Es regnet. Stürmt. Regnet und stürmt. Seit Tagen, gefühlt seit Wochen oder vielleicht auch Monaten? Jetzt stürmt es sogar in Orkanstärke. Erst Sturmtief Ylenia, dann Zeynep, jetzt Antonia. Unser uraltes Haus in erster Reihe auf der Burgmauer eines Vulkankegels, vibriert und ächzt bei jeder Böe wie ein Schiff auf hoher See, das heftige Brecher einsteckt. Bilanz des vergangenen Wochenendes: Die Sanierung unserer Wetterseitenverschindelung kann leider doch nicht mehr länger warten. Außerdem klafft jetzt ein Riss quer durch unsere Schlafzimmerwand und es weht eiskalte Außenluft herein…eher ungemütlich!
Und mein Zukunftsgarten? Ich kann erstmal aufatmen! Ihm geht es gut, alle Seile der Jungbäume haben gehalten, keine Schäden, juchhe! Aber nass ist er. Es quatscht nur so unter den Gummistiefeln. Gefühlt regnet es seit Wochen.
Wetterkapriolen? Folgen des Klimawandels? Vorboten auf noch viel schlimmere Stürme? Wird die Zukunft nasser? Oder trockener? Diese Fragen stellt sich zurzeit wohl jeder. Also ist es vielleicht ein guter Zeitpunkt um darüber mal einen Blogbeitrag zu schreiben! Wie sieht also unsere klimatische Zukunft in Deutschland aus? Gelingt ein Blick in die Glaskugel, oder kann man nur mutmaßen? Und was bedeutet es für unser zukünftiges Wetter?
Zunächst einmal ist Wetter nicht Klima.
Wetter beschreibt den aktuellen Zustand der unteren Atmosphäre an einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten Ort (3). Ist es gerade warm? Regnet es? Woher weht der Wind? Wetter kann an einem Ort in kurzer Zeit sehr unterschiedlich sein und im Nachbarort schon wieder anders als bei uns zu hause.
Bei Klima geht es um viel längere Zeiträume. Klima beschreibt die Gesamtheit der Wettererscheinungen, die für die Dauer von 30 Jahren den durchschnittlichen Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort charakterisieren (3, S. 7). Ein heißer Sommer ist also noch kein Beleg für einen Klimawandel, sondern Klima beschreibt typische Verhältnisse einer Region über einen längeren Zeitpunkt hinweg. Viele heiße Sommer können deshalb ein Indiz für Klimaveränderungen sein. Klima beschreibt auch die Wahrscheinlichkeit für Wetterextreme und für Abweichungen vom Mittelwert. Während Wetter sich recht genau für die nächsten Tage voraussagen lässt, braucht es sehr viele Wetterdaten eines langen Zeitraums um Klimaentwicklungen vorauszusagen. Nur im Kontext so langer Beobachtungszeiträume kann man feststellen ob Klimaveränderungen stattgefunden haben.
Man kann sich das ganz gut mit einem Würfel veranschaulichen. Wenn ich einen Würfel werfe, entspricht die Zahl, die gerade oben liegt, dem aktuellen Wetter. Dagegen beschreibt das Klima wie oft jede Würfelseite im Durchschnitt gewürfelt wird. Wie wahrscheinlich ist es, dass dreimal hintereinander die 1 oben liegt?
Was zeigen uns nun die Wetteraufzeichnungen der letzten Jahrzehnte? Es wird wärmer. Zumindest das ist, global betrachtet, inzwischen mehr als sicher. Die globalen Durchschnittstemperaturen steigen durch den Ausstoß von Treibhausgasen an. Treibhausgase sind Kohlendioxid, Wasserdampf, Methan, Ozon, Stickoxyde und „künstliche Treibhausgase“ wie fluorierte Kohlenwasserstoffe (FCKW). Besonders die massive Verbrennung fossiler Energieträger wie Erdgas, Öl und Kohle hat seit Beginn der Industrialisierung den Prozess des menschengemachten (anthropogenen) Treibhauseffektes in Gang gesetzt. Aber auch die vor allem in der Landwirtschaft (Ackerbau und Viehzucht) freigesetzten Gase Methan und Lachgas verstärken den Treibhauseffekt.
