Warum wir überhaupt leben können

Warum wir überhaupt leben können
Betrachtungen zur Fragilität unseres Seins
Prof. Dr.-Ing. Peter Rißler
Vortrag im Inner Wheel Club Essen-Nord
am 19. Oktober 2016
1. Zum Thema
Wer sich beruflich mit natürlichen Vorgängen befasst – sei es in der Medizin, der Biologie, der
Geologie/Geophysik oder in der Astronomie – fangt irgendwann an zu staunen, dass unser Leben
nur deshalb möglich ist, weil manches so und nicht anders gefügt ist, als es nun einmal ist.
Reinhold Schneider hat dies vor Jahrzehnten prägnant formuliert:
„Wenn wir nachdenken über unser Leben,
sollte uns eigentlich die Tatsache,
dass wir überhaupt am Leben sind,
am meisten überraschen.“
Einige Beispiele aus den Bereichen der Geowissenschaften und der Astronomie mögen dies
verdeutlichen.
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2. Die Erdkruste
Unsere Erde ist um 4,3 Mrd. Jahre alt. Ihr Ursprung war eine zähflüssige, glühende, geballte
Masse, größtenteils Metalle (zumeist Eisen und Zink), daneben auch silikatische Verbindungen
und Gase, in deren Zentrum Kernfusionen abliefen und noch ablaufen. Auch heute noch herrschen
im Erdkern Temperaturen um 6.000 Grad Celsius (Bild 1).
Bild 1 Das Innere der Erde
Die Masse ist teilweise teigig bis flüssig und wird durch interne Vorgänge ständig umgewälzt
(Bild 2).
Bild 2 Strömungen und Umwälzungen im Erdmantel
Nach und nach wurden dabei die leichteren Bestandteile, im Wesentlichen die silikatischen
Materialien und die Gase, an die Oberfläche gespült. Die Wissenschaft weist dem Erdkern ein
spezifisches Gewicht von 5,6 t/m3 zu (also 5,6mal so schwer wie Wasser). Die silikatischen
Mineralien, aus denen sich nach der Abkühlung die meisten unserer Gesteine gebildet haben,
wiegen nur etwa halb so viel (2,6 t/m3).
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Bild 3 macht die Trennung von Materialien unterschiedlichen spezifischen Gewichts in einer
Schmelze am Beispiel aus einem Gießereibetrieb deutlich. Dort hat sich im Schmelztiegel die
leichtere Schlacke nach oben abgesetzt und schwimmt auf dem geschmolzenen Eisen.
Bild 3 Erkaltende Schlacke auf einer flüssigen Metallschmelze
Genauso ist dies auf der Erde vor Milliarden von Jahren abgelaufen. Was in Bild 3 die Schlacke
ist, hat sich damals als Erdkruste herausgebildet. Am Anfang waren es nur einige, getrennt
schwimmende Schlacke-Inseln an der Oberfläche. Sie schwammen, analog zur Situation in Bild 3,
auf einer glühenden teigigen Masse. Im Laufe der Zeit wurde immer mehr „Schlacke“ an die
Oberfläche getrieben. Die Inseln überdeckten nach und nach die gesamte Oberfläche des
„Feuerballs“.
Nachdem sie im Laufe von Mrd. Jahren abgekühlt waren, wurde daraus die Erdkruste. Sie ist
derzeit im ozeanischen Bereich 5 bis 10 km dick und im Bereich der Kontinente 30 bis 60 km
(Bild 4), in Island jedoch teilweise nur 3 km.
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Bild 4 Unterschiedliche Mächtigkeit der Erdkruste unter Land und Meer
Wer nach den USA fliegt, sollte sich über dem Atlantik bewusstmachen, dass die Erdkruste dort
weniger dick ist als die Flughöhe der Maschine.
Alfred Wegener, ein Geograph, hat 1912 postuliert, diese Kruste sei kein zusammenhängendes
Gebilde, welches wie eine Haut den Erdkern umschließt, sondern sie bestände aus einzelnen
Schollen oder Platten, die sich unabhängig voneinander bewegen, oftmals miteinander kollidieren
und sich auch übereinander und untereinander verschieben. Es hat Jahrzehnte gedauert, bis die
etablierte Geologengemeinde die Ansichten eine Fachfremden anerkannt hat.
Heutzutage weiß man einigermaßen über die Platten und über ihre Grenzen Bescheid, auch über
ihre Historie. Vor 300 Mio. Jahren waren alle Landmassen der Erde in einem einzigen Kontinent
vereinigt, im Superkontinent Pangäa (Bild 5). In ihm waren alle Kontinente, wie wir sie kennen,
enthalten. Diese Verbindung hielt weit über 100 Mio. Jahre vor, bis sie sich vor 150 Mio. Jahren
in einen südlichen Komplex („Gondwana“) und in einen nördlichen („Laurasien“) (Bild 6)
zerlegte. Weitere „Wanderungen“ und Aufspaltungen führten schließlich zu der Aufteilung der
Kontinente, in der wir nun leben (Bild 4).
