Feb21

Nur wenige Tage in der zweiten Februarhälfte zeigt sich der “Horsetail Fall” im kalifornischen Yosemite-Nationalpark. Was hier glüht ist nicht etwa heissflüssige Lava sondern “nur” Wasser – ein Spektakel, das seinesgleichen sucht.

Horesetail Fall Yosemite National Park

Riesige Granitkuppen, die sich über tiefen Tälern erheben, Jahrhunderte alte Mammutbäume und ein 480 Meter hoher Wasserfall am östlichen Felsrand des Monolithen “El Capitan”  ziehen immer mehr Naturschaulustige und Fotografen an.

Im Yosemite Park gibt es viele Wasserfälle; die besondere Lage des “Horsetail Fall” jedoch ist es, welche das Naturwunder hervorbringt. Die meisten anderen Wasserfälle fliessen nicht von einer hohen, offenen Klippe, sondern in einer Nische oder einer Schlucht. Während des Sonnenuntergangs leuchtet das klare Wasser für wenige Minuten feuerrot und wirkt dann wie Lava.

Erstmals wurde das Phänomen 1973 vom Naturfotografen Galen Rowell festgehalten.

>> “Horsetail Fall” – Das Naturspektakel

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Jan31

Der Antarktische Eisschild ist eine der beiden polaren Eiskappen. Er ist die grösste Eismasse der Erde und bedeckt den antarktischen Kontinent fast vollständig. Die Fläche des Eisschildes wird auf 14 Millionen Quadratkilometer und das Eisvolumen auf 26 Millionen Kubikkilometer geschätzt. Für die durchschnittliche Eisdicke wird ein Wert von 2 km angenommen, die maximale Eisdicke wurde mit 4776 Metern in Adélieland gemessen.

Die Antarktis  Grössenvergleich: Europe überlagert Antarktis

v.l.n.r.: Die Antarktis; Grössenvergleich Europa -Antarktis

Schlittenhunde gegen Motorschlitten

Die Forscher Roald Amundsen und Robert Falcon Scott brachen fast gleichzeitig auf, um sich auf den Weg in Richtung Südpol zu machen. Warum war Amundsen schneller am Ziel? Amundsen lebte lange Zeit bei den Inuit, den Ureinwohnern der Arktis, und lernte die wichtigsten Dinge, die man in dieser Landschaft zum Überleben benötigt. Auf Grund dieser Erfahrung nahm er Schlittenhunde, die seine Schlitten, die Ausrüstung und den Proviant zogen; eine gute Idee, wie sich herausstellen sollte.
Robert Scott dachte, dass der norwegische Forscher sich auf dem Weg zum Nordpol befand. Der hatte aber mittlerweile seine Pläne geändert. Obwohl Scott schon Erfahrungen in der Antarktis gesammelt hatte, setzte er auf eine Art Motorschlitten. Sie hielten der Kälte der Antarktis jedoch nicht stand. Auch die mitgeführten Ponys waren dem Eis und Schnee nicht gewachsen.

Amudens Antarktik Expedition 1911 Kapitän Scott

v.l.n.r.: 1911 – Amundsens Antarktik Expedition mit Schlittenhunden; Kapitän Scott der einen Monat später das Ziel erreicht hatte.

Die Befürchtungen Scotts bewahrheiteten sich. Als er am 18. Januar 1912 die norwegische Flagge am Südpol wehen sah, konnte er sich nicht freuen es ebenfalls geschafft zu haben; er war “nur” zweiter. Am 14. Dezember 1911 nämlich hatte der Norweger Roald Amundsen als erster Mensch den Südpol erreicht.

Die Expeditionsrouten von Amundsen und Scott

Auf dem entbehrungsreichen Gewaltmarsch durch die Eiswüste der Antarktis hatten Amundsen und seine Mannschaft schier Übermenschliches geleistet: 1500 Kilometer in 56 Tagen bei orkanartigen Schneestürmen und eisigen Temperaturen.