Was bedeutet das für unser Klima in Deutschland? Welche Folgen hat die globale Erwärmung für uns konkret? Können wir das überhaupt bereits jetzt absehen? Wenn wir nicht wissen was auf uns zukommt und worauf wir uns konkret vorbereiten müssen, wird es kaum möglich sein, einen Zukunftsgarten anzulegen, der diesem Namen gereicht wird!
Damit du eine grobe Vorstellung der Zusammenhänge bekommst, in der Lage bist aktuelle Wettergeschehnisse besser einzuordnen und die Debatten um zukünftige Klimaveränderungen besser mitverfolgen kannst, möchte ich mit diesem Artikel einen Versuch starten, dir zumindest die Grundlagen anschaulich zu erklären. Weil das Thema sehr komplex ist, teile ich es in zwei Abschnitte ein. Das ist Teil 1, nächste Woche folgt Teil 2. Ich versuche dabei die komplexen Grundlagen so viel wie möglich zu vereinfachen, ohne dass sie falsch dargestellt werden. Die Klimatologen unter euch mögen es mir bitte nachsehen, wenn ich den ein oder anderen Zusammenhang sehr zurechtstutzen muss. Doch es geht hier ja nicht um Klimaforschung, sondern um Gärten und um die Frage auf welche Bedingungen sich ein Zukunftsgarten einstellen muss. Also…jetzt nehme ich dich mit auf einen kleinen Klimaexkurs…bereit? Gut! Womit fangen wir an?
Ein Treibhaus ist eine super Sache!
Wir leben in einem Treibhaus und das ist nichts Böses, sondern prinzipiell eine super Sache!
Was sind die Grundlagen? Die Sonne schickt vor allem kurzwellige Strahlungsenergie Richtung Erde. Etwa 30 % dieser Strahlung wird von Wolken und Aerosolen (das sind kleine Partikel wie Staub oder Ruß) in Wärme umgewandelt und von Land, besonders von Eis- und Schneeflächen oder Wasserflächen reflektiert. Mehr als die Hälfte erreicht aber die Erdoberfläche und wird dort absorbiert. Die Erde erwärmt sich dabei und stahlt diese Wärme in die Atmosphäre ab. Der größte Teil davon gelangt dann aber nicht direkt zurück ins Weltall (ein Teil schon), sondern wird in unserer Erdatmosphäre absorbiert und dann als Gegenstrahlung zur Erdoberfläche zurückgeworfen. Die Erdatmosphäre ist die gasförmige Hülle, die unsere Erde umgibt. Sie besteht zu 99 % aus Stickstoff und Sauerstoff, die keine Wärmestrahlung zu uns zurückwerfen (1). Vor allem Wasserdampf und Kohlendioxid, die scheinbar einen so kleinen Anteil an der Zusammensetzung der Gashülle haben, sind unsere „Treibhausgase“, die für die „atmosphärische Gegenstrahlung“ verantwortlich sind. Durch sie erwärmt sich unsere Atmosphäre auf ca. 15 Grad globale Durchschnittstemperatur; sie erzeugen so den natürlichen Treibhauseffekt. Ohne ihn wäre die Erde mit durchschnittlich -18 Grad ein äußerst kalter, unwirtlicher Ort und Leben wie wir es kennen, nicht vorstellbar. Die Differenz, die der natürliche Treibhauseffekt (atmosphärische Gegenstrahlung) ausmacht sind ganze zusätzliche 33 Grad!
Da sich seit der Industrialisierung die Menge der Treibhausgase in der Atmosphäre durch den Menschen massiv erhöht hat, ist es in der Folge nur logisch, dass entsprechend mehr Wärmestrahlung durch sie zur Erdoberfläche zurückgeworfen wird. Man bezeichnet die dadurch zusätzlich zum natürlichen Treibhauseffekt entstehende Rückstrahlung und in Folge zusätzliche Erwärmung als menschengemachten oder anthropogenen Treibhauseffekt. CO2 ist nicht das Gas mit dem höchsten Treibhauspotenzial, aber es wird in größeren Mengen ausgestoßen als andere Gase. Unser Klimasystem ist ein träges System. Es dauert eine ganze Weile bis sich die Wirkung dessen was wir heute noch an Gasen ausstoßen bemerkbar macht. Selbst wenn wir jetzt sofort rein gar nichts mehr emittieren würden, würden sich die vergangenen Emissionen noch in weiterer Verschlimmerung des Treibhauseffektes bemerkbar machen. Ganze 10 Jahre dauert es, bis das Kohlendioxid, das wir heute ausstoßen, in der Atmosphäre seine maximale Treibhauswirkung erreicht.
