Physische Geografie
Vorlesung 1 - Einführung und Klimahaushalt der Erde
Vorlesung 1 - Einführung und Klimahaushalt der Erde
Wichtigste Parameter der Erde (Verteilung Land / Wasser, Radius, Umfang, Abstand Längen - / Breitengrad, Oberfläche, Volumen, etc.)
- Ozean: 71 % (hohe Wärmekapazität)
- Land: 29 % (tiefe Wärmekapazität)
Geosphäre
Exogene Kräfte
- Atmosphäre (Meterologie / Klimatologie)
- Kryosphäre (Gefrorenes Eis)
- Biosphäre (Pflanzen, Tiere - Biologie)
- Hydrosphäre (Hydrologie)
Endogene Kräfte
- Lithosphäre (Gestein - Erdkruste + oberer Teil des oberen Mantels - Geologie)
- Pedosphäre (Bodenkunde)
Sphäre sind miteinander verknüpft und interagieren miteinander (vernetzende Betrachtungsweise)
Albedo
Def.: Anteil der reflektierten Strahlung eines Planeten
- weiss = 1 (reflektiert alles)
- schwarz = 0 (absorbiert alles)
Durchschnitt Erde: 0.31
Zusammenhang mit Biomasse: Albedo ist höher in vegetationsarmen Gebieten, weil Schnee/helle Sandwüsten mehr reflektiert als Wald)
Nenne drei verschiedene Beispiele von Zeitskalen
- Natürlich (Erd- und Mondrotation)
- Geologisch (Gesteinsabfolgen, Fossilien)
- Biblisch/religiös
Was ist die Solarkonstante?
Wie viel trifft aufs Jahr gemittelt auf der Erde auf?
Wie viel Energie kommt aus dem Erdinnern?
Solarkonstante = 1365 W/m2
(Energie, welche bei mittlerer Entfernung von der Sonne pro Zeit / Flächeneinheit auftritt), z.B. 1 Kernkraftwerk / km2)
342 m2 trifft über das Jahr gemittelt auf der Erde als Energie auf.
Energie aus dem Erdinnern: 0.06 W/m2
Was ist mit der räumlichen / zeitlichen Variation gemeint? (Energiehaushalt der Erde)
Räumliche Variation
Einfallswinkel der Sonne variiert
Zeitliche Variation
Milankowitch-Zyklen
Exzentrität (Abweichnung von der Kreisform), Neigungswinkel (zw. 21.5 und 24.5 Grad), Präzession (Position der Rotationsachse pendelt um die Senkrechte)
Nenne die beiden Strahlungsgesetze.
Stefan-Boltzman Gesetz:
Q=E (Emissivität - fast 1) x q x (Kontante) x T4 (Temp. des Körpers)
-> Strahlungsenergie steigt nicht linear mit der Temperatur des Körpers, sondern hoch 4.
-> Heisse Oberfläche strahlt mehr Energie ab als kalte
Wiensches Verschiebungsgesetz
-> Sonne (heisser Körper): kurzwellige Strahlung (sichtbar)
-> Erde (kalter Körper): langwellige Strahlung (infrarot)
Mache eine globale Strahlungsbilanz der Erde mit der Atmoshpäre.
Kurzwellige Sonnenstrahlung
- 30 % werden reflektiert
- 70 % werden absorbiert (50 % vom Boden / 20 % Atmosphäre)
Langwellig Infrarotstrahlung (Erdoberfläche)
- 70 % werden abegeben
- 30 % werden von den Treibhausgasen absorbiert und wieder reflektiert.
Was weisst du über Sonnenflecken?
Konterintuitiv
mehr Sonnenflecken = erhöhte Strahlung (0.1 %)
Kleine Eiszeit = zeitgleich mit Sonnenflecken Minimum Perioden
Wie korrelieren Eiszeitzyklen mit Temperatur und Treibhausgasen?
Rückgang von Temperaturen und atmosphärischen Treibhausgasen (CO2 + Methan + Lachgas) --> Eiszeit
In den vergangenen 10'000 Jahren (Holozän) war das Klima vergleichsweise stabil und warm.
Wie hängen die verschiedenen Sphären miteinander zusammen?
Nennen Sie die Komponenten des Klimasystems und die dazugehörigen Zeitskalen.
- Atmosphäre (Menge der Treibhausgase / Wasserdampf und Zirkulation)
- Minuten - Monate
- Atmosphärische Grenzschicht
- täglich
- Hydrosphäre
- 100-1000 Jahre (Salinität & Ozeanbecken)
- monatlich - 1 Jahr (Meeresspiegel, Zirkulation & chemische Zusammensetzung)
- monatlich - 1000 Jahre (Meereis & Temp.)
