LUFT - Ernst-Reuter

LUFT
e-book
von S.Heim
Inhalte
Zusammensetzung
– Uratmosphäre I
– Uratmosphäre II
– heutige Atmosphäre
Die Atmosphäre
Luftschadstoffe:
- Emission/ Immission
- Treibhausgase
- Bodennahes Ozon
- Saurer Regen
Übungen
•
Luft als Wetter-/ Klimafaktor:
•
Wind & Wolken
– Wie entsteht Wind?
– Hoch-/ Tiefdruckgebiete
– Windgeschwindigkeit
•
Luftzirkulationen (lokal)
– Land-/ Seewind-System
– Berg-/ Talwindsystem
•
Luftzirkulationen (global)
•
Wolkenformationen
– Wolken(höhen) im Überblick
– Wolkenformationen
Exkurs: Wie wird das Wetter?!
Uratmosphäre I + II
• Uratmosphäre I
• Uratmosphäre II
•
Man ist sich darüber einig, dass zu
Beginn der Entwicklung, also nach der
Entstehung unserer Erde die erste
gasförmige Hülle ganz anders
zusammengesetzt war, als sie das heute
ist. Allerdings gibt es verschiedene
Theorien, welche Stoffe in dieser
Atmosphäre enthalten waren.
•
Eine Annahme postuliert als erste
Uratmosphäre I nur extrem leichte Gase,
wie Wasserstoff und Helium. Diese
verschwanden „bald“ im Weltraum.
• Aus der Zusammensetzung
sehr alter Sedimentgesteine
folgert man, dass die zweite
Gashülle insgesamt
reduzierend gewesen sein
müsste. Dazu dürften dann
weder freier Sauerstoff noch
Halogene existiert haben. Statt
dessen sind Gase wie die
folgenden (möglicherweise)
enthalten gewesen: HCN, CO,
N2, NH3, CO2, H2S, CH4
Mit einem Gemisch solcher Gase hat Miller in seinem
„Ursuppen“-Experiment die abiotische Entstehung erster
biologischer Moleküle nachgewiesen.
Zusammensetzung der Luft (1)
Zusammensetzung der Luft
Bestandteil
Molekulargewicht (g/mol)
Prozentualer Anteil an der Gesamtanzahl
der Moleküle
Stickstoff
28.016
0.7808 (75.51% Massenanteil)
Sauerstoff
32.000
0.2095 (23.14% Massenanteil)
Argon
39.94
0.0093 (1.28% Massenanteil)
Wasserdampf
18.02
0 - 0.04 (75.51% Massenanteil)
Kohlendioxid
44.01
325 ppm (parts per million)
Neon
20.18
18 ppm (parts per million)
Helium
4.00
5 ppm (parts per million)
Krypton
83.7
1 ppm (parts per million)
Wasserstoff
2.02
0.5 ppm (parts per million)
Ozon
48.00
0-12 ppm (parts per million)
Diese Zusammensetzung gilt für die so genannte Homosphäre, also den Luftraum von etwa
0-100 Kilometern Höhe. Hier sorgen Luftzirkulation und Luftbewegungen für eine kräftige
Durchmischung und Homogenisierung. Diffusion spielt erst ab ca. 100km eine wichtige Rolle.
1
Zusammensetzung der Luft (2)
78,07
80
70
60
Sauerstoff
Stickstoff
Argon
Kohlenstoffdioxid
50
40
30
20,96
20
10
0
0,93
0,04
Vorkommen: Die Atmosphäre
1
Emission - Immission
Luft kennt keine Grenzen – daher werden Stoffe, die an einer Stelle erzeugt
und ausgestoßen/ emittiert werden oft über weite Strecken transportiert, bevor
Sie in ein anderes System eingetragen/ immittiert und dort abgelagert/ deponiert
werden.
Schadstoffe der Luft (1)
Treibhausgase
7
Schadstoffe der Luft (2)
Bodennahes Ozon – „Sommer“-Smog
7
Schadstoffe der Luft (3)
„Saurer Regen“
• Die als saurer Regen bekannte
Nass-Deposition von
Reaktionsprodukten, die aus
der Umsetzung von
Luftschadstoffen mit Wasser
stammen:
• Stickoxide -> Salpetersäure,
salpetrige Säure
• Schwefelverbindungen ->
Schwefelsäure, schweflige
Säure
• Salzsäure
8
Der Saure Regen gilt als die Hauptursache
des Baumsterbens.
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3
2
Wie entsteht Wind?
4
• Salopp gesagt: Hoch neben Tief = Wind !