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Bild 5 Pangäa vor 300 Mio. a
Bild 6 Gondwana und Laurasien, vor 150 Mio. a
Zurück zur Gegenwart: Dort, wo Platten aneinanderstoßen oder untereinander wegtauchen
(„Subduktion“), sind die vielfältigen Erdbebenzonen der Erde konzentriert, ebenso wie auch die
meisten Vulkane (Bild 7).
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Bild 7 Plattengrenzen und Erdbebenschwerpunkte
Aber auch viele der großen Gebirge sind durch Stauchungen an kollidierenden Plattenrändern
entstanden, so der Himalaya durch die Bewegung der Indischen Platte nach Norden (Bild 8), die
Alpen durch Kollision der Afrikanischen mit der Eurasischen Platte, die Anden bei der Bewegung
der Nasca Platte nach Osten und deren Subduktion unter die Südamerikanische Platte (Bild 9).
Bild 8 Plattengrenzen
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Bild 9 Auffaltung der Anden
Auch innerhalb der einzelnen Platten gibt es Bereiche, an denen das heiße Erdinnere der
Oberfläche sehr nahekommt. Im Jargon sind dies die „HotSpots“. Typische Beispiele: Geysire im
Yellostone Park oder die Touristenattraktion Timanfaya auf Lanzarote, wo man auf dem Erdboden
Eier braten kann.
Hot Spots sollen auch ursächlich sein für die Inselgruppe um Hawaii und für die Kanarischen
Inseln.
Bild 10 Geysir im Yellowstone Park
Bild 11 Feurige Spalte in Timanfaya (Lanzarote)
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Heute ist auch bekannt, dass unter allen großen Ozeanen Plattengrenzen verlaufen, entlang derer
ein Riss bis ins Erdinnere reicht. Durch diesen dringt ständig teigiges Magma nach oben (Bild 12)
und härtet unter Wasser aus.
Bild 12 Magmaaustritt an den Plattengrenzen in den großen Ozeanen
Der Riss im Mittelatlantik verläuft von Südwest nach Nordost durch Island und ist wohl auch die
Ursache für die Existenz der Insel (Bild 13).
Die Umwälzungen im Erdmantel (Bild 2) treiben die benachbarten Platten auseinander („Seafloor
spreading“) und die austretenden Magmen (Bild 12) erzeugen neuen Meeresboden.
Durch den Austritt des Magmas ist unter Wasser ein mächtiger Gebirgszug entstanden – der
längste der Erde und bis zu mehreren tausend Meter hoch. Sein Verlauf kann Bild 13 entnommen
werden. Er verläuft entlang der schwarzen Linie in Bild 13, beginnend im Polarmeer nördlich von
Island bis zur Südspitze Südafrikas, in den Indischen Ozean, von dort südlich der Südspitze
Australiens in den Pazifik und von da bis Alaska.
Heute ist bekannt, dass der Meeresboden in unmittelbarer Nähe der Risse sehr jung ist (10 Mio. a),
und am gegenüberliegenden Rand sehr alt (z.B. vor Neufundland oder vor Japan 150 Mio. a, Bild
13). Dies entspricht einer „Wanderungsgeschwindigkeit“ von ca. 3 cm/a. Im Grunde dokumentiert
sich hier das Ergebnis des Auseinanderdriftens der Kontinente, welches vor 150 Mio. Jahren nach
dem Ende von Godwana und Laurasien (Bild 6) begonnen hat.
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Bild 13 Alter des Meeresbodens als Ergebnis des Seafloor spreading
Uns als Menschen ist das komplizierte Zusammenspiel gewaltiger physikalischer
Vorgänge in der Regel nicht bewusst. Was wir merken: Die extreme Häufung von
Erdbeben in speziellen Bereichen (entlang von Plattengrenzen), z.B. in Japan,
Nepal, Chile, Kalifornien, in der Regel begleitet von der Existenz aktiver oder
schlummernder Vulkane.
Darauf haben wir uns eingerichtet. Was aber wäre, wenn die „Schlackeschicht“
sich nicht zu so großräumigen Schollen zusammengefügt hätte? Was wäre, wenn sie
so kleinteilig zerbrochen wäre, wie das in Bild 14 angedeutet ist?
Ein weiteres: Was wäre, wenn die Schlackenschicht der Erdkruste nicht zwischen 5
und 30 km mächtig wäre, sondern nur halb so dick – und/oder – wenn sie
wesentlich weniger gegen die Hitze im Erdinnern isolieren würde? Würden wir uns
dann nicht sehr die Füße verbrennen (Bild 15)?
