächst, muss mehr Schnee fallen als abschmilzt, verdunstet oder vom Wind abgetragen wird. Man spricht deswegen vom Massenhaushalt eines Gletschers.

Für die positive Massenbilanz, bei welcher der Gletscher mindestens seine Grösse hält, ist vor allem die Witterung in der Abschmelzperiode wichtig. In der Regel führen kühle und niederschlagsreiche Sommer zu einem Massenzuwachs.

Ein Gletscher verliert an Masse

Gletscher schmelzen nicht nur durch äussere Einwirkung bei Sonnen- bzw. Wärmeeinstrahlung, sondern auch durch innere Kräfte, nämlich durch die Last und den Druck der Eismassen, die den Schmelzpunkt des Eises am Gletscherfuss verringern. So fliesst denn Schmelzwasser nicht nur an der Oberfläche ab, sondern auch subglazial unter dem Gletscher hindurch bis zur Gletscherzunge.

Gletscher beim Kalben © http://www.gletscher-info.de

Ein Gletscher beim Kalben

Auch beim sogenannten Kalben eines Gletschers, der ins Meer mündet und bei dem Brocken abbrechen, die als Eisberge im Meer treiben, verringert sich die Masse. Besonders gefährdet sind Gletscher auf Hochplateaus, wo der Wind so viel Schnee wegfegt und sich nur schlecht Schnee ansammeln kann aus dem Gletschereis entstehen würde.
Wenn durch diese Verluste die Massenbilanz dauerhaft negativ ist, kann von einer Gletscherschmelze, bzw. Abschmelzen eines Gletschers gesprochen werden.

Gletscherschmelze durch Russ und Staub

Gletscher reflektieren normalerweise fast 90 % des Sonnenlichts. Verschmutzte Gletscher hingegen absorbieren die Sonnenstrahlung, d. h. sie nehmen Sonnenenergie auf, die in Wärme umgewandelt wird. Die Verschmutzung des Gletschereises entsteht durch Russ und Staub, also mit all dem, was Industrie oder Privathaushalte verfeuern und so fördert verunreinigtes Eis die Gletscherschmelze deutlich.

Reflektion bei verschmutztem Eis

Im Himalaya beispielsweise scheinen einige Gletscher zu wachsen, andere schmelzen dramatisch ab. So soll die Russ-Konzentration im Eis des Mount Everest im Jahr 2000 dreimal so hoch sein wie vor 1975. Die wachsenden Gletscher des Karakorums hingegen werden vom Schutt vor Sonneneinstrahlung geschützt.

Ob ein Gletscher schmilzt oder wächst, hängt also von einem sehr komplexen Zusammenspiel verschiedenster Faktoren ab: (Sommer-)Witterung, Hangneigung, Umgebungs- und Bodenbeschaffenheit, Russ, Schutt, Sonneneinstrahlung, Windstärke und Windrichtung, Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, schneeiger und nicht-schneeiger Niederschlag, Höhenlage der Schneegrenze. Alle diese Faktoren wirken auf die Massenbilanz eines Gletschers.

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Nov15

Das Wetter im Herbst zeichnet sich durch vier wesentliche Singularitäten aus: Der Spätsommer von Anfang bis Mitte September, der Altweibersommer zwischen Ende September und Anfang Oktober und der goldene Oktober. Der letzte Herbstmonat – der November – kann dagegen selten mit viel Sonnenschein aufwarten, denn bedingt durch den niedrigen Sonnenstand ist auch bei Hochdruck oft eine trübe Hochnebeldecke vorhanden. Auch die Temperaturen sinken im Herbstverlauf rasch nach unten – bereits Mitte September kann es Fröste geben.

Das zumeist schöne Herbstwetter ist dem Angleichen der Lufttemperaturen über dem Kontinent und den Wassertemperaturen zu verdanken, welche die Wetterküche auf dem Atlantik zur Ruhe bringen.

Herbstwunder im September / Oktober Novemberstimmung, @Raegi

Dass der Herbst auch anders kann, zeigt sich mit den Herbststürmen. Dringt nämlich die erste kalte Luft von Grönland bis zum Atlantik vor, wird die Wetterküche schlagartig in Gang gesetzt.

Sturmböen im November Zentralschweiz, © Alexandra Wey schnee-20151123de22-05037176

Die Polarfront

Die Polarfront ist eine Luftmassengrenze, die kalte, polare Luft von gemässigt warmen Luftmassen trennt. Im Sommer der Nordhalbkugel zieht sich die Polarfront nach Norden zurück. Im Winter dagegen liegt sie viel südlicher, oft verläuft sie quer über Europa. Es wehen starke Westwinde entlang der Polarfront. Je stärker der Temperaturkontrast zwischen Norden und Süden ist, desto stärker weht der Wind und desto heftiger kann die Entwicklung der Stürme in den mittleren Breiten verlaufen. Diese Sturmwirbel gibt es übrigens auch auf der Südhalbkugel, denn dort existiert auch eine Polarfront.

Polarfront im Verlauf des Jahres, ©CC by-nc-nd

Polarfront im Verlauf des Jahres, ©CC by-nc-nd

 

Die Entstehung eines Sturmtiefs

Die Stürme der mittleren Breiten bilden sich typischerweise im Herbst und Winter. Meistens geht das in einem kleinen Gebiet über dem Ozean los, wo der Luftdruck zu fallen beginnt. An der Meeresoberfläche strömt Luft nach innen, weil aber in der Höhe mehr Luft nach aussen weht, sinkt der Lufdruck im Gebiet weiter ab. Im Inneren des Tiefs steigt die Luft auf. Es kondensiert Wasserdampf und Wolken bilden sich. Die frei werdende Kondensationswärme verstärkt den Auftrieb der Luft und die Entwicklung des Tiefs zum Sturmtief.

Auf der Nordhalbkugel wird durch die Corioliskraft die nach Innen ins Tief strömende Luft nach rechts abgelenkt. Darum beschreibt der Wind auf dem Weg ins Tief eine spiralförmige Bahn. Für die Polarfront bedeutet dies, dass östlich des Tiefs warme Luft nach Norden und westlich davon kalte Luft nach Süden geführt wird. An den Grenzen der Luftmassen entstehen eine Warmfront und eine Kaltfront, die sich mit der Rotation des Tiefs mitbewegen. So nimmt die Entwicklung des Sturms ihren Lauf: Je tiefer der Luftdruck im Innern des Tiefs sinkt, desto grösser kann der Lufdruckunterschied zur Umgebung werden. Das lässt sich etwa an der Dichtung der Isobaren, auf einer Wetterkarte ablesen. Und je enger die Isobaren nebeneinander liegen, desto grösser ist die Windgeschwindigkeit.

Sturmtief ©CC by-nc-nd

Entstehung eines Sturmtiefs in vier Stadien ©CC by-nc-nd
A:  Es bildet sich an der Polarfront ein Tiefdruckgebiet mit einer Warmfront (rot) und einer Kaltfront (blau). B: Ist der Luftdruck im Zentrum des Tiefs stark gesunken beginnt die Kaltfront die Warmfront einzuholen. C: Die Kaltfront hat die Warmfront teilweise erreicht. Das ist die sogenannte Mischfront oder Okklusion (rosa). D: Die Luftdruckgegensätze sind jetzt am grössten und der Wind weht am stärksten. Das Tief ist jetzt schon fast vollständig okkludiert, d. h. die Luftmassen vermischen sich nun und bald ist der Sturm aufgelöst.

Regen-Cartoon, © www.mopf.net

In diesem Sinne sind wir bestens gewappnet für die kommenden trüben Tage :-)!

 

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Die Lösung

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