Unsere Atmosphäre ist kein isoliertes System, sondern steht mit anderen Komponenten des Erdsystems in Wechselwirkung, wie zum Beispiel der Hydrosphäre (Wasser im Ozean, Flüssen und Seen). Sie ist aber auch mit der Kryosphäre (Eis und Schnee), der Biosphäre (Tiere und Pflanzen), der Pedosphäre (Böden), und der Lithosphäre (Gestein) in Kontakt. Per Klick auf die Pfeile rechts und links im Bild gelangen Sie zu den einzelnen Komponenten.
01. MENSCHLICHE EINGRIFFE | Kohlendioxid und andere Gase, die durch menschliche Aktivitäten zusätzlich in die Atmosphäre eingetragen werden, führen durch Absorption von Wärmestrahlung zu einer zusätzlichen Erwärmung.
02. Vegetation | Je nach Beschaffenheit speichern Pflanzen Wärme und Feuchtigkeit und nehmen Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf. Änderungen im Angebot von Nährstoffen, Wärme und Feuchtigkeit kann Vegetationsformen stark verändern.
03: Schnee und Eis | Schnee und Eis haben ein hohes Rückstrahlvermögen (Albedo), so reflektieren sie einen großen Teil der kurzwelligen Sonneneinstrahlung. Ein Verschwinden führt zu einer besonders raschen Erwärmung (Eis-Albedo-Rückkopplung).
04: Land- Atmosphäre Wechselwirkung | Die Erde nimmt je nach Farbe und Untergrund einen Teil der Sonneneinstrahlung auf und strahlt einen Teil als Wärme in die Atmosphäre ab. In Zeiträumen von Jahrmillionen verschieben sich Landmassen in andere Klimazonen.
05: Vulkanische Gase und Partikel | Vulkanausbrüche können durch in die Atmosphäre ausgestoßene Asche- und Schwefelmassen die Sonnenstrahlung in der Atmosphäre und damit das Klima verändern.
06: Chemische Wechselwirkungen | Änderungen in der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre, wie zum Beispiel der Eintrag von Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKWs), kann zu signifikanten chemischen Reaktionen führen, wie dem Ozonabbau in der Stratosphäre.
07: Atmosphärische Zirkulation | Die großräumigen Windsysteme werden durch die unterschiedliche Einstrahlung zwischen den Polen und Äquator sowie durch Land-Meer Verteilung und die Erddrehung bestimmt. Dadruch stellen sich typische Zirkulationsmuster ein.
08: Sonneneinstrahlung | Unsere Sonne liefert die Energie für das Klimasystem auf der Erde. Die Strahlungsintensität unterliegt Schwankungen wie durch den natürlichen elfjährigen Zyklus der Sonnenaktivität. Durch die sich ändernde Bewegung der Erde um die Sonne ändert sich die Temperatur auf der Erde aber auch auf langen Zeitskalen.
09: Wolken und Niederschläge | Wolken und Niederschläge sind wichtige Komponenten im Energie- und Impulshaushalt der Atmosphäre. Sie haben starke Wechselwirkungen zur Vegetation, sind aber auch für viele dynamische Prozesse wie Stürme entscheidend.
10: Ozean-Atmosphäre Wechselwirkung | Der Austausch von Impuls und Energie zwischen Ozean und Atmosphäre ist ein wichtiger Treiber natürlicher Klimaschwankungen auf unterschiedlichen Zeitskalen von Stunden bis Jahrzehnten.
11: Verdunstung | Verdunstung ist ein elementarer Bestandteil des Feuchtezyklus der Erde. Ohne Verdunstung keine Niederschläge. In Gebieten mit hoher Einstrahlung und starken Winden ist die Verdunstung besonders ausgeprägt.
12: Wärmeflüsse | Der Wämeaustausch zwischen Ozean und Atmosphäre kann mehrere 100 Watt pro Quadratmeter betragen. Besonders in hohen Breiten mit starken Temperaturgegensätzen ist dies ein wichtiger Prozeß.
13: Wind und Wellen | Die Winde regen die Oberflächenströmungen im Meer an. Zusammen mit der ablenkenden Kraft der Erdrotation und der Gestalt der Meeresbecken verleiht der Wind dem weltweiten System der Oberflächenströmungen seine charakteristische Form. Durch den Impulsübertrag generierte Wellen können Höhen von mehr als 10 Meter erreichen und für eine starke Durchmischung der Oberflächenschicht sorgen.
14: Meeresströmungen | Die großräumige Zirkulation im Ozean transportiert enorme Mengen an Energie durch die Weltmeere. Ein Beispiel hierfür ist der Golfstrom im Nordatlantik.
15: Austausch von Gasen | Neben Sauerstoff und Kohlendoxid werden zwischen Ozean und Atmosphäre viele Spurengase ausgetauscht. Dies beeinflusst unter anderem biogeochemische Wechselwirkungen im Ozean.
16: Nährstoff- und Kohlenstoffflüsse | Das Angebot von Nährstoffen ist ein entscheidender Faktor für die biologische Produktivität im Ozean. In Gebieten hoher Produktivität wird viel Kohlenstoff gebunden und in tiefere Ozeanschichten transferiert.
17: Marine Ökologie | Eingriffe in das marine Ökosystem, wie etwa durch Nährstoffeinträge, können zu großskaligen Änderungen der CO2-Aufnahmefähigkeit führen. Die zunehmende Ozeanerwärmung gefährdet die Artenvielfalt, zum Beispiel in Korallenriffen.
18: Meereis | Meereis kann große Meeresgebiete wie den arktischen Ozean oder rund um die Antarktis ganzjährig oder saisonal schwankend überdecken. Ein Verschwinden des Meereises hat durch die vermindete Reflexion des Sonnenlichts einen sehr großen Klimaeffekt.
19: Physikalische Parameter | Änderungen von Temperatur- und Salzgehalt bestimmen die Schichtung und die Stabilität in der Wassersäule. Dadurch können vertikale Umlagerungen verstärkt oder aber auch unterbunden werden.
20: Ozeanwirbel | Ozeanwirbel können durch Windänderungen, Dichte- oder Temperaturunterschiede entstehen. Sie können dabei nicht nur an der Meeresoberfläche, sondern sich auch großen Meerestiefen auftreten.
Ein komplexes Gefüge – das Klimasystem der Erde
Alle Bestandteile des Klimasystems sind auf vielfältige Weise miteinander verknüpft und beeinflussen sich gegenseitig. Inzwischen hat man viele Prozesse verstanden, das Zusammenspiel der verschiedenen Faktoren ist aber derart komplex, dass noch immer viele Fragen offen sind. Computersimulationen auf Basis dieser einzelnen Komponenten tragen dazu bei, unser Klimasystem besser zu verstehen.
Animation "Das Klimasystem der Erde " (mp4)
Mehr Infos zum Thema im World Ocean Review 1:
Ein komplexes Gefüge – das Klimasystem der Erde