„Der anthropogene Klimawandel kann mit einem Tanker verglichen werden, der mit Vollgas durch die Wellen pflügt. Wenn man dann den Rückwärtsgang einlegt, wird es einige Zeit dauern, bis man merkt, dass das Schiff langsamer fährt.“ (2)
Nicht nur die Atmosphäre bestimmt unser Klima….
Klima ist eine komplexe Angelegenheit. Wolken bestimmen in der Atmosphäre darüber wieviel Sonnenstrahlung reflektiert wird, Wasserdampf bestimmt darüber wieviel langwellige Wärmestrahlung zur Erdoberfläche zurückgestrahlt wird. Das Klimasystem wird aber nicht nur von der Atmosphäre gesteuert, sondern diese gasförmige Hülle steht mit anderen „Systemen“ der Erde in Verbindung. Zu ihnen bestehen vielfältige Wechselwirkungen und Rückkopplungen.
Wassermassen speichern und transportieren Wärme. Beispielsweise ist der warme Golfstrom für unser europäisches Klima von großer Bedeutung. Eis und Schneeflächen beeinflussen wieviel Strahlung in den Weltraum zurückgeschickt wird (Reflexion). Steinflächen beeinflussen ebenfalls die Energiebilanz, weil durch ihre Eigenschaften mal mehr, mal weniger Strahlung aufgenommen oder zurückgestrahlt wird. Die Pflanzendecke wiederum beeinflusst Verdunstung und Strahlungshaushalt und ihre Biomasse bindet Kohlendioxid. Und nicht zuletzt haben auch unsere Böden als Grenzschicht zwischen Gestein und Pflanzen und die in ihnen ablaufenden Prozesse wie der Kohlenstoffkreislauf, über die Böden mit der Atmosphäre in Verbindung stehen, großen Einfluss auf unser Klimageschehen. So können die bisher ganzjährig gefrorenen Permafrostböden, die nun infolge der Klimaerwärmung auftauen, große Mengen an Kohlendioxid und Methan freisetzen und dadurch den Treibhauseffekt weiter verstärken (1; 3).
Ich möchte dir hier aber keinen Klimawälzer in fünf Bänden zumuten und lasse all diese Faktoren einfach links liegen. Wir konzentrieren uns nur auf die Atmosphäre, denn irgendwo muss man schließlich anfangen!
Unsere Erde ist eine Kugel!
Wir konzentrieren uns jetzt auf die absoluten Grundzüge des Klimageschehens. Dabei helfen drei Fragen.
- Warum ist es überhaupt warm auf der Erde?
- Warum herrscht nicht überall das gleiche Klima?
- Warum ändert sich das Klima auch noch im Jahresverlauf?
Zur Frage 1: Ich denke, dass die Sonne unsere alles entscheidende Energiequelle ist, ist klar. Die Basics rund um den Treibhauseffekt kennst du jetzt auch schon. Wir gehen also gleich zu Frage 2 und 3.
Unsere Erde ist kugelig und zusätzlich steht die Erdachse, um die sie innerhalb von 24 Stunden einmal rotiert, nicht senkrecht zur Erdbahnebene, sondern ist leicht geneigt. Diese Neigung behält sie bei der Umrundung der Sonne bei. Beides hat zur Folge, dass nicht an jedem Ort und zur gleichen Zeit die gleiche Menge Sonnenenergie ankommt. Durch die Schrägstellung der Achse entstehen unsere Jahreszeiten. Nord- bzw.- Südhalbkugel werden im Jahresverlauf einmal stärker und einmal schwächer von der Sonne beschienen (Frage 3). Interessanter für uns ist aber die Kugelform, die uns zur Antwort auf Frage 2 führt.