Bild 14 Was wäre, wenn die Kruste kleinteiliger zerbrochen wäre?
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Bild 15 Temperaturverlauf im Erdinnern
3. Die Treibhausgase
Als Treibhausgase bezeichnet die Wissenschaft volkstümlich eine Ansammlung bestimmter
Gase in der hohen Atmosphäre, welche der von der Erde zurückgestrahlten Sonnenenergie
zumindest teilweise den Austritt in den Weltraum verwehrt und diese zur Erdoberfläche
zurück reflektiert.
Treibhausgase sind im Wesentlichen Wasserdampf mit mehr als 70% der Gesamtwirkung,
dann Kohlendioxid (CO2) mit ca. 20% und weitere Gase.
Die wirkenden Mechanismen sind in Bild 16 dargestellt1. Die am Äquator auftreffende
Sonnenenergie beträgt 1.378 W/m2. Dies ist die sogenannte Solarkonstante. Weiter im Norden
und im Süden nimmt die spezifische Sonnenergie aufgrund der Erdkrümmung ab. An den
Polen ist sie Null. Wird nun die gesamte spezifische Energie entlang eines Längengrads von
Pol zu Pol aufsummiert und daraus das Mittel gebildet, so sind dies 342 W/m2. Diese Zahl ist
in Bild 16 angegeben.
1
Diese Grafik ist im Kern dem Bericht von 2007 des International Panel on Climate Change (IPCC) entnommen.
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Bild 16 Schema der Energiesituation in der Atmosphäre
Diese Energie trifft nicht voll auf dem Erdboden auf, weil durch verschiedene Umstände
bereits in der Atmosphäre Verluste entstehen. Den Erdboden erreichen nur 168 W/m2 (Bild
16.), wobei dort wiederum Verluste entstehen, z.B. durch Verdunstung. Die Erde wiederum
strahlt die aufgenommene Energie in den Weltraum zurück. In der hohen Atmosphäre trifft
diese auf die erwähnten Treibhausgase, welche sie – zumindest zum Teil – wieder zur Erde
zurück reflektieren. Es bildet sich ein Energiekreislauf Erde – hohe Atmosphäre – Erde mit
einem hohen Treibhauseffekt, angedeutet durch die beiden breiten roten Säulen im rechten
Teil von Bild 16.
Gäbe es die Treibhausgase nicht, so wäre die Temperatur an der Erdoberfläche 33° niedriger.
Sie betrüge im Mittel nicht 15 ºC sondern -18 ºC. Um dies einordnen zu können: Die mittlere
Temperatur in der Eiszeit war nur ca. 6º niedriger als derzeit.
Ohne die Treibhausgase kein Leben auf der Erde.
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4. Der Abstand Sonne-Erde
Die Solarkonstante wurde bereits erwähnt. Eine vergleichbare Zahl existiert für alle Planeten.
Sie hängt nur von der Entfernung Planet – Sonne ab. Eine Verdoppelung der Entfernung
verringert die Solarkonstante auf ein Viertel. Der Zusammenhang ist quadratisch, weil sich die
Sonnenenergie auf eine größere Fläche verteilt.
Dies erlaubt ohne Probleme auszurechnen, wie sich die Temperatur auf der Erde ändern
würde, wenn die Erde näher oder weiter entfernt von der Sonne wäre. Bild 17 stellt das
Ergebnis vor, wobei unterstellt ist, dass die Treibhausgassituation (Abschnitt 3) nicht von der
Entfernung Sonne-Erde abhängt.
Danach ist festzustellen, dass die mittlere Temperatur auf 10 ºC fallen
würde, wenn die Erde nur 10 Mio. km (7%) weiter von der Sonne entfernt
wäre, und auf 20 ºC steigen würde, wenn sie 10 Mio. km näher dran wäre.
Im ersten Fall hätten wir eine dauerhafte Eiszeit zu gewärtigen, im zweiten
Fall müssten wir in einer Wüste leben.
Bild 17 Einfluss der Entfernung Sonne-Erde auf die Oberflächentemperatur auf der Erde
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5. Unser Gewicht
Wir alle unterliegen der Gravitation. Wir nennen dies gemeinhin „Gewicht“. Newton, der
große englische Physiker, hat 1687 das sog. Gravitationsgesetz
𝐾= 𝛾∗
𝑀∗𝑚
𝑟2
formuliert. K ist die Kraft, mit der sich zwei Körper mit den Massen M und m anziehen, wenn
sich ihre Schwerpunkte im Abstand r voneinander befinden. γ bezeichnet eine Konstante, die
hier nicht näher betrachtet werden soll.
Bei der real existierenden Masse der Erde M und dem Gewicht eines Durchschnittsbürgers
von m=75 kg zieht uns die Erde mit den besagten 75 kg an.