Scott und dem kleinen Rest seiner Mannschaft machte der Rückweg schwer zu schaffen. 1300 Kilometer Weg lagen vor ihnen; keiner sollte diesen Marsch überleben.

>> Der Wettlauf zum Südpol

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Jan24

Griechische Astronomen stellten fest, dass hoch über dem letzten Norden ein Sternbild schimmerte: Das Sternbild des Bären, griechisch arktos. Das Land im hohen Norden unter dem Sternbild des Bären wurde deshalb Arktis genannt. Nach griechischer Auffassung musste auf der südlichen Halbkugel aus Gründen der Symmetrie ein Gegensternbild flimmern, ein Ant-arktosebenfalls über Eis und Schnee.

Antarktis_lizenzfrei

Antarktis

Seit der Zeit des Aristoteles haben die Menschen eine vage Vorstellung von der Antarktis. Sie ist eine mächtige, sagenhafte Phantasiewelt, unnahbar und geheimnisvoll und regte die Einbildungskraft der Menschen übermässig an.

Auf den ältesten Landkarten der südlichen Hemisphäre, die von Orontius und Mercator im 16. Jahrhundert angefertigt wurden, wird das Vorhandensein eines grossen Südkontinents – Terra Australis Incognita – postuliert, wenn auch eine solche Landmasse nie gesichtet worden war. Tatsächlich war der südliche Ozean bis zum Jahr 1700 von keinem Schiff befahren worden. James Cook’s Entdeckungsfahrten im achtzehnten Jahrhundert, die ersten, bei welchen der südliche Polarkreis überquert wurde, beendeten für immer den Traum von einem reichen südlichen Gebiet mit gemässigtem Klima, das von mythologischen Geschöpfen und Völkern bewohnt wird. Seine Berichte über die reiche Fauna im südlichen Eismeer führte zur Entwicklung der Robben- und Walfangindustrie und dadurch zu den darauffolgenden Erkenntnissen über die Verletzlichkeit der Umwelt unseres Planeten, durch die die Wissenschaft im zwanzigsten Jahrhundert so viel lernte.

Wie enstand die Antarktis?

Die Antarktis war nicht immer ein vereister Kontinent – vor 70 Millionen Jahren war das Klima wahrscheinlich subtropisch, das Land von Wäldern bedeckt und von Tieren bevölkert. Heute wird angenommen, dass Antarktika den Kern des Superkontinenten Gondwana bildete, der Südamerika, Australasia, Ozeanien und Indien einschloss.

Das Auseinanderbrechen von Gondwana:

Vor 280 Millionen Jahren: Die Antarktis war Teil von Gondwanaland. Der Superkontinent begann nach Norden zu wandern.
Vor 140 Millionen Jahren:  Von Gondwanaland trennten sich Südamerika und Afrika und der Südatlantik begann sich zu öffnen.
Vor 60 Millionen Jahre: Nun beginnen sich Australien und Antarktika langsam zu trennen.

Ein unerwartetes Resultat lieferte die jüngste Reise des Forschungsschiffes Glomar Challenger, mit der die Verbindung der Antarktis zu Südamerika, die Wanderung des Kontinents und die Frühentwicklung des Südatlantiks erforscht werden sollte. Am Rande der Antarktis fand man ein Bruchstück eines versunkenen Kontinents, das vor 150 Millionen Jahren zur heutigen Südostküste Südafrikas hinpasste. Damit fand man das “Stück” der noch bestehenden Lücke in der Rekonstruktion des Superkontinents.

 

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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

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 verschmutzem 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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Jan10

Gletscher haben mit ihrer Kraft die Landschaften unseres Planeten mitgestaltet. Sie sind für viele Täler, Seen und Hügel verantwortlich und sind gigantische Süsswasserspeicher.

