Physische Geographie Probeklausur 1) Erklären Sie die Formel der Globalstrahlung G = I + D G = Globalstrahlung I = direkte Strahlung, Solarstrahlung; ungehinderte Passage der Strahlen unter dem Einfluss weniger Aerosole D = diffuse Strahlung ; Strahlung gestreut oder gebrochen durch Wolken oder Nebel 2) Wie entsteht die terrestrische IR- Strahlung terrestrisch heißt, die Strahlung wurde von der Erdoberfläche reflektiert Die Adsorption der UV- Strahlung und anschließende Umwandlung in Wärmeenergie an der Erdoberfläche führt zu einer Emission von IR- Strahlung. Kurzwellige Strahlung der Sonne trifft auf die Atmosphäre und Erdoberfläche. Langwellige Strahlung wird von der Erdoberfläche abgestrahlt und in der Atmosphäre fast vollständig absorbiert. Im thermischen Gleichgewicht wird die absorbierte Energie der Atmosphäre je zur Hälfte in Richtung Erde und Weltall abgestrahlt. 3) Ordnen Sie folgende Spektralbereiche von kurzwellig bis langwellig ein: rot, UV, blau, Wärmestrahlung, Röntgenstrahlung, Funkwellen 4) Wie reagiert eine weiße Oberfläche im Vergleich zu einer schwarzen Oberfläche auf UV und IRStrahlung? nach dem Wien'schen Verschiebungsgesetz: kurzwellige Strahlung, z.B. UV- Strahlung wird von der Erdoberfläche adsorbiert und dann langwellig als IR- Strahlung nach der UV- IR- Konvektion als Schwarzkörperstrahlung wieder abgegeben. Schwarze Oberflächen können darum mehr UV- Strahlung aufnehmen und in Wärmeenergie umwandeln, sie erwärmen sich darum viel schneller und besser als weiße Oberflächen. 5) Welche Gase der Atmosphäre halten Wärmestrahlung besonders gut zurück? Die Klimagase wie Methan, Wasserdampf, CO2 und FCKW können Wärmeenergie am besten zurückhalten, weil sie den größten Teil davon in Bewegungsenergie umwandeln und so speichern können. Aufgrund ihres Aufbaus können sie sich gut bewegen. Durch eine Symmetrie bildet die Klappachse der Moleküle eine Rotationsachse, sodass die Moleküle sich drehen können. Durch möglichst wenige Valenzen sind sie außerdem nicht besonders fest/ starr, können also gut vibrieren. Dazu kommt noch die Translationsbewegung, wenn die Moleküle sich im Raum bewegen. 6) Was versteht man unter normal-, unter- und überadiabatischer (= bei Zustandsänderung von Molekülen findet kein Temperaturaustausch mit umliegenden Flächen statt) Schichtung der Luft? Nennen Sie entsprechende Gradienten (gibt an, wie stark sich ein ortabhängiger Faktor mit dem Ortswechsel verändert) mit Zahlen! 7) Welches sind die Parameter der allgemeinen Gasgleichung? Welche davon sind mit Geräten messbar? p=*RL*T p = Druck --> messbar mit einem Barometer = Dichte R L = Gaskonstante T = Temperatur --> messbar mit einem Thermometer 8) In welcher Klimazone kommt vorwiegend warmfeuchte Konvektion vor? In welcher Klimazone trocken- heiße? - warm- feuchte Konvektion: humide Tropen und Subtropen --> äquatoriale Tiefdruckrinne - heiß trocken: aride Tropen und Subtropen --> 30° 9) Warum fließt die Luft (Wind) von einem Hoch- zu einem Tiefdruckgebiet? Gradientwind, also die Kraft die sich aus den Druckunterschieden ergibt. 