- Kryosphäre
- 10-100 Jahre (Gletscherrückgang)
- 100-10'000 Jahre (Eisabbrüche)
- Minuten - Monate (Fliessdynamik / Schneebedeckung)
- Biosphäre
- monatlich - 1000 Jahre (Landoberflächen, Desertifikation, Landnutzung)
- Pedosphäre
- Veränderung der Abtragungsbedingungen (fossile Lagerstätten, Relief, Gesteine, Plattentektonik)
Nenne verschiedene Zusammenhänge zwischen den Klimasystemen (Sphären).
Nenne verschiedene Rückkopplungen (positiv / negativ), die der Klimawandel mit sich bringt.
Anthropogene Rückkoppelungen:
- Albedo Asphalt 0.15 vs. Ackerland 0.26 (positiv)
- CO2 Emissionen (Bevölkerungswachstum)
Wasserdampf-Rückkopplung:
Anstieg der Temperatur führt durch erhöhte Verdunstung zu einer
Zunahme des Gehalts an Wasserdampf in der Atmosphäre; dies führt zu weiterer Erwärmung, weil
Wasserdampf ein Treibhausgas ist --> positive Rückkoppelung
Albedo-Rückkoppelung:
Temperaturanstieg vermindert die Akkumulation von Eis und Schnee -->
geringere Albedo und stärkere Absorption der Sonnenstrahlung --> weitere Erwärmung
Strahlungs-Rückkoppelung:
Ein Temperaturanstieg führt zu einer erheblichen Zunahme der
abgegebenen Energiemenge in die Atmosphäre --> warmer Körper erwärmt sich weiter --> positive Rückkopplung (Infrarotstrahlung)
Biotische Rückkoppelung:
Ein durch CO2 ausgelöstes, verstärktes Pflanzenwachstum verursacht in der
Atmosphäre eine Zunahme des CO2-Gehalts --> führt zu verstärktem Treibhauseffekt und somit zu
Temperaturanstieg; jedoch wird der Atmosphäre auch CO2 entzogen aufgrund der Pflanzen -->
positive als auch negative Rückkoppelung
Eis - Atmosphäre: positive Rückkopplung
Nenne verschiedene Tendenzen des Klimawandels der letzten 100 Jahre.
• Im globalen Mittel: Anstieg der Temperatur um 0.7°C
• Atmosphärische als auch ozeanischer CO2-Gehalt stieg ebenfalls an
• Nächte erwärmen sich mehr
• Meereisausdehnung geht zurück --> Rückgang der Meereisbedeckung
• Meeresspiegel steigt (ca. 20 cm seit 1901) --> durch thermische Expansion und Rückschmelzen
der Gletscher
• Wärmegehalt der Ozeane steigt
• Auswirkungen auf den Niederschlag sind viel unsicherer als Temperaturauswirkungen
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Cartes-fiches
Wichtigste Parameter der Erde (Verteilung Land / Wasser, Radius, Umfang, Abstand Längen - / Breitengrad, Oberfläche, Volumen, etc.)
- Ozean: 71 % (hohe Wärmekapazität)
- Land: 29 % (tiefe Wärmekapazität)
Geosphäre
Exogene Kräfte
- Atmosphäre (Meterologie / Klimatologie)
- Kryosphäre (Gefrorenes Eis)
- Biosphäre (Pflanzen, Tiere - Biologie)
- Hydrosphäre (Hydrologie)
Endogene Kräfte
- Lithosphäre (Gestein - Erdkruste + oberer Teil des oberen Mantels - Geologie)
- Pedosphäre (Bodenkunde)
Sphäre sind miteinander verknüpft und interagieren miteinander (vernetzende Betrachtungsweise)
Albedo
Def.: Anteil der reflektierten Strahlung eines Planeten
- weiss = 1 (reflektiert alles)
- schwarz = 0 (absorbiert alles)
Durchschnitt Erde: 0.31
Zusammenhang mit Biomasse: Albedo ist höher in vegetationsarmen Gebieten, weil Schnee/helle Sandwüsten mehr reflektiert als Wald)
Nenne drei verschiedene Beispiele von Zeitskalen
- Natürlich (Erd- und Mondrotation)
- Geologisch (Gesteinsabfolgen, Fossilien)
- Biblisch/religiös
Was ist die Solarkonstante?
Wie viel trifft aufs Jahr gemittelt auf der Erde auf?
Wie viel Energie kommt aus dem Erdinnern?
Solarkonstante = 1365 W/m2
(Energie, welche bei mittlerer Entfernung von der Sonne pro Zeit / Flächeneinheit auftritt), z.B. 1 Kernkraftwerk / km2)
342 m2 trifft über das Jahr gemittelt auf der Erde als Energie auf.
Energie aus dem Erdinnern: 0.06 W/m2
Was ist mit der räumlichen / zeitlichen Variation gemeint? (Energiehaushalt der Erde)
Räumliche Variation
Einfallswinkel der Sonne variiert
Zeitliche Variation
Milankowitch-Zyklen
Exzentrität (Abweichnung von der Kreisform), Neigungswinkel (zw. 21.5 und 24.5 Grad), Präzession (Position der Rotationsachse pendelt um die Senkrechte)
Nenne die beiden Strahlungsgesetze.
