UI12 Wädenswil Metrologie FS13
Metrologie
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Lernkarten
Dichte getriebene Zirkulation Definition
und Synonyme
Konvektion= Wasserpaket, das schwerer ist
wie Umgebung sinkt, bis es Schicht mit gl.
Dichte gefunden hat; oft thermohaline
Zirkulation genannt (altgr. halas=Salz)=
Meridional Overturning Circulation =
meridionale Umwälz Zirkulation; führt zu
Wassertransport längs den Längengeraden
(=meridional);
Sauerstoff als Indikator
je weniger O2 das Wasser enthält, umso
älter ist es
Dichte getriebene Zirkulation, Prozesse an
der Oberfläche
Kühlung: a)langwellige Abstrahlung, b)
Erwärmung der Atmosphäre (sensibler
Wärmeverlust)durch turbulenten Austausch,
c) Verdunstung (latente Wärme); Änderung
der Salinität: a) Niederschlag
Verdunstung, b)Brine rejection (bei
Seeeisbildung werden Salzkristalle aus dem
Eis ausgestossen ->Entstehung
Süsswassereis)
Wasser-Senke für die Atmosphäre
Niederschlag: am höchsten in der ITC-Zone
(Intertropikale Konvergenzzone)
=aufsteigender Ast der Hadleyzelle, wo viel
Konvektion statt findet; Subtropische
Gebiete s. trocken
Bilanz für die Atmosphäre (Niederschlag-
Verdunstung)
Subtropen sind die Wasser- und
Feuchtequellen für den globalen
Wasserzyklus, Zugeführt wird es in den
tropischen Regionen und in den höheren
Breiten
Wie viel Wasser kann die Atmosphäre
aufnehmen?
hängt von Lufttemp. ab =>erkennbar an
der geografischen Verteilung der Feuchte
(Tropen: 18g/kg, Arktis: 0g/kg) und an der
Höhe (auf 850hPa hat Feuchte keine
Bedeutung=> Topografie hat
konsequenzen für das lokale Klima);
maximal aufnehmbare Menge nimmt
exponentiell mit sinkender Temp. ab;
jährliches Mittel der Luftfeuchtigkeit am
Boden ~70%
Rolle des Wasserzyklus für das Klima (3)
a) Transport von Energie in Form von
latenter Wärme, b)Niederschlag-
Verdunstungsbilanz (Salinität von
Ozeanen,...), c)Wasserdampf und Wolken
ändern Strahlungsbilanz
Wasserdampf als Treibhausgas
absorbiert im Infrarotbereich (Erde
emmitiert auch im Infrarotb.), Beitrag zum
Treibhauseffekt=60%
Wolken: wärmend oder kühlend?
beides, weil: a) können Sonnenstrahlen
stark reflektieren ->Kühleffekt, b) können
langwellige Strahlung von der Erde
absorbieren und z.T. Richtung Erde
rückstrahlen ->wärmeffekt; Nettoeffekt
hängt vom Wolkentyp ab
Niedrige Wolken (z.B. Stratocumulus) -
wärmend oder kühlend?
Konvektivwolken (z.B. Cumulonimbus)
Wasser - Atmosphäre als Vehikel und
Speicher
gehalt ist nur 0.001% des Wassers vom ges.
Klimasystem (3% Kryo-, Bio-, Lithosphäre
und süsse Oberfl.gewässer), aber
Atmosphäre transportiert übers Jahr 40 mal
so viel, wie der Gehalt
Globaler Wasserzyklus
Verdunstung->transport in der
Atmosphäre-> Kondensation-
>Niederschlag->transport in hydro-,
Litho-, Bio-, und Kryosphäre; BETRAG: 1012
m3
Jahr
Wasser-Quelle für die Atmosphäre
Verdunstung (kann in latenter Wärme
ausgedrückt werden), am höchsten in den
Subtropen (absinkender Ast der
Hadleyzelle) und klein in den hohen Breiten
quasi-periodische Prozesse
nicht perfekt periodisch: sie kombinieren
mehrere Frequenzen; z.B. Sonnenzyklus
(aktivitätszylus schwankt zw. 7 u. 17
Jahren)
Aperiodische Prozesse
haben gar keine Periode: sie können nicht
mit einer wiederkehrenden Eigenschaft
(Zyklus) erklärt werden. Die angegebene
Frequenz kann in diesem Fall eher als Mass
für ihre „Lebenserwartung“ verstanden
werden.
Externe Forcing (Antrieb Mechanismen) (4)
Klimasystem hat keinen Einfluss auf die
Quelle der Änderung; a) Laufbahn der Erde
(saisoniale und langjährige Zeitskala), b)
Sonnenaktivität (Sonnenflecken), c)
vulkanische Aktivität, d)anthropogene
Einflüsse (Co2-ausstoss, Abholzung, Ozon,
Aerosol,...)
Interne (stochastische) Mechanismen
Klimasystem wirkt auf die Quelle der
Änderung zurück; =Klimavariationen, die
nur auf den Wechselwirkungen der
unterschiedlichen Systemkomponenten
beruhen (Athmosphäre, Litho-, Hydro-,...)