Die nahezu kugelförmige Erde hat einen Durchmesser von ca. 12.000 km. Was aber wäre,
wenn ihr Durchmesser nicht 12.000 km, sondern 20.000 oder gar 40.000 km betragen würde.
Unser Durchschnittsbürger würde dann 127 kg bzw. 250 kg wiegen (Bild 18).
Bild 18 Einfluss der Größe der Erde auf das Gewicht des Menschen (gleiches spezifisches
Gewicht der Erde vorausgesetzt)
Nun könnte der Einwand vorgebracht werden, dass wir dann eben durch die Evolution mit
einem Korpus und mit Beinen wie ein Nilpferd oder ein Nashorn ausgestattet sein würden.
Das ist allerdings ein Trugschluss. Denn, hätten wir die Muskelmasse und die Knochen wie
ein Nilpferd, so hätten wir auch dessen Gewicht, real auf Erden z.B. eine Tonne, bei einer
Erde mit 20.000 km Durchmesser 1,7 Tonnen. Es würde uns auch dann sehr schwer fallen, uns
auf den Beinen zu halten.
Wir dürfen uns also glücklich schätzen, auf einer Erde von 12.000 km
Durchmesser zu leben. Wir könnten kaum existieren, wenn sie wesentlich
größer wäre.
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6. Beschuss aus dem Weltraum
In der Frühzeit bestand unser Sonnensystem aus einer amorphen Masse von Einzelkörpern,
aus der durch die Gravitation und die Fliehkräfte (bei Rotation) nach und nach ein
diskusförmiges Gebilde wurde mit einem zentralen Körper, der Sonne („protoplanetarische
Scheibe“, Bild 19, links oben). Alle kleinen Körper rotierten, mehr oder weniger in der
gleichen Ebene, um die Sonne. Dabei sammelten die größeren unter ihnen durch ihre eigene
Gravitation aus dem gesamten Umfeld kleinere Körper ein und wurden immer größer, was
wiederum ihr Wachstum beschleunigte.
Ein ziemlich analoges Bild kann aus einem Foto der Saturnringe abgelesen werden, wo im
kleineren Maßstab auch heutzutage noch der gleiche Vorgang abläuft (Bild 19). Auch dort
sind größere Körper (schwarze Pfeile) zu erkennen, welche in zunehmendem Maße kleinere
Gebilde aus ihrem Umfeld eingefangen haben und noch einfangen. Dies ist daran zu erkennen,
dass entlang ihrer Bahnen der Raum merklich ausgedünnt ist.
Bild 19 Protoplanetarische Scheibe und Foto der Saturnringe (FAZ)
Auf das Sonnensystem bezogen: Am Ende wurden aus der Unmenge der kleinen Körper die
acht Planeten (Bild 20).
Etwas Absonderliches ist allerdings zu erwähnen: Während ansonsten der Raum zwischen den
Planeten ziemlich „leergefegt“ ist, existieren zwischen den Bahnen von Jupiter und Mars auch
heute noch unzählige kleine Körper, die sog. Asteroiden (Bild 21). Die NASA hat bisher eine
halbe Mio. dieser Körper katalogisiert. Man schätzt ihre Gesamtzahl auf 2 Mio.
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Man vermutet, dass der gewaltige Jupiter, welcher in periodischen Abständen vorbeikommt,
mit seiner gewaltigen Gravitation die Bildung eines zusätzlichen Planeten verhindert.
Die meisten Asteroiden umrunden die Sonne, ebenso wie die Planeten, in einer nahezu
kreisförmigen Bahn. Sie kommen daher anderen Himmelskörpern nicht zu nahe. Aber es gibt
auch „Vagabunden“, welche sich nicht an das System halten (Bild 22).
Bild 20 Die acht Planeten neben der Sonne (Größenverhältnisse annähernd korrekt)
Bild 21 Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter
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Bild 22 Dichte des Asteroidengürtels und „Vagabunden“
In der Frühzeit des Sonnensystems war das anders. In dieser Phase scheinen die Vagabunden
überwogen zu haben. Auf jeden Fall lassen die Spuren auf dem Mond und auf den
benachbarten Planeten dies vermuten. So finden sich 30.000 Einschlagkrater auf der Seite des
Monds, welche der Erde zugewandt ist, auf der Rückseite vermutlich ebenso viele. Auch auf
Merkur, Venus und Mars wurden sehr viele Einschlagkrater entdeckt (Bild 23).
Auf der Erde gibt es jetzt nur noch ca. 300 Einschlagspuren, weil alle Übrigen vom Klima –
und Wettergeschehen (Eiszeiten, Verwitterung, chemische Lösungsvorgänge etc.) ausgelöscht
worden sind. Diese lassen jedoch noch heute erkennen, was die Einschläge seinerzeit bewirkt
haben.