Stefan-Boltzman Gesetz:
Q=E (Emissivität - fast 1) x q x (Kontante) x T4 (Temp. des Körpers)
-> Strahlungsenergie steigt nicht linear mit der Temperatur des Körpers, sondern hoch 4.
-> Heisse Oberfläche strahlt mehr Energie ab als kalte
Wiensches Verschiebungsgesetz
-> Sonne (heisser Körper): kurzwellige Strahlung (sichtbar)
-> Erde (kalter Körper): langwellige Strahlung (infrarot)
Mache eine globale Strahlungsbilanz der Erde mit der Atmoshpäre.
Kurzwellige Sonnenstrahlung
- 30 % werden reflektiert
- 70 % werden absorbiert (50 % vom Boden / 20 % Atmosphäre)
Langwellig Infrarotstrahlung (Erdoberfläche)
- 70 % werden abegeben
- 30 % werden von den Treibhausgasen absorbiert und wieder reflektiert.
Was weisst du über Sonnenflecken?
Konterintuitiv
mehr Sonnenflecken = erhöhte Strahlung (0.1 %)
Kleine Eiszeit = zeitgleich mit Sonnenflecken Minimum Perioden
Wie korrelieren Eiszeitzyklen mit Temperatur und Treibhausgasen?
Rückgang von Temperaturen und atmosphärischen Treibhausgasen (CO2 + Methan + Lachgas) --> Eiszeit
In den vergangenen 10'000 Jahren (Holozän) war das Klima vergleichsweise stabil und warm.
Wie hängen die verschiedenen Sphären miteinander zusammen?
Nennen Sie die Komponenten des Klimasystems und die dazugehörigen Zeitskalen.
- Atmosphäre (Menge der Treibhausgase / Wasserdampf und Zirkulation)
- Minuten - Monate
- Atmosphärische Grenzschicht
- täglich
- Hydrosphäre
- 100-1000 Jahre (Salinität & Ozeanbecken)
- monatlich - 1 Jahr (Meeresspiegel, Zirkulation & chemische Zusammensetzung)
- monatlich - 1000 Jahre (Meereis & Temp.)
- Kryosphäre
- 10-100 Jahre (Gletscherrückgang)
- 100-10'000 Jahre (Eisabbrüche)
- Minuten - Monate (Fliessdynamik / Schneebedeckung)
- Biosphäre
- monatlich - 1000 Jahre (Landoberflächen, Desertifikation, Landnutzung)
- Pedosphäre
- Veränderung der Abtragungsbedingungen (fossile Lagerstätten, Relief, Gesteine, Plattentektonik)
Nenne verschiedene Zusammenhänge zwischen den Klimasystemen (Sphären).
Nenne verschiedene Rückkopplungen (positiv / negativ), die der Klimawandel mit sich bringt.
Anthropogene Rückkoppelungen:
- Albedo Asphalt 0.15 vs. Ackerland 0.26 (positiv)
- CO2 Emissionen (Bevölkerungswachstum)
Wasserdampf-Rückkopplung:
Anstieg der Temperatur führt durch erhöhte Verdunstung zu einer
Zunahme des Gehalts an Wasserdampf in der Atmosphäre; dies führt zu weiterer Erwärmung, weil
Wasserdampf ein Treibhausgas ist --> positive Rückkoppelung
Albedo-Rückkoppelung:
Temperaturanstieg vermindert die Akkumulation von Eis und Schnee -->
geringere Albedo und stärkere Absorption der Sonnenstrahlung --> weitere Erwärmung
Strahlungs-Rückkoppelung:
Ein Temperaturanstieg führt zu einer erheblichen Zunahme der
abgegebenen Energiemenge in die Atmosphäre --> warmer Körper erwärmt sich weiter --> positive Rückkopplung (Infrarotstrahlung)
Biotische Rückkoppelung:
Ein durch CO2 ausgelöstes, verstärktes Pflanzenwachstum verursacht in der
Atmosphäre eine Zunahme des CO2-Gehalts --> führt zu verstärktem Treibhauseffekt und somit zu
Temperaturanstieg; jedoch wird der Atmosphäre auch CO2 entzogen aufgrund der Pflanzen -->
positive als auch negative Rückkoppelung
Eis - Atmosphäre: positive Rückkopplung
Nenne verschiedene Tendenzen des Klimawandels der letzten 100 Jahre.
• Im globalen Mittel: Anstieg der Temperatur um 0.7°C
• Atmosphärische als auch ozeanischer CO2-Gehalt stieg ebenfalls an
• Nächte erwärmen sich mehr
• Meereisausdehnung geht zurück --> Rückgang der Meereisbedeckung
• Meeresspiegel steigt (ca. 20 cm seit 1901) --> durch thermische Expansion und Rückschmelzen
der Gletscher
• Wärmegehalt der Ozeane steigt
• Auswirkungen auf den Niederschlag sind viel unsicherer als Temperaturauswirkungen
