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Wetter, Klima und Klimawandel

"Das Wetter spielt verrückt und schuld daran ist der Klimawandel." Ein Thema, das derzeit die Gemüter erhitzt. Doch was ist eigentlich der Unterschied zwischen Wetter und Klima? Und welche Faktoren haben überhaupt Einfluss auf das Klimasystem?

Funktionsweise des Systems Klima

Wetter und Klima

Der Unterschied zwischen Wetter und Klima lässt sich vereinfacht ausdrücken als der Unterschied zwischen kurzfristigen Geschehnissen in der Atmosphäre an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit (Wetter) und den Geschehnissen, die sich über einen längeren Zeitraum (mindestens 30 Jahre) vollziehen und die sich auf (über-)regionale, statistische Ausprägung bestimmter Variablen beziehen (Klima). Einfacher ausgedrückt: Wetterforschung befasst sich also mit der Entstehung, Verlagerung und der Vorhersage einzelner Wetterelemente, z.B. von einem Hochdruckgebiet oder einem Sturm. Die Klimaforschung hingegen beschäftigt sich mit der Entwicklung solcher Klimaelemente in den nächsten Jahrzehnten sowie mit den grundlegenden Zusammenhängen zwischen den Prozessen, die sich in den Teilsystemen der Erde abspielen. Um Klimavorhersagen treffen zu können, greift man auf die Aufzeichnungen der Wettereignisse zurück. Einzelne Wetterereignisse sind jedoch kein Anzeichen eines Klimawandels, sondern müssen immer im Kontext langer Beobachtungszeiträume gesehen und in Verbindung mit weiteren Ereignissen gebracht werden. Ein Beispiel: der Rekordsommer 2003 mit extremen Hitzetemperaturen. Betrachtet man diesen ungewöhnlich heißen Sommer ganz allein, kann er nicht als ein Indiz für Veränderungen des Klimas gewertet werden. Sieht man ihn jedoch im Zusammenhang mit den Messungen der letzten Jahrzehnte, die eine Zunahme der Temperaturen in den Sommermonaten ergaben, lassen sich Rückschlüsse auf langfristige Temperaturveränderungen schließen.

Was ist das Klimasystem?

Das Klimasystem der Erde ist sehr komplex und wird von vielen Variablen beeinflusst, z.B. von der Sonneneinstrahlung, dem Niederschlag oder den Wolken. Das Klimasystem besteht aus unterschiedlichen Teilsystemen, darunter beispielsweise die Atmosphäre (Luft) und die Hydrosphäre (Wasser). Diese Sphären stehen über Stoffkreisläufe in einem direkten Austausch miteinander und werden durch Wechselwirkungen beeinflusst, z.B. Land-Luft- oder Luft-Ozean-Wechselwirkungen. Zwischen den Stoffkreisläufen kommt es zu einem Austausch von Stoffen und Energie, der wiederum auf das Klimasystem einwirkt. Dazu gehören beispielsweise der globale Wasser- und Wärmetransport durch Wind, durch die Meeresströmungen und in Form von Verdunstung zwischen Ozean und Atmosphäre. Diese Wechselwirkungen der einzelnen Klimakomponenten beeinflussen sich gegenseitig; jedoch sind sie unterschiedlich stark. Für die Entstehung des Klimas sind die dynamischen Stoffverlagerungen und Prozesse innerhalb und zwischen folgenden Sphären verantwortlich: die Atmosphäre, Hydrosphäre, Kryosphäre, Biosphäre und die Pedosphäre, die zusammen die Geosphäre bilden. Diese Teilsysteme des Klimas stehen im direkten Austausch miteinander und beeinflussen sich gegenseitig.

Die Atmosphäre (Luft)

Die Atmosphäre ist die "Gashülle der Erde", die unseren gesamten Planeten umgibt. Sie setzt sich aus Luft (Gasgemisch aus 78 Prozent Stickstoff, 21 Prozent Sauerstoff und 1 Prozent Spurengas) und aus Wolken und Aerosole (z.B. Staub- und Rußpartikel) zusammen. Für das lebensfreundliche Klima auf der Erde sind die Spurengase (Wasserdampf, Kohlendioxid (CO₂) und Ozon) besonders wichtig. Sie beeinflussen maßgeblich den Strahlungshaushalt der Erde. Durch die Einflussnahme des Menschen, besonders seit der Industrialisierung, wird die Zusammensetzung der Atmosphäre verändert und die Konzentration der für das Klima relevanten Treibhausgase, wie z.B. CO₂, steigt.