10) Charakterisieren Sie das sibirische winterliche Kältehoch im Vergleich mit einem subtropisch bis randtropischen Hochdruckgebiet! - sibirisches Kältehoch bildet sich aufgrund geringer Luftfeuchtigkeit, weil die Luft über der schneebedeckten Kontinentalfläche auskühlt. Dadurch wird eine Kaltluftkörper unterhalb wärmerer Luftmassen gebildet, der eine höhere Dichte als warme Luft hat --> Hochdruck - Antrieb durch adiabatische (=als isoliert zu betrachtender vertikaler Lufttransport, bei dem keine Wärme mit anderen Bereichen ausgetauscht wird. ) Wärmezufuhr bzw. - entzug erklärt die Entwicklung bodennaher Hitzetiefs, bzw. Kältehochs in Gebieten, in denen es von der Erdoberfläche her zu besonders intensiver & langanhaltender Erwärmung oder Abkühlung kommt. 11) Die Löslichkeit von Gasen in Wasser nimmt mit steigender Wassertemperatur zu nimmt mit steigender Wassertemperatur ab richtig: nimmt ab, weil Gase lösen sich proportional zum Partialdruck des Gases in Wasser ohne eine feste Begrenzung der lösbaren Menge (Henry-Gesetz). Die hierbei als „Löslichkeit“ bezeichnete Gleichgewichtskonzentration je Druckeinheit nimmt mit zunehmender Temperatur ab. Mit sinkender Temperatur nimmt die Dichte des Wassers zu bzw. das spezifische Volumen ab. 12) Der Anteil schwerer Isotope des Sauerstoffs und Wasserstoffe in einem See a) Steigt bei starker Verdunstung sinkt bei starker Verdunstung richtig: steigt, weil Phasenübergänge zu höherenergetischen Zuständen Schmelzen oder Verdunsten leichte Isotope löst und die schweren übrig bleiben b) steigt bei starker Kondensation sinkt bei starker Kondensation richtig: sinkt, weil Kondensieren oder Gefrieren, also eine Zustandsänderung zu niederenergetischen Phasen 13) Nennen Sie 2 natürliche Isotope des Wasserstoffs Isotope sind Atome gleicher Ordnungszahl aber mit unterschiedlicher Massenzahl 1 H (=Protium) 2 H (= Deuterium) 3 H (=Tritium) 14) Nennen Sie 2 natürliche Isotope des Sauerstoffs 16 O 17 O 18 O 15) Wie viel Energie wird frei, wenn ein Gramm Wasser - kondensiert 2450J /g - gefriert 340 J/g - schmilzt dafür ist doch eigentlich Wärmeenergie nötig, also ein Verbrauch von 340J/g ?! 16) Worin besteht der Nutzen des Schwitzens für den Menschen im Sommer? Wenn der Schweiß, also das Wasser auf der Haut verdunstet, wird das zuvor flüssige Wasser in einen höherenergetischen Zustand gehoben. Dafür wird Energie benötigt, die in Form von Wärmeenergie dem Körper, also der Haut unter dem Schweiß entzogen wird. 17) Was versteht man unter Dichteanomalie von Wasser? Mit sinkender Temperatur nimmt die Dichte des Wassers zu bzw. das spezifische Volumen ab. Als Dichteanomalie wird der Effekt bezeichnet, dass die Dichte einiger Stoffe nicht – wie bei den meisten – mit abnehmender Temperatur über alle Aggregatzustände hinweg zunimmt, sondern sich unterhalb einer bestimmten Temperatur wieder verringert, der Stoff sich also wieder ausdehnt. 18) Nennen Sie 4 Beispiele für hydrologische Speicher! Seen, Gletscher, Speicherseen, Boden 19) Warum ist der Sättigungsdampfdruck über Eis niedriger als über Wasser? Der Sättigungsdampfdruck ist der Druck der dampfförmigen Phase eines Stoffes, wenn die flüssigförmigen und dampfförmigen Phasen sich im Gleichgewicht befinden. Der Sättigungsdampfdruck eines Reinstoffes ist lediglich von seiner Temperatur abhängig. Weil über einer Eisschicht weniger Wasser in flüssiger Form vorliegt, weil viel Energie nötig wäre, um Wassermoleküle aus dem Eis zu lösen. 