• Denn Luftbewegung (Wind) ist das Ergebnis eines
Druckausgleichs zwischen einem Hoch- und einem
Tiefdruckgebiet. Dabei rotiert auf der Nordhalbkugel die
Luft im Hoch immer im Uhrzeigersinn, im Tief umgekehrt.
• Je höher die relativen Druckunterschiede sind, desto
stärker ist der Wind (vom Hoch zum Tief).
Hoch- & Tiefdruckgebiete
4
• Um vor Ort herauszufinden, wo sich räumlich gesehen das Hoch
und Tief befindet, gibt es dieses einfache Experiment:
• 1. Gesicht in die Windrichtung drehen
• 2. Beide Arme seitlich ausstrecken, dann gilt für die Nordhalbkugel:
• 3. In Verlängerung des rechten Arms ist das Tief, links das Hoch
(Für die Südhalbkugel: rechts = Hoch, links = Tief)
Wind spezial: Föhn
• Föhn ist ein warmer
Fallwind, der unter
bestimmten
Bedingungen im Lee
(Windschatten)
größerer Gebirge
auftreten kann. Er ist
mit Wolkenauflösung
verbunden.
Föhnwinde können
(in Abhängigkeit von
Luftfeuchte und
Anströmungsgeschwindigkeit in Luv)
Orkanstärke
erreichen!
1 Föhnmauer in Lee eines norwegischen Küstengebirges
1
Windstärke nach Beaufort
4
Wolkenformationen
Hohe Wolken
Mittlere Wolken
Tiefe Wolken
4
Die Wolken werden nach ihrer Basis sortiert, deswegen ist die Gewitterwolke Cumulonimbus
eine tiefe Wolke!
Wolkenformationen (1)
• Cumulus-Wolken (Cu)
• Auch Schäfchen-,
Schönwetterwolken,
Haufenwolken
genannt
1
Diese typische Haufen- oder Quellwolke
weist i.d.R. eine abgeflachte, häufig durch
den Eigenschatten dunklere Unterseite/
Basis auf. Ihre Oberseite dagegen
erinnert an einen „Blumenkohl“.
Wolkenformationen (2)
• Stratus (St)
1
• Diese typische Schicht in
diffusem „Einheitsgrau“ ohne
erkennbare Wolkenränder
bezeichnet der Fachmann
auch als Hochnebel.
• Stratocumulus (Sc)
1
• Schiebt der Wind die dünne
Stratuswolkenschicht
zusammen, entsteht eine
Mischform von Haufen- und
Schichtwolke, die
Stratocumulus genannt wird.
Wolkenformationen (3)
• Nimbostratus (Ns)
•
1
Dies ist eine typische Regenwolke, die für ruhigen und lang
andauernden „Landregen“ steht.
• Cumulonimbus (Cb)
•
1
Diese Wolke hat bis zu 10km Höhe!!!
Hier handelt es sich um typische
Gewitterwolken. Diese Wolken
erreichen eine immense vertikale
Ausdehnung und reichen bis zur
Tropopause. An dieser nicht überwindbaren Grenzfläche bekommt
der Cumulonimbus seine typische
Amboss-Form.
Wolkenformationen
• Cirrus (Ci)
• Auch Streifen-,
Schleier- oder
Federwolken genannt
1
1
• Diese Wolken befinden sich in
sehr hohen Luftschichten und
bestehen ausschließlich aus
Eis(kristallen) und nicht aus
Wassertröpfchen. Durch Wind
können Eiskristalle in der
darunter liegenden Schicht
„verschoben“ werden, dann
entstehen solche „Haken“ wie
im oberen Bild.
Land-/ Seewind-Zirkulation
1
•
•
IN DER NACHT: Wind ist ablandig.
Der Landwind weht auf das Wasser hinaus, da die Luft über dem Meer
aufsteigt und aus Massenerhaltungsgründen vom Land nachströmt.
•
•
TAGSÜBER: Wind ist auflandig.
Ein kühler Seewind weht aufs Land, da die Luft über dem Land aufsteigt.
Die Landmasse erwärmt sich nämlich stärker als die Wasserfläche. Aus
Massenerhaltungsgründen muss Luft vom Meer nachströmen.