Die Kugelgestalt der Erde hat Folgen für die Menge der Energie, die die Sonnenstrahlen liefern. Die Schrägstellung der Erdachse habe ich zur Vereinfachung in der folgenden Skizze weggelassen.
Du erkennst an meiner Skizze, dass die Sonnenstrahlung am Äquator und an den Polen jeweils in einem ganz unterschiedlichen Winkel auf die Erde trifft. Während die Strahlung den Äquator senkrecht erreicht, wird der Einstrahlungswinkel Richtung Pol zunehmend flacher. Die Folge davon ist, dass sich die gleiche Menge Sonnenenergie zu den Polen hin auf einer immer größer werdenden Fläche verteilt. Die meiste Sonnenenergie bekommen also die Tropen rund um den Äquator ab. Noch dazu ganzjährig! An den Polarregionen herrscht im Vergleich zum Äquator ein Energiedefizit. Wir haben es mit einem globalen Wärmeungleichgewicht zu tun! Wenn das aber jetzt schon das Ende der Geschichte zum Klima wäre, müssten die Tropen immer wärmer werden und die Polarregionen immer kälter bzw. die Unterschiede zwischen beiden Regionen müssten viel größer sein als sie es tatsächlich sind.
Jetzt kommen nämlich wir ins Spiel: Deutschland liegt in einer Übergangszone zwischen den Polen und dem Äquator, den Mittelbreiten. In dieser Zone wird Energie zwischen den Polen und dem Äquator ausgetauscht, wobei sowohl Luft als auch Meeresströmungen eine Rolle spielen.
Fazit: Die Sonne und die Kugelgestalt der Erde sorgen in Kombination für ein Wärmeungleichgewicht und dadurch für den Motor unseres globalen Systems von Luftströmungen. Und das schauen wir uns jetzt mal genauer an!
Luft macht mächtig Druck!
Warum gibt es überhaupt Wind?
„Wind ist eine Luftströmung, die versucht einen Unterschied auszugleichen.“
Aber was für einen? Nun…Luft besteht aus Teilchen, die ein Gewicht haben. Wegen der Schwerkraft konzentrieren sich die Luftbestandteile in den unteren Schichten der Atmosphäre. Die Kraft, mit der die Luft auf einen bestimmten Anteil der Erdoberfläche drückt, nennt man Luftdruck (3, 17).
In Kombination mit wechselnden Temperaturen passiert folgendes:
Luft, die erwärmt wird, dehnt sich aus und wird dadurch leichter, denn sie hat eine geringere Dichte…die Teilchen in der Luft rücken praktisch voneinander ab. Kalte Luft zieht sich dagegen zusammen und wird schwerer. Erwärmte, leichtere Luft, steigt deshalb auf, kalte Luft sinkt dementsprechend ab.
Wenn warme Luft aufsteigt, nimmt da, wo sie vorher war, also am Boden, der Luftdruck ab. Es entsteht ein thermisches Tiefdruckgebiet (abgekürzt: Tief) oder auch Hitzetief. Dort, wo die erwärmte Luft hinströmt, also in der Höhe, nimmt der Luftdruck zu, es entsteht ein thermisches Hochdruckgebiet (abgekürzt: Hoch), oder auch Kältehoch. Bei der Hebung der erwärmten Luft kühlt sie sich ab und die Feuchtigkeit in der Luft kondensiert. Es entstehen Wolken, die möglicherweise auch Regen bringen.
Wenn Luft abkühlt und absinkt entsteht der umgekehrte Effekt: Am Boden entsteht ein Hoch, in der Höhe ein Tief. Beim Absinken wärmen sich die Luftmassen auf. Feuchtigkeit in der Luft verdunstet, Wolken lösen sich auf. Oft ist es sonnig und warm (4, S. 53).