Die Hydrosphäre (Wasser)

Die Hydrosphäre ist die "Wasserhülle der Erde". Dazu gehören alle Gewässer (die Seen und Flüsse sowie der Ozean), das Boden- und Grundwasser, Gletschereis sowie der Wasserdampf in der Atmosphäre. Für die Ausprägung des Klimas sind die Ozeane der wichtigste Bestandteil. Sie bedecken allein 70 Prozent der Erde. Die einfallende Sonneneinstrahlung führt zu einer Aufwärmung des Wassers. Aufgrund der Wärmespeicherkapazität, die um ein Vielfaches höher ist als die von Landmassen und um etwa 1000 Mal höher als die der Luft, wird die Wärme erst nach und nach abgegeben. Wegen dieser hohen Wärmespeicherkapazität herrscht an Küsten maritimes Klima, d.h. die Temperaturen sind sowohl im Sommer als auch im Winter gemäßigt, mit zum Teil wesentlich geringeren Temperaturschwankungen als beim kontinentalen Klima. Entscheidend für den Einfluss auf das Klima sind auch die Meeresströmungen, die warme und kalte Wassermassen über den gesamten Globus verteilen. Ein gutes Beispiel ist dafür der Golfstrom.

Die Kryosphäre

Die Kryosphäre umfasst alle Formen von Schnee und Eis (Meer-, Schelf und Inlandeis) sowie die Gebirgsgletscher. Aufgrund ihrer Ausdehnung und Wärmekapazität ist die Sphäre nach dem Ozean das zweitrelevanteste Element für das Klimasystem, denn hier herrscht eine hohe Reflexion der Sonnenstrahlen von Schnee- und Eisflächen, diese Reflexion nennt man Albedo. Weltweit betrachtet, reflektieren Regionen mit Schnee- und Eisfeldern am meisten Sonnenstrahlen; Neuschnee kann bis zu 95 Prozent der Sonnenstrahlen reflektieren, Altschnee zwischen 40-70 Prozent. Wald- oder Meeresgebiete mit ihren dunklen Flächen haben im Gegensatz dazu die geringsten Albedowerte. Während einer Eiszeit ist die Schneebedeckung der Erde größer, und damit liegen auch die Albedowerte höher; es ist kühler auf der Erde. Je mehr Schnee und Eis schmilzt desto geringer ist die Reflexion der Sonnenstrahlen und die Temperaturen auf der Erde steigen. Dies fördert wiederum das Schmelzen von Schnee und Eis.

Die Biosphäre (Gesamtheit der Lebewesen)

Zur Biosphäre werden alle lebenden Organismen (Pflanzen, Mikroorganismen, Tiere und Menschen) gezählt. Auch bei dieser Sphäre spielt die Albedo eine wichtige Rolle und kann, je nachdem wie Regionen mit Vegetation bedeckt sind, mit Werten zwischen sieben und 20 Prozent Einfluss auf das Klima haben. Darüber hinaus wirkt sich die Vegetationsbedeckung auf lokale Windverhältnisse aus und trägt über die Verdunstung zum Wasseraustausch mit der Atmosphäre bei.

Eine weitere wichtige Auswirkung auf das Klimasystem: Die Biosphäre bindet Kohlenstoff durch den Aufbau von Biomasse. Jedes Lebewesen, das atmet und Pflanzen, die langsam zu Kompost zersetzt werden, wandeln Kohlenstoff in das Treibhausgas Kohlendioxid (CO₂) um. Die Biosphäre setzt also Kohlendioxid frei.

Die Pedosphäre (Boden)

Die Pedosphäre umfasst den obersten Bereich der festen Erde, die Erdkruste, und den obersten Erdmantel (Boden). Der Boden beeinflusst das Klima indirekt indem er Nährstoffe speichert und die Grundlage für Pflanzen bildet. Aufgrund der Formung der Erdoberfläche, z.B. Gebirge, werden die atmosphärische Zirkulation und die Meeresströmung beeinflusst und der Austausch von Wasserdampf unterstützt. Auch bei der Pedosphäre spielt die Albedo eine Rolle. Helle Böden, wie z.B. Sandböden, strahlen viel Sonne in den Weltraum ab und haben, je nach Beschaffenheit, eine Albedo zwischen 15 bis 40 Prozent.

Globale Stoffkreisläufe

Über Stoffkreisläufe sind die einzelnen Sphären in die Geosphäre eingebunden, wie man alle Sphären zusammenfassend nennt. Zu den zentralen Stoffkreisläufen gehören der Wasserkreislauf, der Kohlestoffkreislauf und der Stickstoffkreislauf. Exemplarisch wird der globale Wasserkreislauf vorgestellt, um die Wechselwirkungen und Zusammenhänge der einzelnen Klimaelemente zu erläutern.