20) Welche Vorgänge führen zum Tropfenwachstum? - Lösungseffekt = Je höher die Salzkonzentration, desto mehr wird die Kondensation durch Herabsetzen des Sättigungsdampfdruckes gefördert. - Krümmungseffekt = Bindekräfte schrumpfen durch höhere Krümmung --> Verlagerung von Molekülen --> Tropfen durch Zusammenwachsen einzelner Moleküle - Dampfdruckunterschiede = Eiskristalle wachsen, wenn Wasserpartikel mit höherem Dampfdruck daneben sind - Koaleszenz = Zusammenstoßen von Tropfen und Zusammenwachsen - Koagulation = Wachstum durch Zusammenstoß größerer und schwererer Eiskristalle (mit hoher Fallgeschwindigkeit) mit kleineren Tröpfchen 21) In welchen Wolken kommt es zur Bildung von Hagel? Warum? Hagelkörner entstehen in den niedrigeren Schichten von Gewitterwolken/Kumulonimbus bzw. innerhalb einer Gewitterzelle durch unterkühltes Wasser, das an Kristallisationskernen zu Eis gefriert. Diese Kerne müssen dabei in vergleichsweise geringer Zahl vorkommen, so dass die je Kern zur Verfügung stehende Wassermenge ausreichend groß ist, um ein schnelles Wachstum zu ermöglichen. Da es sich also um sehr wasserreiche Wolken handelt, haben die über Phasenumwandlungen umgesetzten latenten Wärmemengen eine starke Labilität der Temperaturschichtung innerhalb der Wolke zur Folge. Die hierdurch erzeugten starken Aufwinde von durchaus 20 bis 30 m/s sind ein weiterer wichtiger Faktor für die Hagelbildung, denn die Gefrierungsprozesse haben eine stetige Massenzunahme der Partikel zur Folge. Ohne einen Aufwind würden die Partikel durch die Schwerkraft absinken, sich aus der Wolke entfernen und dadurch nicht weiter anwachsen können. 22) Geben Sie je ein Beispiel für a) fallenden Niederschlag Schnee, Graupel, Hagel, Regen b) abgesetzten Niederschlag Tau, Reifbeschlag c) abgefangenen Niederschlag Nebel, Raureif 23) Nennen Sie Faktoren, die die räumliche Niederschlagsverteilung beeinflussen können! Ventilation, Klimaregion, Lage zu niederschlagbringenden Winden, Reliefsituation, Bebauung/ Urbanisierung 24) Nennen Sie eine Baumart a) mit besonders hohem Stammabfluss b) mit besonders hoher Interzeptionskapazität Hainbuche, Buche Tannenarten 25) Vervollständigen Sie die Sätze: - Unter Evaporation versteht man... ...die Verdunstung von Wasser über unbewachsenen/freien Flächen auf der Erdoberfläche. - Unter Transpiration versteht man ... ...die Verdunstung von Wasser aus den Spaltöffnungen von organischem Material, vor allem jedoch aus Pflanzen. Evapotranspiration ist demnach die Summe des Wassers, das von der Landfläche der Erdoberfläche durch Verdunstung zurück in die Atmosphäre gelangt. 26) Nennen Sie Einflussfaktoren auf die Höhe der Verdunstung! abhängig von Energie- und Wasserangebot Feuchteangebot am Boden, Strahlungsintensität, Abschattung, Albedo der Oberfläche, Strom fühlbarer Wärme, Ventilation, Sättigungsdefizit der Luft (= relative Feuchte) 27) Was kennzeichnet semiaride Gebiete? Nennen Sie ein regionales Beispiel! 4-6 aride Monate, arider Jahresindex Beispiel: Mopti in Mali, Valparaiso in Chile 28) In welchen Gebieten auf der Erde ist die potenzielle Verdunstung am größten? In Gebieten, in denen die Wasser- und Nährstoffversorgung ideal ist und der gesamte Boden mit Pflanzen bedeckt ist. Also der Regenwald, weil dort wie die Vegetation zeigt, ausreichend Wasser und Nährstoffe vorhanden sind und durch den Zenitstand der Sonne die maximale Energie für die Verdunstung bereitsteht. 