Santa Cruz-Perito Moreno Gletscher; © Mariano Cecowski, CC BY-SA 3.0

Der Perito Moreno Gletscher in Argentinien; © Mariano Cecowski, CC BY-SA 3.0

Wie Gletscher entstehen

Gletscher entstehen dann, wenn mehr Schnee fällt als verdunstet oder abtaut. Es sind keine besonders kalten Winter erforderlich, denn bei mildem Frost kann die Luft mehr Wasserdampf enthalten und daher stärkere Schneefälle als bei tieferen Temperaturen hervorbringen. Die Quantität des Schneeüberschusses ist weniger wichtig als die Qualität, sie entscheidet lediglich wie schnell sich der Gletscher entwickelt. Fallen auf den bereits vorhandenen Schnee weitere Niederschläge, werden die unteren Schneeschichten durch Metamorphose immer weiter zusammengedrückt.

Gletscher Entstehung

Entstehung von Eis

Die Metamorphose des Schnees zu Gletschereis vollzieht sich in mehreren Stadien. Beim frisch gefallenen Schnee schmelzen als erstes die Spitzen der sternförmigen Kristalle, wodurch der Schnee körnig wird. Hierbei wird die Schneemasse dichter und gleichzeitig fester. Der Druck des sich auflagernden Neuschnees trägt zur Verwandlung bei. Wenn dieser Vorgang mehrere Jahre angehalten hat, verfestigt sich dieser körnige Schnee zu Firn. Durch den Druck der darüber liegenden jüngeren Schneemassen kristallisieren sich die Firnkörner zu einem festen Gefüge von Gletschereis.  Ab einer bestimmten Mächtigkeit beginnt der Gletscher durch seine Schwerkraft zu fliessen.

Unterschiedliche Phasen der Vergletscherung

Immer wieder gab es Phasen im Laufe der Erdgeschichte, in denen das globale Klima für eine gewisse Dauer verhältnismässig kalt oder warm war. Die Eiszeiten sind im Vergleich zu den Warmzeiten kurz. Es gab, je nach Definition, etwa vier bis sieben Eiszeitalter, die das Bild der Erde prägten.

Eiszeitalter sind Zeitabschnitte der Erdgeschichte, in denen mindestens ein Pol der Erde vergletschert ist, oder wenn in der nördlichen und südlichen Hemisphäre ausgedehnte Vergletscherungen vorherrschen.

Nach der ersten Definition befindet sich die Erde seit etwa 30 Millionen Jahren im aktuellen Känozoischen Eiszeitalter, da seit dieser Zeit die Antarktis vergletschert ist. Nach der zweiten, engeren Definition begann die derzeitige, bis heute andauernde Eiszeit erst vor etwa 2’7 Millionen Jahren, als auch die Arktis vergletscherte. Sie entspräche damit annähernd dem geologischen Zeitabschnitt Quartär.

Eine gewaltige Eiszeit beherrschte die Erde vor rund 2’3 Milliarden Jahren im Paläoproterozoikum. Später, vor circa 250 Millionen Jahren im Paläozoikum, kam es wieder zu einer starken weltweiten Vergletscherung und die letzte Eiszeit des Känozoikums hält immer noch an.

Klima im Lauf der Erdgeschichte; © Wikimedia

Klima im Lauf der Erdgeschichte; © Wikimedia

Eine Eiszeit wird zwar als Kaltzeit bezeichnet, unterliegt aber dennoch klimatischen Schwankungen: Man unterscheidet kalte Perioden, die sogenannten Glaziale und warme Perioden, die Interglaziale. Die genauen Ursachen von Eiszeiten ist noch nicht geklärt. Sicher erscheint jedoch, dass dabei die Position und Entfernung der Erde auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne eine grosse Rolle spielen und die Sonnenaktivität. Als irdische Ursachen werden das Öffnen oder Schliessen von Meeresstrassen, die Bildung von Hochgebirgen und Vulkantätigkeiten angenommen.

