Sonnenstrahlung, Erdatmosphäre und Klimawandel

Die im Inneren der Sonne erzeugte Energie wird als Sonnenstrahlung in alle Richtungen in den Weltraum abgestrahlt. Je näher sich ein Planet an der Sonne befindet, desto mehr Energiemenge erhält er pro Quadratmeter.

Schichten der Erdatmosphäre

• Troposphäre: Dies ist die unterste Schicht. Sie enthält den größten Teil der atmosphärischen Gase. In dieser Schicht befinden sich die Wolken und es spielen sich alle meteorologischen Vorgänge ab.
• Stratosphäre: Beherbergt die Ozonschicht und absorbiert ultraviolette Strahlen (UV-Strahlung).
• Ionosphäre: Dünne Atmosphärenschicht (bis ca. 600 km Höhe).
• Exosphäre: Schließt stufenlos an die Ionosphäre an; es gibt einen allmählichen Übergang in den Weltraum ohne abrupte Grenze.

Albedo und der Strahlungshaushalt

Albedo: Der Anteil der reflektierten Sonnenenergie, der unmittelbar in den Weltraum zurückgeworfen wird und die Erdoberfläche somit nicht erwärmt.

Ein weiterer Teil der Sonnenstrahlung wird durch die Atmosphäre (z. B. Wolken) und die Erdoberfläche absorbiert. Die verbleibende Energie wird von Landmassen, Ozeanen und Lebewesen aufgenommen.

Die Erdatmosphäre wirkt als Strahlungsfilter. Daher erreichen etwa 50 % der Strahlung die Oberfläche:

• 30 % werden von der Atmosphäre reflektiert
• 20 % werden von der Atmosphäre absorbiert
• 50 % werden von der Erdoberfläche absorbiert

Ursachen der ungleichen Strahlungsverteilung

Hauptursachen für die ungleiche Energieverteilung auf der Erde sind:

• Die Kugelgestalt der Erde (Sphärizität)
• Die Neigung der Erdrotationsachse

Auswirkungen der Kugelgestalt der Erde

• Die Sonnenstrahlung trifft in unterschiedlichen Winkeln auf verschieden große Flächeneinheiten auf.
• Unterschiedliche Weglängen der Strahlung beim Durchqueren der Erdatmosphäre.

Auswirkungen der Neigung der Erdachse

Die Neigung der Rotationsachse hat zwei wesentliche Konsequenzen:

• Veränderung der Tages- und Nachtlängen im Jahresverlauf
• Veränderung des Einfallswinkels der Sonnenstrahlen

(Infolge der Neigung der Erdachse und des Umlaufs entlang der Ekliptik entstehen die Jahreszeiten.)

Treibhauseffekt und Klimawandel

Treibhauseffekt: Gase erzeugen eine Art „Wärmefalle“. Sie halten die von der Erdoberfläche emittierte Wärmeenergie zurück und verringern deren Verlust in den Weltraum (vor allem Kohlendioxid und Wasserdampf).

Klimawandel: Bezeichnet die Veränderung des Klimas im Vergleich zur bisherigen Klimageschichte auf globaler oder regionaler Ebene. Solche Veränderungen vollziehen sich auf sehr unterschiedlichen Zeitskalen und betreffen fundamentale Klimaparameter wie Temperatur, Niederschlag und Bewölkung. Sie basieren sowohl auf natürlichen Ursachen als auch auf menschlichen Aktivitäten.

Sichtbare Veränderungen:

• Globaler Temperaturanstieg
• Rückgang der Gletscher
• Anstieg des Meeresspiegels
• Zunahme extremer Wetterereignisse
• Veränderungen und Belastungen der Ökosysteme

Die massive Verbrennung fossiler Brennstoffe erhöht die Konzentration von Treibhausgasen, verstärkt den Treibhauseffekt und treibt den Klimawandel voran.

Atmosphärische Luftbewegungen

• Vertikale Bewegungen (Dichteunterschiede): Warme Luft besitzt eine geringere Dichte und steigt auf. In der Troposphäre kühlt sich diese aufsteigende Luft allmählich wieder ab.
• Horizontale Bewegungen (Wind): Als Wind bezeichnen wir Luftmassen, die horizontal über die Erdoberfläche strömen, um den Unterdruckraum aufzufüllen, den die aufgestiegene Warmluft hinterlassen hat.