29) Warum wachsen in einer Schneedecke große Körner zu Lasten von kleinen Körnern? Durch die Koaleszenz Krümmungseffekt = Bindekräfte schrumpfen durch höhere Krümmung --> Verlagerung von Molekülen --> Tropfen durch Zusammenwachsen einzelner Moleküle - mechanische Verdichtung durch Windpressung und Überlagerungsdruck - Korndeformation bei hohem Überlagerungsdruck 30) Wo bilden sie Gletschereis aus Schneeniederschlägen schneller, in den Alpen oder in der Antarktis? In den Alpen, weil je wärmer es ist, desto schneller verdichtet sich der Schnee, aber es bleibt eine kleine Eisfläche. 31) In welcher Schicht erfolgt bei einem See der Mittelbreiten die Erwärmung bzw. Abkühlung? Durch die Dichteanomalie des Wassers, wonach im Wasser nicht mit abnehmender Temperatur automatisch die Dichte zunimmt, sondern ab +4°C wieder abnimmt, gefriert Wasser an der Oberfläche, wo es sich am leichtesten ausdehnen kann, weil es keinen Druck von oben gibt. Warmes Wasser hat außerdem eine sehr geringe Dichte, ist also leichter als kühleres und bleibt in einer Schichtung nahe der Oberfläche. 32) Wann kommt es in Seen Mitteleuropas zur Vollzirkulation? Welche Bedingungen müssen erfüllt sein? Im See muss Homothermie bei +4°C herrschen, also die Temperatur einheitlich in allen Höhen sein, es darf also keine Schichtung geben. Zwei Mal pro Jahr, im Frühling und Herbst. 33)Was versteht man unter der phreatischen Schicht, durch welche Schicht wird sie abgegrenzt? Bereich unter dem Grundwasserspiegel (Gegensatz vadose Zone). In der phreatischen Zone sind die Porenräume ständig mit Wasser gefüllt (juveniles Wasser). An Land fließt normalerweise Frischwasser im oberen Bereich der phreatischen Zone, kann aber in größeren Tiefen auch von salinaren oder hochmineralisierten Wässern verdrängt sein. In Küstenregionen ergeben sich Übergangszonen zwischen meteorisch-phreatischem zu marin-phreatischem Grundwasser. Über der Grundwasserschicht liegt der geschlossene Kapillarraum. 34) Was versteht man unter dem Matrixpotenzial bezogen auf das Bodenwasser? Das Wasserpotential (=Saugkraft/-spannung) ist jene Kraft, die benötigt wird, um Wasser aus einem Raum in einen anderen Raum zu bringen. Das Bodenwasser wird durch die Gravitationskraft nach unten gezogen, ist darum also schwer nach oben zu ziehen, z.B. durch Verdunstung oder die Wurzeln von Pflanzen. Das Wasserpotential ψw ist die Summe aus Matrixpotential ψm und Osmotischem Potential ψo. 35) Ist der Wassergehalt bei Feldkapazität in Sand- oder Tonböden größer? Tonböden: 30% des Wassers bleiben auch nach langer Trockenzeit erhalten 36) Was versteht man unter Direktabfluss und Interflow? Direktabfluss = Oberflächenabfluss + Zwischenabfluss Interflow = Zwischenabfluss; seitlicher Abfluss im Boden zum Gerinne 37) Zeichnen Sie in ein Diagramm die Abflussganglinie nach einem Gewitterregen für 2 gleichgroße Einzugsgebiete, wobei ein Gebiet bewaldet ist und eines nicht! bewaldet: weniger Abfluss, weil die Vegetation das Wasser aufnehmen kann und die Wurzeln im Boden den Zwischenabfluss zurückhalten können. unbewaldet: höhere Abflussganglinie Diagramm: x- Achse = zeit y- Achse: q =Abfluss in l/ skm2