Der globale Wasserkreislauf

Die entscheidenden Komponenten des Wasserkreislaufs der Erde sind (1.) die Verdunstung der Ozeane, (2.) der Niederschlag auf die Ozeane, (3.) der Wasserdampftransport vom Meer auf die Kontinente (4.) die Verdunstung von Wasser aus der Tier- und Pflanzenwelt auf den Kontinenten, (5.) der Niederschlag auf den Kontinenten, (6.) der Abfluss der Flüsse und (7.) der Grundwasserabfluss. Wasser ist auf der Erde in ständiger Bewegung und in den verschiedenen Aggregatzuständen (fest, flüssig und gasförmig) im Austausch. Angetrieben wird der Wasserkreislauf durch die Sonnenenergie. Stetig sorgt sie dafür, dass durch die Wärme das Wasser verdunstet und in Niederschlägen an anderer Stelle in Flüssen und Grundwasser wieder abfließt. Gleichzeitig führt die Sonnenenergie u.a. zur Entstehung der Winde und ermöglicht dadurch ein Kreislaufsystem. Relevant für das Klima ist in diesem Zusammenhang insbesondere der Wasseraustausch zwischen Ozean und Atmosphäre. Der Grund: Der daraus resultierende Wasserdampf ist ein Treibhausgas und die Wolkenbildung trägt zur Kühlung der Erdoberfläche bei. Darüber hinaus entsteht ein Großteil der Niederschläge aus verdunstetem Ozeanwasser

Der natürliche Klimawandel

Das Klima befindet sich in einem ständigen Wandel. Warm- und Kaltzeiten haben sich im Laufe der Erdgeschichte abgelöst und neue klimatische Bedingungen auf der Erde geschaffen. Relevante Faktoren, die sich auf das Klima auswirkten, waren einst Tektonik (Verschiebung der Erdkrusten) und Vulkanismus und der sich verändernde CO₂-Gehalt im Austausch mit der Vegetation und Gesteinsverwitterung. Damit ein Leben auf der Erde überhaupt möglich ist, bedarf es u.a. optimaler klimatischer Lebensbedingungen. Auf der Erde ermöglicht dies ein natürlicher Treibhauseffekt. Die Wirkung des Treibhauseffektes ist mit der Funktionsweise eines Gewächshauses zu vergleichen. Kurzwellige Sonneneinstrahlungen dringen durch die Erdatmosphäre ein und erwärmen die Erde. Ein Teil dieser Strahlungen wird wieder zurück in den Weltraum reflektiert. Der andere kleine Teil der Sonnenstrahlen wird von Wasserdampf und in einem geringeren Ausmaß auch von dem Treibhausgas CO₂ absorbiert. Die Wärmestrahlung wird dabei an die Erdoberfläche abgegeben, wodurch sich die Oberfläche erwärmt. Gäbe es diese Absorption der Sonnenstrahlen nicht, würde viel mehr Wärmeabstrahlung ins Weltall reflektiert werden und die Temperaturen auf der Erde wären erheblich geringer. Die Oberflächentemperatur würde im globalen Mittel bei etwa Minus 18 °C liegen, durch den natürlichen Treibhauseffekt beträgt sie derzeit jedoch plus 15 °C.

Fazit

Um die Klimaveränderungen nachzuvollziehen, muss man die Zusammenhänge des komplexen Klimasystems betrachten. Jede Einwirkung auf das Klimasystem und auf die einzelnen Teilsysteme bedeutet ein Eingriff, dessen Konsequenzen in der gesamten Komplexität nicht absehbar sind. Wenn etwa der Anteil der Treibhausgase in der Atmosphäre steigt, steigt auch die Temperatur auf der Erde an und weitere Prozesse werden parallel in Gang gesetzt, beispielsweise die Eis- und Schneeschmelze, der Anstieg des Meeresspiegels, die Verschiebung der Klimazonen, die Zunahme von Klimakatastrophen und der Verlust der Artenvielfalt.

Literatur

Latif, Mojib (2007): Bringen wir das Klima aus dem Takt? Hintergründe und Prognosen, Fischer Taschbuch Verlag, Frankfurt am Main.

Allianz Umweltstiftung (2007): Informationen zum Thema "Klima": Grundlagen, Geschichte und Projektionen. Download unter: »www.allianz-umweltstiftung.de«