1
Berg- und Talwind-System
•
Abbildung: Berg- und Talwindzirkulation
(nach F. Defant)
•
a) Sonnenaufgang: Einsetzen der
Hangaufwinde, Anhalten des Bergwindes.
b) vormittags: Hangaufwinde, kein Bergoder Talwind
c) mittags: Hangaufwind, Talwind
d) später Nachmittag: kein Hangwind,
Talwind
e) abends: Einsetzendes Hangabwindes,
noch Talwind
f) Anfang der Nacht:
1
Hangabwindzirkulation
g) Mitte der Nacht: Hangabwind,
Bergwind
h) vor Sonnenaufgang: kein Hangwind,
•
•
•
•
•
•
1
•
Bergwind
Luftzirkulation (global)
Schwache
Ostwinde
Rossbreiten:
dauerhafte Hoch
Westwindzone
Passat aus NO
Äquatoriale
Tiefdruckrinne
Passat aus SO
Rossbreiten:
dauerhafte Hoch
Westwindzone
6
Polar-Hoch
Schwache
Ostwinde
Bild-Quellen
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Wetterkurs von www.top-wetter.de
Andreas Block – Klima und Wetter. Cornelsen Scriptor, Berlin 2002
Deutscher Wetterdienst (dwd) aus Spektrumheft August 2005
Was ist was: Das Wetter. Bd.7. Tessloff Verlag, Nürnberg 1989
Natura – Oberstufe. Klett, Stuttgart 2005
Hafner/ Philipp – Ökologie. Schroedel Themenheft, Hannover 1992
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Gefunden von www.google.de Rubrik Bilder
Image „Tornado“: magazin.voestalpine.com/…/artikel/480.html
Image „Wolken 4“: www.eurotaichi.de/erfolgsruecken/...
Image „Wolken 2“: www.ballonsportgruppe-stuttgart.de (Hintergrund)
Image „Luft-Welt“: 131.152.139.30:8080/weather/2/ir.jpg
Image „Sturm137“: imkhp2.physik.uni-karlsruhe.de/…/satsp137.htm
Eigene Fotos (S.Heim)
Text-Quellen
1
• Wetterkurs/ Wetterlexikon bei www.top-wetter.de
4
• Andreas Block - Klima und Wetter. Cornelson Scriptor, Berlin 2002
ENDE
Übungen (1)
• Versuchen Sie die
folgenden Zonen durch
die vorgegeben Pfeile zu
beschriften:
9
Lösung
– Rossbreiten auf der
Nordhalbkugel
– Südostpassatwindzone
– Nordostpassatwindzone
– Schwache Ostwindzone
auf der Nordhalbkugel
– Polare Hochzone (Südpol)
Info dazu ansehen?
Übungen (1): Lösung
• Versuchen Sie die
folgenden Zonen durch
die vorgegeben Pfeile zu
beschriften:
9
– Rossbreiten auf der
Nordhalbkugel
– Südostpassatwindzone
– Nordostpassatwindzone
– Schwache Ostwindzone
auf der Nordhalbkugel
– Polare Hochzone (Südpol)
Übungen (2)
• Tobt dieser Sturm auf
der Nord- oder
Südhalbkugel?
• Begründen Sie!
10
Lösung
Info dazu ansehen?
Übungen (2): Lösung
• Tobt dieser Sturm auf der
Nord- oder
Südhalbkugel?
• -> Nordhalbkugel!
10
• Begründen Sie!
• -> Das Tiefdruckgebiet
auf der Nordhalbkugel
dreht gegen den
Uhrzeigersinn!
Übungen (3)
• Welche Wolkenformationen glauben Sie zu
erkennen?
• Handelt es sich dabei um
tiefe, mittlere oder hohe
Wolken?
11
• Welche Wetteraussage
lassen diese Wolken zu?
11
Lösung
Info dazu ansehen?
Übungen (3): Lösungen
Mischform aus NimboStratus und CumuloNimbus
Tiefe Wolke
11
Gewitterneigung,
Regen wahrscheinlich
Altocumulus
Mittelhohe Wolke
11
z. Z. eher Hochdruckeinfluss,
schön
• Welche Wolkenformationen glauben Sie zu
erkennen?
• Handelt es sich dabei um
tiefe, mittlere oder hohe
Wolken?
• Welche Wetteraussage
lassen diese Wolken zu?
Übungen (4)
• Wenn wie an Wind und seine Folgen als abiotischer
Faktor denken, dann haben wir häufig sofort negative
Auswirkungen im Kopf, wie sie sich eben für höhere
Windstärken aus den Nachrichten präsentieren.
• Letztes aktuelles Beispiel (28.8.05):
Hurrican „Katrina“ verwüstet New Orleans.
• Was ist aber mit Positivem? Wie nutzt Wind Tier und
Pflanze? Brauchen einige Pflanzen/Tiere Wind? Wozu?
Stellen Sie dazu ein paar Überlegungen an!
Lösung
(Stichpunkte, kleine Liste …etc.)
Übungen (4): Lösungen
• Dazu brauchen Pflanzen
den Wind:
– Bestäubung (Windbestäubung), z.B. Kiefer
– Samenverbreitung, z.B.
Ahorn
– Transport von für die PS
nötigen Gasen, wie
Kohlenstoffdioxid
– Transpirationsvorgänge
– etc.