Sonnenflecken
=magnetische Stellen auf der Sonnenoberfläche; etwa
10000km breit; dunkle Flecken, weil kühler als der
Rest der Oberfläche + weniger sichtbares Licht
abstrahlen; Zahl u. Grösse ist einfachste Mass für die
Sonnenaktivität; Ursache: periodische Änderung im
Magnetfeld der Sonne; bei hoher Sonnenaktivität:
auch Fackeln (=helle, magnetisch bedingte
Strukturen); Leuchtkraft +Energieabgabe grösser bei
hoher Sonnenaktivität; Wegen Fackeln erscheint die
Sonne 0.1% heller bei max. als bei Min.; 11-jähriger
Zyklus; vor 8000 J gleiche aktivität
Erdbahn Parameter (Milankovitch Zyklen)
a) Erdschiefe: Neigung der Erdachse
gegenüber der Laufbahn der Erde
(22.1°-24.5°), b) Exzentrität: Form der
Laufbahn (Ellipse); c) Präzession: die
Orientierung der Erdachse bezüglich der
Vertikalen (Achse, die senkrecht auf
Laufbahn ist)
Vulkanausbruch
injiziert grosse Mengen an
Schwebstoffteilchen und Gase in die
Atmosphäre ->messbarer Effekt auf die
Temp.; wichtigste: Wasserdampf, CO2 und
SO2 (Wasserstoffchlorid
(HCl),Wasserstofffluorid (HF) und Asche =
grosse); Effekt auf die Strahlungsbilanz
hängt davon ab, wie hoch der Ausbruch
reicht
Vulkanausbruch, Effekte von Sulfurdioxid
(SO2)
grösster kurzfristige Effekt Ausbruchs: SO2
kombiniert mit H2O (g) in der Atmosphäre ergibt
Schwefelsäure, die schnell kondensiert und feine
Sulfat-Aerosole erzeugt. Diese reflektieren die
Sonnenstrahlung (erhöhen Albedo) => Abkühlung der
Troposphären und absorbieren die langwellige
Strahlung der Erde => erwärmen Stratosphäre, Effekt
kann 2-3 J. n. Ausbruch andauern; Sulfat-Aerosole:
indirekt für Zerstörung von Ozon; mit der Zeit:
Partikel kleben aneinander und fördern Bildung
Cirrenwolken=> wärmender Effekt
CO2 vs Vereisung
CO2- Konzentration war viel höher vor
500My (erste Lebewesen mit Zellkerne
=>wohl nicht geeignet für menschliches
Dasein :-) ), Eiszeiten entsprechen Perioden
mit tiefen CO2-gehalten (warme Zeiten -
hohe gehalte);
Hat die Erde einen Thermostat?, Was
reguliert CO2, was Temp.?
Vor 5-6 Gj war die Sonne 30% schwächer
und doch hatte es Leben auf der Erde;
Wechselspiel mit CO2 und Temp.?; was
reguliert Temp.?: Konfiguration der Ozeane
(Gateways), Wärmetransport der Ozeane;
was reguliert CO2?=> chem. Verwitterung,
See Floor Spreading, Continental Uplifting,
Gaia Hypothese
Chemische Verwitterung
abhängig von: Temp. (je wärmer, desto
mehr), Niederschlag, Vegetation, Höhe und
Neigung; H2O und CO2 bilden Kohlensäure
H2CO3 => greift Gestein an + zerteilt, so
dass die Komponenten als Ionen vom
Wasser weiter zu Meer transportiert
werden; Je mehr CO2 desto mehr wird
verwittert
Continental Uplifting
beruht sich darauf, dass die chemische
Verwitterung zunehmen sollte, wenn die
exponierte Fläche wächst. Ein solcher Fall
wäre das Zusammenprallen von
Kontinenten als sich die Himalayas gebildet
haben.
Gaia Hypothese
nimmt an, dass die Organismen und ihre
nichtorganische Umwelt eng in ein
komplexes System gebunden sind, das die
nötigen Bedingungen für Leben auf der
Erde aufrechterhalten.
Gateways
Öffnungen zwischen Meeresbecken.
Seefloor Spreading Hypothese
Chemischer Verwitterungszykluss: Vulkane
bringen CO2 in Atmosphäre, Atmosphäre
wärmt sich auf ->nimmt mehr H2O auf =>
chem. Verwitterung nimmt zu (CO2 wird
der Atmosphäre entzogen), C wird durch
Subduktion wieder dort hin gebracht, wo es
durch schmelzen wieder dem Vulkan zur
Verfügung steht. ( :-) Ergänzte Hypothese:
wir geben nun viel CO2 frei, darum haben
wir zur Zeit weniger Vulkanausbrüche :-) )
orbitale Parameter
= Exzentrität, Erdschiefe, Präzession;
wichtig für die Strahlungsverteilung in
Winter und Sommer. Insbesondere
beeinflussen sie das Schmelzen von
Eisschilder oder Gletscher.;