Zwei markante Beispiele (Bild 24):


In Arizona, bei Flagstaff, findet man den Berringer Krater, 1200 m Durchmesser und
180 m tief. Er ist vor 50.000 Jahren von einem Asteroiden von 50 m Durchmesser
(300.000 t Gewicht) erzeugt worden.
Das Nördlinger Ries, ein flacher Talkessel von 20 km Durchmesser im Schwäbischen
Jura, ca. 20 km nördlich der Donau, ist Zeugnis eines Asteroideneinschlags vor 14,7
Mio. Jahren (d= 1,5 km, v = 15 bis 50 km/s, Energie: 100.000 Hiroshimabomben), s.
auch Bild 25.
16
Bild 23 Asteroideneinschläge auf Ida, Mond, Venus, Mars und Merkur
Bild 24 Berringer Krater bei Flagstaff/Arizona und Nördlinger Ries
17
Bild 25 Nördlinger Ries
Wir können uns heute glücklich schätzen, dass der Beschuss durch Asteroiden inzwischen
weitgehend nachgelassen hat – die gute Nachricht!
Es gibt jedoch auch eine nicht so euphorische, die an dieser Stelle nicht verschwiegen werden
soll.
Am 19. Juni 2004 entdeckte die NASA einen ziemlich großen Asteroiden, der als Vagabund
eine Bahn in Richtung Erde steuert. Man nannte ihn Apophis, nach dem Gott der Unterwelt im
alten Ägypten (Bild 26).
Bild 26 Asteroid Apophis, aufgenommen am 02.04.2007
18
Erste Berechnungen erbrachten, dass er am 13. April 2026 auf der Erde einschlagen würde.
Die NASA veröffentlichte sogar die „Landerichtung“. Er würde über Ostsibirien die
Atmosphäre erreichen und kurze Zeit später in Mittelamerika „landen“.
Bild 27 Erste Prognose der Einschlagspur von Apophis durch die NASA am 19. Juni 2004
Diese Nachricht wurde öffentlich und erzeugte fieberhafte Hektik. Dies war verständlich,
wenn man sich daran orientiert, was der jeweilige Asteroid am Berringer Krater und im
Nördlinger Ries angerichtet hat. Im nächsten halben Jahr wurde Apophis ständig beobachtet
und sein zukünftiger Bahnverlauf prognostiziert.
Wenige Tage vor Weihnachten veröffentlichte die NASA das bisherige Endergebnis:
Apophis würde die Erde nicht treffen, sondern in 30.000 km Entfernung (1/10 der Entfernung
Erde-Mond) an der Erde vorbeifliegen, mit einer Unsicherheit von ≈ 10.000 km (Bild 28).
Das soll am 13. April 2026 passieren, also in knapp 10 Jahren.
Bild 28 Finale Prognose der NASA, Dezember 2004
19
Demnach kann das Statement aufrechterhalten werden, dass wir heute, im
Gegensatz zu früheren Zeiten der Erdgeschichte, weitgehend von Beschuss
aus dem Weltraum verschont bleiben.
Dennoch würde es sich lohnen, den 13. April 2026 im Auge zu behalten.
SAVE THE DATE
7. Die Ekliptik
Als Ekliptik wird die Eigenschaft eines rotierenden Planeten bezeichnet, dass seine Drehachse
nicht exakt senkrecht zur Ebene seiner Flugbahn um die Sonne steht, sondern geneigt ist (Bild
29).
Bild 29 Die Ekliptik der Erde
Alle Planeten des Sonnensystems weisen eine Ekliptik auf (Bild 30) mit teilweise sehr
unterschiedlichen Neigungen der Achsen.
20
Bild 30 Die Neigungen der Bahnachsen (Ekliptik) der Planeten
Die Ekliptik der Erde beträgt gegenwärtig 23,5º. Sie bewirkt, dass der nördliche Teil der
Kugel im sog. Nordsommer stärker beschienen wird. Im Südsommer ist dies umgekehrt. Am
21. Juni, am Höhepunkt des astronomischen Nordsommers, steht die Sonne über dem
nördlichen Wendkreis senkrecht, am 21. Dezember, am Höhepunkt des astronomischen
Südsommers über dem südlichen Wendekreis. Beide Wendekreise liegen 23,5º vom Äquator
entfernt (Bild 31).
Weitere wesentliche Linien bilden die beiden Polarkreise. Im Nordsommers erreicht die Sonne
aufgrund ihrer Stellung zur Erdachse alles das nicht mehr, was südlich des südlichen
Polarkreises liegt – und zwar desto länger, je weiter südlich der betreffende Punkt liegt. Das
Gleiche gilt umgekehrt für die Bereiche nördlich des nördlichen Polarkreises. Beide
Polarkreise hab eine Winkeldistanz von 23,5º zum jeweiligen Pol.
Bild 31 Lage der Polar- und Wendekreise zu den Polen und zum Äquator
21
In Bild 31 ist zusätzlich die Lage von Essen markiert (52º nördlicher Breite).
