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1.5: Jahreszeiten - Geowissenschaften

1.5: Jahreszeiten - Geowissenschaften


Was verursacht Jahreszeiten? Der Abstand zwischen Erde und Sonne beträgt nicht den Jahreszeiten Rechnung tragen. Die Entfernung zwischen der Sonne und der Erde zur Wintersonnenwende (22. Dezember) beträgt 91,5 Millionen Meilen, während die Entfernung zwischen der Sonne und der Erde zur Sommersonnenwende beträgt eine satte 94,5 Millionen Kilometer. Die Erde ist also im Dezember tatsächlich näher an der Sonne als im Juni! Klicken Sie auf das Miniaturbild unten, um ein Vollbild von zu sehen Sonnenlicht über die sphärische Erde verteilen.

Abbildung 1.6.1 Erde-Sonne-Beziehungen und Sonnenenergie

Die Erde ist um 23,5 Grad von der Vertikalen geneigt, und diese Neigung berücksichtigt die Jahreszeiten. Die Sonneneinstrahlung wird über die (fast) kugelförmige Erde verteilt. Das Sonnenlicht ist dort am stärksten konzentriert, wo der Sonnenstrahl senkrecht zur Tangente der Erde steht. Wenn der Winkel zwischen Sonnenstrahlen und Tangente kleiner wird, wird die gleiche Menge Sonnenenergie über eine größere Fläche verteilt. Oder jeder Bereich bekommt weniger Energie. Die folgende Grafik ist eine weitere Möglichkeit, dieses Konzept zu visualisieren:

Abbildung 1.6.2 Über die Erdoberfläche verteilte Sonnenenergie

Die Jahreszeiten werden nicht durch die Entfernung von der Sonne verursacht, sondern durch die Wirkung der ungleichmäßigen Verteilung des Sonnenlichts auf der geneigten Erde. Die Erde dreht sich auf einer flachen Ebene um die Sonne. Das nennt man Ebene der Ekliptik. Die Erde ist von dieser Ebene um 23,5 Grad geneigt. Die Neigung ändert sich nicht, ein Konzept namens Achsparallelität. Mit anderen Worten, die Erdachse ist während der gesamten Umlaufbahn parallel zu sich selbst.

Sie können im Diagramm unten (Erd-Sonnen-Beziehungen und einfallende Sonnenenergie) sehen, dass sich zur Dezember-Sonnenwende der Großteil der einfallenden Sonnenenergie auf der Südhalbkugel befindet und im Juni der Großteil der einfallenden Sonnenenergie auf der Nordhalbkugel Hemisphäre. Das liegt daran, dass die Sonnenstrahlen zur Dezember-Sonnenwende senkrecht zur Erde bei 23,5 Grad Süd stehen. Dies ist das subsolarer Punkt, oder der Punkt der maximalen Sonneneinstrahlung. Zur Juni-Sonnenwende liegt der subsolare Punkt bei 23,5 Grad Nord (siehe Grafik unten). Die subsolaren Punkte bei den Sonnenwenden definieren die Tropen. Der Wendekreis des Krebses liegt bei 23,5 Grad Nord und der Wendekreis des Steinbocks 23,5 Grad Süd. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass auf der Nordhalbkugel im Juni Sommer, auf der Südhalbkugel im Dezember Sommer herrscht. Eine andere Möglichkeit, darüber nachzudenken, ist, dass die südliche Hemisphäre „in umgekehrt“ zu unseren Jahreszeiten auf der nördlichen Hemisphäre ist.

Abbildung 1.6.3: (links) Sommer auf der Nordhalbkugel. (rechts) Sommer auf der Südhalbkugel

Das nächste Puzzleteil ist das Beleuchtungskreis. Zu jeder Zeit wird die Hälfte der Erde von unserer Sonne beleuchtet. Wenn die Erde keine Neigung hätte, würde dies bedeuten, dass wir überall auf der Erde zu jeder Zeit 12 Stunden Tageslicht und 12 Stunden Dunkelheit haben könnten, und da es keine Verschiebung des subsolaren Punktes gäbe, hätten wir keine Jahreszeiten. Wie Sie sicher wissen, ist dies nicht der Fall! Wenn Sie zum Beispiel im Sommer irgendwo sehr weit in den Norden gereist sind, haben Sie vielleicht die sehr langen Tage bemerkt. Ich erinnere mich lebhaft daran, wie ich während meines Studiums in England (bei etwa 53 Grad N) in einer Gartenkneipe saß und den Sonnenuntergang um 22 Uhr genoss! Der Beleuchtungskreis definiert den Polarkreis und den Polarkreis (siehe unten). Wie lang sind die Tage am Polarkreis im Juni? Wie lang sind die Tage am Polarkreis im Juni? Wieso den?

Abbildung 1.6.5: (links) Der Beleuchtungskreis der nördlichen Hemisphäre. (rechts) Der Beleuchtungskreis der Südhalbkugel

Das Tagundnachtgleichen im März und September auftreten. Ich stelle sie mir gerne als „gleiche Tagundnachtgleiche“ vor – mit anderen Worten, bei der Tagundnachtgleiche befindet sich der subsolare Punkt am Äquator und der Beleuchtungskreis ist gleichmäßig über die Erde verteilt. Im obigen Diagramm der Beziehungen zwischen der Erde und der Sonne können Sie selbst sehen, dass die Sonneneinstrahlung ziemlich gleichmäßig über die nördliche und südliche Hemisphäre verteilt ist. Visualisieren Sie, wie der Beleuchtungskreis bei den Tagundnachtgleichen aussieht. Wie lang sind die Tage auf verschiedenen Breitengraden zu den Tagundnachtgleichen?

