LUFT

1. LUFT e-book von S.Heim

2. 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?! Inhalte

3. Uratmosphäre I 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. Uratmosphäre II 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 Uratmosphäre I + II Mit einem Gemisch solcher Gase hat Miller in seinem „Ursuppen“-Experiment die abiotische Entstehung erster biologischer Moleküle nachgewiesen.

4. Zusammensetzung der Luft (1) 1 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.

5. Zusammensetzung der Luft (2)

6. Vorkommen: Die Atmosphäre 1

7. 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.

8. Schadstoffe der Luft (1) Treibhausgase 7

9. Schadstoffe der Luft (2) Bodennahes Ozon – „Sommer“-Smog 7

10. 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 Der Saure Regen gilt als die Hauptursache des Baumsterbens. 8

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12. 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).

13. 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)

14. Wind spezial: Föhn • Föhn ist ein warmerFallwind, der unter bestimmten Bedingungen im Lee (Windschatten) größerer Gebirge auftreten kann. Er ist mit Wolkenauflösung verbunden. Föhnwinde können (in Abhängigkeit von Luftfeuchte und Anströmungsge-schwindigkeit in Luv) Orkanstärke erreichen! 1 Föhnmauer in Lee eines norwegischen Küstengebirges 1

15. Windstärke nach Beaufort 4

16. Wolkenformationen Hohe Wolken Mittlere Wolken Tiefe Wolken 4 Die Wolken werden nach ihrer Basis sortiert, deswegen ist die Gewitterwolke Cumulonimbus eine tiefe Wolke!

17. Wolkenformationen (1) • Cumulus-Wolken (Cu) • Auch Schäfchen-, Schönwetterwolken, Haufenwolken genannt 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“. 1

18. Wolkenformationen (2) • Stratus (St) • Diese typische Schicht in diffusem „Einheitsgrau“ ohne erkennbare Wolkenränder bezeichnet der Fachmann auch als Hochnebel. • Stratocumulus (Sc) • Schiebt der Wind die dünne Stratuswolkenschicht zusammen, entsteht eine Mischform von Haufen- und Schichtwolke, die Stratocumulus genannt wird. 1 1

19. Wolkenformationen (3) • Nimbostratus (Ns) • Dies ist eine typische Regen-wolke, die für ruhigen und lang andauernden „Landregen“ steht. • Cumulonimbus (Cb) • Hier handelt es sich um typische Gewitterwolken. Diese Wolken erreichen eine immense vertikale Ausdehnung und reichen bis zur Tropopause. An dieser nicht über-windbaren Grenzfläche bekommt der Cumulonimbus seine typische Amboss-Form. 1 1 Diese Wolke hat bis zu 10km Höhe!!!

20. Wolkenformationen • Cirrus (Ci) • Auch Streifen-, Schleier- oder Federwolken genannt • 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. 1 1

21. 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

22. Berg- und Talwind-System • Abbildung: Berg- und Talwindzirkulation (nach F. Defant) • a) Sonnenaufgang: Einsetzen der Hangaufwinde, Anhalten des Bergwindes. • b) vormittags: Hangaufwinde, kein Berg- oder Talwind • c) mittags: Hangaufwind, Talwind • d) später Nachmittag: kein Hangwind, Talwind • e) abends: Einsetzendes Hangabwindes, noch Talwind • f) Anfang der Nacht: Hangabwindzirkulation • g) Mitte der Nacht: Hangabwind, Bergwind • h) vor Sonnenaufgang: kein Hangwind, Bergwind 1 1

23. Luftzirkulation (global) Schwache Ostwinde Rossbreiten: dauerhafte Hoch Westwindzone Passat aus NO Äquatoriale Tiefdruckrinne Passat aus SO Rossbreiten: dauerhafte Hoch Westwindzone Schwache Ostwinde 6 Polar-Hoch

24. Bild-Quellen 1 4 • 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 • 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) 5 6 7 8 2 3 9 10 11

25. Text-Quellen • Wetterkurs/ Wetterlexikon bei www.top-wetter.de • Andreas Block - Klima und Wetter. Cornelson Scriptor, Berlin 2002 1 4

26. ENDE

28. Übungen (1) • Versuchen Sie die folgenden Zonen durch die vorgegeben Pfeile zu beschriften: • Rossbreiten auf der Nordhalbkugel • Südostpassatwindzone • Nordostpassatwindzone • Schwache Ostwindzone auf der Nordhalbkugel • Polare Hochzone (Südpol) 9 Lösung Info dazu ansehen?

29. Übungen (1): Lösung • Versuchen Sie die folgenden Zonen durch die vorgegeben Pfeile zu beschriften: • Rossbreiten auf der Nordhalbkugel • Südostpassatwindzone • Nordostpassatwindzone • Schwache Ostwindzone auf der Nordhalbkugel • Polare Hochzone (Südpol) 9

30. Übungen (2) • Tobt dieser Sturm auf der Nord- oder Südhalbkugel? • Begründen Sie! 10 Lösung Info dazu ansehen?

31. Übungen (2): Lösung • Tobt dieser Sturm auf der Nord- oder Südhalbkugel? • -> Nordhalbkugel! • Begründen Sie! • -> Das Tiefdruckgebiet auf der Nordhalbkugel dreht gegen den Uhrzeigersinn! 10

32. Übungen (3) • Welche Wolken-formationen glauben Sie zu erkennen? • Handelt es sich dabei um tiefe, mittlere oder hohe Wolken? • Welche Wetteraussage lassen diese Wolken zu? 11 11 Lösung Info dazu ansehen?

33. Übungen (3): Lösungen • Welche Wolken-formationen glauben Sie zu erkennen? • Handelt es sich dabei um tiefe, mittlere oder hohe Wolken? • Welche Wetteraussage lassen diese Wolken zu? Mischform aus Nimbo- Stratus und Cumulo- Nimbus Tiefe Wolke Gewitterneigung, Regen wahrscheinlich 11 Altocumulus Mittelhohe Wolke z. Z. eher Hoch- druckeinfluss, schön 11

34. 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! (Stichpunkte, kleine Liste …etc.) Lösung

35. Dazu brauchen Pflanzen den Wind: Bestäubung (Wind-bestäubung), 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. Übungen (4): Lösungen

36. 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: • Überregionale Wetterprognosen und –tendenzen • 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“

37. 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 durch- schnittliche „Trefferquote“ von um die 90%, was auch in Zukunft kaum noch steigerungsfähig sein dürfte!

38. 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 Luft- Zusammensetzung (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!

39. 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: • Unter den vielen Wetterdiensten ( auch online) rechtzeitig diejenigen • herausfinden, die mit ihren Prognosen für die spezielle Region die beste(n) • Trefferquote(n) besitzen. • Unbedingt „vertrauenswürdige einheimische“ Wetterbeobachter und • –kenner um eine Einschätzung bitten, ggf. in „ständigem“ Kontakt bleiben. • (z.B. Flug-/ Surfschule …) • 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).

40. 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 Cumulonimbus-Wolkenamboss verlieren und abstürzen??? Oder sich tiefgefroren innerhalb von Sekunden (!) auf 2km, 5km Höhe wieder finden? Ich nicht …!

41. Satellitendaten Meteosat 8 Solche Daten ermöglichen „Nowcasting“ und beschreiben das Wetter der nächsten 1-3 Stunden. 5