Die Ekliptik bewirkt, dass wir Jahreszeiten haben. Darauf ist unser Leben in hohem Maße
ausgerichtet. Darauf sind auch Flora und Fauna eingestimmt.
Für uns in Essen wirkt sich die Schiefstellung der Erdachse wie folgt aus: Am 21. Juni steht
die Sonne senkrecht über dem nördlichen Wendekreis (23,5º nördlicher Breite). Dort ist die
Energieausbeute 100%. In Essen wird die Sonnenenergie zu 87% ausgebeutet. Am 21.
Dezember allerdings beträgt die Ausbeute nur 25% (Bild 32).
Bild 32 Ausbeute der Sonnenenergie in Essen am 21. Juni und am 21. Dezember
Nun sei die Frage erlaubt, was sich in unserem Leben ändern würde, wenn die Ekliptik nicht
23,5º betragen würde, sondern beispielsweise 0º, 45º oder 90º.
Ekliptik = 0º (Bild 33)
Bild 33 Achsneigung (Ekliptik) = Null
22




Keine Jahreszeiten.
Das Wettergeschehen wäre komplett anders. In den Bereichen nahe des Äquators
würde es extrem heißer.
In den kühleren Bereichen (Europa, Russland, Kanada, Südamerika und Australien)
gäbe es keine Sommer – daher vermutlich zumindest teilweise Vereisung
In Essen (ca. 52º nördl. Breite) z.B. herrschten jahrein – jahraus höchstens
Temperaturen wie bei uns am 21. März (Bild 34), wahrscheinlich jedoch niedriger,
weil die Wirkung des Atlantischen Ozeans als Wärmespeicher fehlen würde.
Bild 34 Optimistische Annahme der mutmaßlichen
Temperatur in Essen bei Ekliptik = 0 Grad
Ekliptik = 45º (Bild 35)
Bild 35 Situation bei Ekliptik = 45 Grad
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




Die Wendekreise und die Polarkreise würden bei 45º nördlicher und südlicher Breite
zusammenfallen. In der nördlichen Hemisphäre entspricht dies der geografischen
Breite von Mailand.
Im Nordwinter würde die Polarnacht bis nach Mailand reichen. Essen wäre
monatelang im Dunkeln. Dementsprechend würden weite Bereiche in Europa,
Russland und Kanada auf Dauer vereisen. Analoges wäre auf der Südhalbkugel zu
erwarten (Südamerika und Australien).
Im Zentrum des Nordsommers würde die Sonne über Mailand senkrecht stehen.
Südeuropa würde klimatisch so werden wie die Magrebstaaten gegenwärtig (hohe
Temperaturen, kaum Niederschlag).
Essen läge nördlich des Polarkreises. Daher würde die Sonne im Nordsommer dort
nicht untergehen.
In Europa wechselten die Temperaturen innerhalb jeden Jahres zwischen „Polar“ und
„Wüste“.
Ekliptik = 90º (Bild 36)
Bild 36 Situation bei Ekliptik = 90 Grad


Im Nordsommer würde die Sonne auf der Nordhalbkugel nicht untergehen. Dafür
wäre es im Südsommer dort komplett finster. Analoges gilt für die Südhalbkugel.
In weiten Teilen der äquatorfernen Breiten (z.B. in Essen) wäre ein Leben unmöglich,
weil dort im Sommer tagein-tagaus die Sonne mit hoher Intensität scheinen würde, es
im Winter jedoch finster wäre mit arktischen Temperaturen.
Die Folgerung: Jede Ekliptik, also jede Neigung der Erdachse, wenn sie
mehr als nur wenige Grade von „unseren“ 23,5º abwiche, würde ein
menschliches Leben auf der Erde unmöglich machen.
24
8. Das Magnetfeld der Erde
Sonnenflecken sind sichtbarer Ausdruck von gewaltigen Eruptionen auf der
Sonnenoberfläche, bei denen unermesslich große Mengen von elektromagnetischer
Strahlung aller Wellenbereiche (Gamma-, Röntgen-, UV-Strahlen und Radiowellen) in
den Weltraum geschleudert werden. Die Eruptionen können im Bereich des sichtbaren
Lichts von der Erde aus mit entsprechenden Einrichtungen wahrgenommen werden.
Sie schleudern Materie bis zu 500.000 km weit in den Raum hinaus. Bild 37 zeigt
rechts im Bild eine Eruption und zum Größenvergleich davor montiert die Größe der
Planeten.
Bild 37 Gas- und Strahleneruption auf der Sonne (davor zum Größenvergleich die Planeten)
Die elektrisch geladene Strahlenwolke („Sonnenwind“) rast durch den Weltraum bis zu den
äußeren Planeten.