Astronaut photo of ash cloud from Mount Cleveland, Alaska, USA; © gemeinfrei

Astronautenfoto einer Aschewolke am Mount Cleveland, Alaska, USA; © NASA, gemeinfrei

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Dez27

Tabgha ist eine Ortschaft am Nordufer des Sees Genezareth im biblischen Galiläa, im nördlichen Teil Israels. Es ist der Austrittspunkt mehrerer Quellen, die in den See münden und eine christliche Pilgerstätte, die mit der überlieferten Brotvermehrung Jesus in Verbindung gebracht wird.

Blick vom Arbel Kliff auf den See Genezareth ©  Creative Commons 2.0

Blick auf den nördlichen Teil des Sees Genezareth © Creative Commons 2.0

Die Gegend um den See spielt im Neuen Testament eine bedeutende Rolle. Viele Begebenheiten in den Evangelien ereigneten sich hier. Drei unterschiedliche Länder stiessen damals an den See: Das Gebiet von Herodes Antipas im Westen, das von Philippus im Nordosten, wo Betsaida lag und die Dekapolis im Südosten mit zehn unabhängigen Städten.

Das ursprüngliche Gebiet Kafer Nahum (Kapernaum) erstreckte sich von Tabgha bis zum Jordan. Das einstige Fischerdorf am See Genezareth, war eine wichtige Wohn- und Wirkungsstätte Jesus. So fand die berühmte erste Brotvermehrung (Joh. 6, 2-14; Luk. 9, 11-17; Mark. 6, 33-46; Matth. 14, 13-23) hier statt.

Der See Genezareth liegt im nördlichen Abschnitt des Jordan-Grabens, der zum Grossen Afrikanischen Grabenbruch gehört. Er ist mit 212 Metern unter dem Meeresspiegel der tiefst gelegene Süsswassersee der Erde und misst an seiner tiefsten Stelle 46 Meter.

Das Grosse Ostafrikanische Grabensystem Der Jordangraben als Ausläufer des Afrikanischen Grossen Grabens, Satellitenbild

Rund um den See treten heisse Quellen aus dem Boden. Dabei werden zwei Gruppen unterschieden: solche mit einem hohen Kalzium-Gehalt, wozu die Quellen in Tabgha, Fuliya und Tiberias gehören und solche mit einem hohen Magnesium-Anteil, mit Quellen an der Süd-Ostseite des Sees, in Gofra, Ha’On und Hamat Gader. Schon in der Antike war die Gegend um den See Genezareth wegen dieser Quellen ein beliebtes Erholungsziel.

Die sieben Quellen von Tabgha selbst sind in ihrem Salzgehalt und in ihrer Temperatur sehr verschieden. Sie gehen auf tief ins Erdinnere reichende geologische Verwerfungen zurück. Die Grundwasser stammen überwiegend aus dem Oberen Aquifer und unterscheiden sich bezüglich der Chloridität (0,2 bis 2,4 g/l) und Temperatur (19 bis 39 °C). Grund dafür ist die Abhängigkeit der aufsteigenden Sole aus tieferen Krustenbereichen vom Mischungsgrad mit süssem Grundwasser.

 Die sieben Quellen von TabghaGeologie See Genezareth

Morphologie und Geologie des Drainagegebietes des Sees Genezareth, sowie der Lokation der Quellgruppen. Für Tabgha (pink), Fuliya (weiss), Tiberias (rot) und Gofra (blau) sind die jeweiligen Einzugsgebiete dargestellt. Die Verwerfungen (schwarz), die Bathymetrie des Sees (blau graduiert) und die Vorfluter (blau) eingezeichnet. 