• Dazu brauchen Tiere den
Wind:
– Partnersuche bei
Verwendung von
Sexuallockstoffen
– Abkühlung durch
Transpirationsvorgänge
– etc.
Wie wird das Wetter?
Trotz moderner Satellitenbeobachtungen und vieler Bodenwetterstationen,
neuester Technik bei der Bearbeitung der Klimafaktoren und Wetterdaten
scheinen manche Wetterprognosen immer noch ein Lotteriespiel zu sein.
Prognostiziert „Omas Zipperlein“ das Wetter besser als jede Wetterprognose?
So einfach ist die Beantwortung gar nicht!
Zunächst muss man sich klar machen, dass es zwei grundsätzliche „Arten“ von
Wettervorhersagen gibt:
1. Überregionale Wetterprognosen und –tendenzen
2. Lokales Wetter und seine Vorhersage
Alle diese Wetterprognosen beruhen auf Langzeitbeobachtungen, d.h. auf einer
Datenbasis, die im Minimum 30 Jahre umfassen sollte. In vielen Fällen liegen
jedoch viel längerfristige Beobachtungsdaten vor.
Siehe dazu auch: „Klima und Wetter“
Wetterprognose: Überregional
Die überregionalen Wetterprognosen sind in den
letzten Jahren sehr viel genauer geworden,
da hier z.B. Satellitenmessdaten
sehr
viel mehr und frühzeitigere Daten liefern und
Computersimulationen, bzw. entsprechende
Bearbeitungsprogramme sehr viel bessere
und schnellere Prognosen ermöglichen.
Diese Prognosen haben inzwischen i.d.R. eine durchschnittliche „Trefferquote“ von um die 90%, was auch
in Zukunft kaum noch steigerungsfähig sein dürfte!
Wetterprognosen: Regional
Für regionale Wetterprognosen spielen jedoch auch typische
Mikroklima-Aspekte eine u. U. entscheidende Rolle:
z.B. kann ein Stadtgebiet mit seiner Bebauung im Umfeld übliche/ mögliche
Windgeschwindigkeiten deutlich verändern ( senken, kanalisieren …) oder
es beeinflusst über die erhöhte Wärmeabstrahlung, bzw. andere LuftZusammensetzung (Feinstaub …etc.) entscheidend das Mikroklima.
Daher kann hier in einer Großstadt sogar von Stadtteil zu Stadtteil,
von Straßenzug zu Straßenzug das Mikroklima und damit das Wetter
spürbar variieren!!!
Um all diese Faktoren, speziell des Mikroklimas, berücksichtigen zu können
bräuchte man in jeder Straße separate Mess-Stationen und entsprechende
Datenauswertung!
Prognosen für eine Kleinregion werden immer (!!!) grobe Näherungen sein!
Häufig liefern gute Wetterbeobachter der Region viel zuverlässigere Aussagen!
Eigene regionale Prognosen
Viele Trendsportarten und Outdoor-Aktivitäten (Segeln, Paragliding …etc.)
bedingen jedoch hinreichende Kenntnisse über das zu erwartende
Wetter, bzw. eine korrekte Einschätzung vor Ort.
Wer solche Informationen braucht sollte verschiedene Quellen parallel nutzen:
1. Unter den vielen Wetterdiensten ( auch online) rechtzeitig diejenigen
herausfinden, die mit ihren Prognosen für die spezielle Region die beste(n)
Trefferquote(n) besitzen.
2. Unbedingt „vertrauenswürdige einheimische“ Wetterbeobachter und
–kenner um eine Einschätzung bitten, ggf. in „ständigem“ Kontakt bleiben.
(z.B. Flug-/ Surfschule …)
3. Eigene Wetterbeobachtungen vor Ort, während der Aktivitäten.
In der Regel nutzt man dazu (ohne Geräte zur Erfassung von Klimadaten)
die Beobachtung des Himmels, also der Wolkenformationen und der
relativ leicht zu beobachtenden Auswirkungen von Wind(stärken).
Und im Zweifelsfall …?
• Sicherheitsdenken ist keine Schande!!!
• Wer möchte schließlich im Gewittersturm und
Hagel mitten in der Kletterwand hängen?
• Oder mit seinem Paraglider einen von vornherein
aussichtslosen Wettlauf gegen den CumulonimbusWolkenamboss verlieren und abstürzen???
Oder sich tiefgefroren innerhalb von Sekunden (!)
auf 2km, 5km Höhe wieder finden? Ich nicht …!
Satellitendaten Meteosat 8
Solche
Daten
ermöglichen
„Nowcasting“
und
beschreiben
das Wetter
der nächsten
1-3 Stunden.
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