Auf der Erde ist der Sonnenwind normalerweise kein Problem. Der Laie nimmt ihn zumeist
nur in der Form von Polarlichtern wahr (Bild 38). Bei einer der letzten großen Eruptionen, am
1. August 2010, wurden Nordlichter sogar in Norddeutschland beobachtet.
25
Bild 38 Polarlichter
In Extremsituationen allerdings hat der Sonnenwind schon erhebliche Schäden verursacht:

Oktober 2003:
Malmö: Stromnetz fällt aus
Luftverkehr über Nordkanada muss für den
Passagierluftverkehr gesperrt werden
Kontakt zu Satelliten setzt zeitweise aus

März 1989:
in Quebec fällt das gesamte Stromnetz aus

August 1921:
Telegraphenlinien fallen in ganz Europa wegen
Überspannungen aus

Spätsommer 1859:
Starkströme in Telegraphenleitungen, Brände in
Telegraphenämtern
Der Sonnenwind mit der die Erde überfallenden harten Strahlung wäre tödlich für die
Menschheit, gäbe es nicht einen natürlichen Schutz. Diesen stellt der Himmelskörper Erde
durch sein Magnetfeld bereit.
26
Bild 39 Magnetfeld der Erde
Bild 40 Van-Allen-Gürtel
Woher kommt das Magnetfeld und was bewirkt es?
Die Erde besteht aus dem zentralen festen inneren Eisenkern mit Radius von ca. 1220 km (rot
in Bild 39), dem diesen umgebenden flüssigen äußeren Kern (ca. 2270 km dick) aus Eisen und
Nickel (orange in Bild 39) und dem äußeren Mantel. Der äußere Kern ist elektrisch aufgeladen
27
und rotiert mit der Erddrehung, jedoch mit anderer Drehgeschwindigkeit als der innere Kern.
In Verbindung mit dem inneren Kern erzeugt dies ein Magnetfeld mit einem Pol im Norden
und einem im Süden.
Dieser Erdmagnet hält die harte Strahlung aus den Sonnenwinden fern und ermöglicht unser
Leben. Wesentlich dazu trägt der Van-Allen-Gürtel bei (Bild 40). Er besteht aus
energiegeladenen Teilchen, welche vom Sonnenwind und anderer kosmischen Strahlung
stammen und durch das Magnetfeld eingefangen worden sind. Der Van-Allen-Gürtel filtert
diese Teilchen zu 99,98 % aus dem Sonnenwind heraus, weshalb auf der Erdoberfläche kaum
mehr etwas ankommt.
Fazit: Besäße die Erde kein Magnetfeld oder nur ein wesentlich
schwächeres, so würde der Sonnenwind bis zur Oberfläche durchdringen
und alle Lebewesen durch harte Strahlung töten bzw. es hätte überhaupt
kein Leben entstehen können.
9. Wir haben Wasser und Luft
Alle Planeten besitzen eine Atmosphäre aus Gasen, Merkur und Mars allerdings nur in Spuren.
Ihre Zusammensetzung ist sehr unterschiedlich (Bild 41).
Bild 41 Gase in den Atmosphären der Planeten
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Die Atmosphäre der Venus besteht zu 96% aus CO2, die der Erde zu 21% aus Sauerstoff und
zu 78% aus Stickstoff. Die Atmosphären der Gasplaneten Jupiter; Saturn, Uranus und Neptun
besteht zwischen 80 und 90% aus Wasserstoff, zu 10 bis 20% aus Helium.
Die Erde ist der einzige Planet, der Sauerstoff in nennenswertem Umfang aufweist. Jedoch
nicht nur das: Er hat genau das richtige Mischungsverhältnis zwischen Stickstoff und
Sauerstoff, welches dem Leben des Menschen zuträglich ist. Denn reiner Sauerstoff bzw.
Sauerstoff in hoher Konzentration ist für den Menschen (zumindest langzeitlich) giftig. Sinkt
andererseits der Sauerstoffanteil ab, so tritt ab 17% Müdigkeit ein, ab 13% Atemnot, ab 10%
Bewusstlosigkeit und unter 8% der Tod.
Wir benötigen zum Leben nicht nur Sauerstoff, sondern auch Wasser. Wasser setzt jedoch
Sauerstoff als Baustein voraus. Wohl gibt es auch auf anderen Planeten verschiedentlich
Wasser, was auch dort auf geringe Mengen Sauerstoff hindeutet, jedoch liegt das Wasser nur
als Dampf oder als Eis vor. Beides wäre für den Menschen nicht nutzbar.
Fazit: Es ist einem überaus glücklichen Umstand zu verdanken, dass der
Planet Erde nicht nur eine sauerstoffhaltige Atmosphäre bereitstellt,
sondern dass in ihr Sauerstoff genau im richtigen Mischungsverhältnis
vorgehalten wird. Anders könnten wir nicht leben. Überdies besitzt die
Erde als einziger Planet Wasser in flüssiger Form.