Sowohl die Hydrochemie als auch die räumliche Verteilung der Solen variieren, so dass unterschiedliche Bildungszeiträume, Milieus und Entstehungsgeschichten angenommen werden müssen. Die Vorkommen der Solen und Evaporitkörper in post-triassischen Formationen zeigen, dass die folgende Betrachtung der erdgeschichtlichen Entwicklung in der südlichen Levante seit dem Mesozoikum entscheidend ist. Seit dem Quartär existierte im Jordan-Graben eine mehr oder weniger zusammenhängende Seenlandschaft. Die beiden Relikte des letzten, des Lisan-Sees sind der Süsswassersee Genezareth und das hypersaline Tote Meer. Die heutigen Bedingungen im Jordan-Graben sind vom Ausspülen der Solen durch modernes Niederschlagswasser und dem erstmaligen aktiven Eingreifen des Menschen in den Wasserhaushalt geprägt.

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Dez20

Schnee fasziniert die Menschen seit Urzeiten. Bereits im 2. Jahrhundert v. Chr. stellten chinesische Gelehrte fest, dass Schneekristalle immer symmetrisch und sechseckig sind. Schneekristalle gelten als mathematisch-geometrische Meisterleitung der Natur, denn keine ihrer abermilliarden Variationen ist identisch. Selbst mit Computern war es bisher nicht möglich ihre Entstehung zu simulieren.

Beispiele von Schneekristall fotografiert von W. Bentley © W. Bentley, Public Domain

Beispiele von Schneekristallen fotografiert vom Farmer W. Bentley (1865 – 1931), der das Buch «Snow Chrystals» publizierte © W. Bentley, Public Domain

Schnee ist nicht einfach gefrorenes Wasser

Wenn die Temperatur in einer Wolke unter den Gefrierpunkt sinkt, beginnt Luftfeuchtigkeit sich an winzige Staub- oder Russpartikel anzulagern und auszukristallisieren. Es sind drei Faktoren notwendig: die Temperatur, die Feuchtigkeit und die Kondensationskerne. Die Schneekristalle wachsen dabei immer in sechseckiger Form. Das liegt an den Wassermolekülen, die nur im Winkel von 60° bzw. 120° aneinander andocken.

Obwohl es ganz klare Regeln für die Kristallbildung gibt, ist jeder Kristall ein Unikat, denn jeder Kristall hat seine eigene Geschichte. Das beginnt mit der Anlagerung von Luftfeuchtigkeit am jeweiligen Kondensationskern und je nach Temperatur nehmen die Kristalle danach unterschiedliche Formen an:

  • von 0 bis -3°C dünne Plättchen, teilw. Sterne oder Dendrite
  • -5 bis -8°C Prismen
  • -12 bis -16°C Schneesterne
  • unter -25°C hohle Prismen
Kristallbildung, Quelle: http://www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/

Schnee-Kristallbildung in Abhängigkeit der Temperatur

Wenn ein Schneekristall der Schwerkraft folgend nach unten schwebt, durchquert er Luftschichten mit einem anderen Temperaturregime, dabei lagern sich weitere Kristalle ab, die Prismen-, Nadel- oder Sternform haben können und so verändert der Kristall seine Form immer weiter.

Da die Bedingungen an der Eis-Luftgrenze, wo die verschiedenen Kristallarten entstehen, sehr komplex sind, war es bisher auch mit Hilfe von Computermodellen nicht möglich, diese umfassend zu simulieren. Als besonders schwierig galt vor allem die Simulation des gleichzeitigen Wachstums verschiedener Kristallformen während der Bildung der Arme der Dendritsterne.

Das Team um John Barrett vom Imperial College in London hat dieses Problem nun offenbar gelöst. Den Forschern ist es gelungen mit neu entwickelten Computermodellen, eine Vielzahl natürlicher Schneekristallformen zu simulieren, darunter plättchenförmige Eiskristalle, Prismen, hohle und geschlossene Säulen, Stäbchen und sogar Dendriten. Das Computermodell ermöglicht auch einen Einblick in die Art und Weise, wie die Kristalle entstehen.

Für die bevorstehenden Weihnachten wünscht erdwissen frohe und besinnliche Festtage!

smiley_schneeflocke

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Die Lösung

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