Hochs und Tiefs bleiben aber nicht stabil so stehen, sondern die Luft versucht wieder ein Gleichgewicht zwischen den Regionen mit horizontal unterschiedlichem Luftdruck herzustellen. Horizontal bedeutet dass es sich um „waagerechte“ Luftströmungen von Regionen gleicher Höhe oder Nähe zum Boden handelt. Dabei strömt die Luft stehts aus der Region mit höherem Luftdruck zur Region mit niedrigerem Druck. Es entsteht ein Wind, der umso größer ist, je größer das Druckgefälle ist (3, S.17). Windstill wird es erst wieder wenn die Luftdruckunterschiede ausgeglichen sind. Es gibt also eine Ausgleichsströmung in der Höhe und eine Ausgleichsströmung am Boden!
Dieses Prinzip gilt sowohl für regionale, lokale Winde, als auch für die globalen Luftströmungen, die für unser Klima entscheidend sind. Immer werden sie durch ein Luftdruckgefälle angetrieben, dass durch unterschiedlich starke Erwärmumg der Luft entsteht.
Zurück zur Kugel…
Etwas komplizierter wird das ganze dadurch, dass sich unsere Erdkugel auch noch von West nach Ost um sich selber dreht. In Folge rotieren Hochs am Boden im Uhrzeigersinn, d.h. die Luft strömt aus dem Hoch heraus, Tiefs rotieren gegen den Uhrzeigersinn, d.h. am Boden strömt Luft in das Tief herein bzw. wird eingesaugt. Die Kraft, die in Kombination aus Erddrehung und Kugelform auf die Luftmassen einwirkt nennt man Corioliskraft.
Wie sehen nun die globalen Luftströmungen aus?
Wie du jetzt weißt, ist die Energiezufuhr durch die Sonne am Äquator am höchsten. Die feuchte Tropenluft erwärmt sich dadurch und steigt auf, am Boden entsteht was? Genau! Ein Tief. Und in der Höhe entsprechend ein Hoch. Erdumspannend bildet sich um den Äquator ein Tiefdruckgürtel aus. Hier sorgt die aufsteigende Luft für tägliche Gewittergüsse und dauerfeuchtes Klima.
In den Polarregionen sinkt warme Luft durch Abkühlung zum Boden ab. Es entstehen umgekehrte Verhältnisse wie am Äquator: Am Boden ein Hoch, in der Höhe ein Tief.
Nach allem was du inzwischen über die Entstehung von Wind weißt, müsste es jetzt zu globalen Luftströmungen kommen, die diese Druckunterschiede ausgleichen. Und zwar sowohl in der Höhe als auch am Boden vom Hoch zum Tief. Und es ist auch tatsächlich so, dass es diese Druckunterschiede sind, die die globale atmosphärische Zirkulation der Luftmassen antreiben.
Aber war da nicht noch etwas, das alles verkompliziert? Genau! Die Drehung der Erde. Und nicht nur sie. Auch die Kugelgestalt der Erde und ihre Oberflächenbeschaffenheit (zum Beispiel Gebirge) beeinflussen die globalen Luftströmungen. Alle drei Punkte zusammen führen zu einem komplizierteren Bild der globalen Luftzirkulation als in meiner Skizze.
Wie du dir die globalen Luftströmungen, unsere planetarische Zirkulation, vorstellen musst, was das für unser Klima in Deutschland bedeutet und was sich durch die Klimaerwärmung ändert, erkläre ich dir nächste Woche in Teil zwei. Jetzt ist es erstmal Zeit Pause zu machen und Teil 1 „sacken“ zu lassen.
Freuen wir uns in der Zwischenzeit einfach daran, dass unsere Gärten nach den Stürmen endlich in den Frühling starten und sonniges Wetter vor der Tür steht.
Quellen:
(1) https://www.bpb.de/themen/klimawandel/dossier-klimawandel/38427/wetter-klima-und-klimawandel/ (Besucht am 20.02.2022)
(2): https://www.scinexx.de/news/geowissen/klimaschutz-spuerbar-erst-in-jahrzehnten/ (Besucht am 20.02.2022)
(3) Girndt, T., Gehmlich, A., Gernadt, Dr., P (2016): Seydlitz. Erdkunde Einführungsphase Hessen. Schroedel, Braunschweig.
(4) Buchal, C., Schönwiese, C.-D. (2010): Klima. Die Erde und ihre Atmosphäre im Wandel der Zeiten. Herausg. Helmholtz Gemeinschaft. MOHN Media, Gütersloh.