29
10. Wir sind weitestgehend vor der UV-Strahlung geschützt
Die UV-Strahlung ist elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen unterhalb derjenigen
des sichtbaren Lichts (Bild 42). Sie ist in der Lage, chemische Bindungen organischer
Moleküle zu zerstören und daher schädlich für Menschen. Die UV-Strahlung aus dem
Weltraum wird größtenteils in der Ozonschicht absorbiert.
Bild 42 Ultraviolettstrahlung, sichtbares Licht und Infrarotstrahlung nach Wellenlängen
Die Ozonschicht liegt in 15 bis 50 km oberhalb der Erdoberfläche. Dort wird unter dem
Einfluss von UV-Strahlung aus dem Weltraum Sauerstoff (O2) in Ozon (O3) umgewandelt.
Ozon absorbiert UV-Strahlung und wird dabei wieder in O2 zerlegt. Dabei entsteht ein
dauernder Ozon-Sauerstoff-Zyklus, bei dem UV-Strahlung absorbiert wird (Bild 43).
Bild 43 Schema des ständigen Wechsels von Sauerstoff zu Ozon und zurück unter
gleichzeitiger Elimination von UV-Strahlung
Anmerkung: Die Ozonschicht wird durch einige Gase aus menschlicher
Produktion (z.B. FCKW = Fluorchlorkohlenwasserstoff) geschädigt, indem O3
wieder in O2 umgewandelt wird. Passiert dies in Zeiten, in denen wegen
fehlendem Sonnenlicht kein neues Ozon gebildet werden kann, so wird das
dynamische Gleichgewicht gestört. Hier sind insbesondere die Polargebiete
wegen der langen sonnenlosen Zeit in der Polarnacht gefährdet.
Fazit: Würde die UV-Strahlung ungefiltert ständig die Erdoberfläche
erreichen, so hätte sich kein menschliches Leben entwickeln können.
Krebs, DNA-Schäden und anderes mehr hätte die Entwicklung
verhindert.
30
11. Zusammenfassung
Werden die vorbeschriebenen Zusammenhänge aus der Sicht des heutigen Menschen beurteilt,
so ist festzustellen:
Unser Leben wird durch selten günstige Umstände ermöglicht, weil…









die Erdkruste stabil ist und die Hitze aus dem Erdinnern abdämmt,
die Treibhausgase uns vor dem Erfrieren retten,
durch die zufällige Entfernung Sonne/Erde verträgliche Temperaturen herrschen,
die Größe der Erdkugel und ihr spezifisches Gewicht Bedingungen schaffen, die
es uns ermöglichen, auf den Beinen zu stehen,
der Beschuss aus dem Weltraum nachgelassen hat (auch wenn eine Gefährdung
noch nicht völlig ausgeschlossen ist),
nur eine Ekliptik, wie vorhanden, das Leben ermöglicht,
der Sonnenwind durch das Erdmagnetfeld abgewehrt wird,
die Erde über Luft und Wasser verfügt,
der Ozongürtel weitestgehend die UV-Strahlung abfängt
Wir sind alle gewaltigen Kräften ausgeliefert.
Wir sind Staub und werden von Kräften, die
wir nicht steuern können, hin- und
hergeworfen.
Albert Einstein
Dennoch leben wir!
Extremer Zufall
oder
Schöpfung?
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Curriculum Vitae
Prof. Dr.-Ing. Peter Rißler
Geb.: 20.07.1941 - Verheiratet, 2 Kinder
Abitur in Augsburg 1961, Grundwehrdienst, (Oberleutnant der Reserve)
Studium Bauingenieurwesen TH München,
Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Univ. Karlsruhe
Akademischer Rat an der RWTH Aachen, Promotion mit Auszeichnung
Leiter der Entwicklungsabteilung beim Ruhrtalsperrenverein,
Generalberichterstatter beim Kongreß der
„International Society for Rock Mechanics (ISRM) in Melbourne
Lehrauftrag an der Ruhruniversität Bochum über „Talsperren“
Generalberichterstatter beim Kongreß der ISRM in Montreal
Leiter der Hauptabteilung Talsperrenwesen beim Ruhrtalsperrenverein und beim
Ruhrverband
Honorarprofessor an der Ruhruniversität Bochum
Generalberichterstatter beim Kongreß der International Comission on Large Dams
(ICOLD) in Florenz
Chairman des ICOLD Comitees on Operation, Maintenance and Rehabilitation of
Dams.
2001 – 2005 Präsident des Deutschen Talsperren Komitees
2001-2009 Consulting für Auslandsprojekte in Nepal und in Pakistan
Nach Erreichen der Altersgrenze beim Ruhrverband ausgeschieden,
ca. 80 einschlägige Veröffentlichungen
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