Um die wichtigsten Punkte zu überprüfen:

  • Die geneigte Erdachse (23,5 Grad) bewirkt, dass einige Teile der Erde direktes Sonnenlicht erhalten, während andere Teile indirektes Sonnenlicht erhalten.
  • Jahreszeiten entstehen aufgrund der Neigung der Erdachse und der Umlaufbahn der Erde um die Sonne.
  • Die Jahreszeiten der Nord- und Südhalbkugel sind umgekehrt: Wenn auf der Nordhalbkugel Winter herrscht, erlebt die Südhalbkugel Sommer.
  • Die Frühlings-Tagundnachtgleiche: der erste Frühlingstag auf der Nordhalbkugel (21. März), wenn die Sonne senkrecht zum Äquator steht.
  • Die Sommersonnenwende: erster Sommertag auf der Nordhalbkugel (21. Juni), wenn die Sonne senkrecht zum Wendekreis des Krebses steht.
  • Herbsttagundnachtgleiche: erster Herbsttag auf der Nordhalbkugel (22. September), wenn die Sonne senkrecht zum Äquator steht.
  • Die Wintersonnenwende: erster Wintertag auf der Nordhalbkugel (21. Dezember), wenn die Sonne senkrecht zum Wendekreis des Steinbocks steht.
  • Schlüsselbegriffe: Ekliptikebene, Achsenparallelität, Beleuchtungskreis, subsolarer Punkt.

Klimawandel wird voraussichtlich den saisonalen Niederschlag in Ostafrika erhöhen

Neue Forschungen zeigen, dass die Niederschläge in Ostafrika mit der Zunahme der Treibhausgase deutlich zunehmen werden. Abgebildet ist Lake Nakuru, Kenia. Foto: Flickr, Snake3yes.

Laut einer von der University of Texas at Austin geleiteten Forschung wird erwartet, dass die saisonalen Niederschläge in Ostafrika in den nächsten Jahrzehnten als Reaktion auf die erhöhten Treibhausgase erheblich zunehmen werden.

Die im Juli veröffentlichte Studie in Klimadynamik, nutzten hochauflösende Simulationen, um herauszufinden, dass sich die Niederschlagsmenge während der als „kurze Regen“ bezeichneten Regenzeit bis zum Ende des Jahrhunderts verdoppeln könnte und damit einen bereits in den letzten Jahren zu beobachtenden Trend fortsetzt. Die als „lange Regenfälle“ bekannte Saison soll den neuen Prognosen zufolge dagegen stabil bleiben. Diese Ergebnisse stehen im Gegensatz zu früheren Analysen, die die globale Erwärmung mit trockeneren Bedingungen in Verbindung brachten, die Anfang dieses Jahrhunderts auftraten.

"Es gibt zwei ostafrikanische Regenzeiten mit unterschiedlicher Empfindlichkeit gegenüber Treibhausgasen", sagte Kerry Cook, Professor am Department of Geological Sciences der Jackson School of Geosciences. „Unser Papier zeigt, dass die kurzen Regenfälle weiter zunehmen werden – tatsächlich kommt es bereits zu Überschwemmungen und Heuschreckenplagen – und dass es für die langen Regenfälle keinen Trocknungstrend gibt.“

Sowohl der Transport von Wasserdampf durch atmosphärische Zirkulation als auch die Verteilung von Regen reagieren empfindlich auf Unterschiede zwischen Ozean- und Landtemperaturen. Diese Unterschiede treten auf, weil sich Ozeane aufgrund unterschiedlicher Wärmekapazitäten langsamer erwärmen und abkühlen als das Land. Wenn sich die kurzen Regenfälle entwickeln, typischerweise mit einem Höhepunkt im November, verläuft die Zirkulation der südlichen Hemisphäre in einem Sommermuster mit hohem Druck über dem Ozean und niedrigem Druck über dem Land in den Subtropen, wodurch ein Zirkulationsmuster entsteht, das mehr Feuchtigkeit über Ostafrika leitet . Es ist diese Regenzeit, die anfälliger für den durch Treibhausgase verursachten Klimawandel ist.

Die langen Regenfälle in der Region scheinen dagegen weniger empfindlich auf den Treibhauseffekt zu reagieren. Diese Saison findet von März bis Mai statt und erreicht ihren Höhepunkt in der Nähe der Frühlings-Tagundnachtgleiche der nördlichen Hemisphäre, wenn die kontinentalen Tiefdrücke über dem Äquator zentriert sind.

Die neu veröffentlichten Simulationen haben eine 30-Kilometer-Auflösung, die die komplexe ostafrikanische Topographie auflöst und die derzeit beobachteten Niederschlagsmengen und Saisonalität genauer darstellen als globale Modelle mit gröberer Auflösung. Die Niederschlagssimulationen bis 2050 stehen im Einklang mit den derzeit beobachteten Niederschlagsmengen und der Saisonalität. Diese Ergebnisse zeigen, dass sich das Muster der langen Regenfälle nicht ändert. Aber die kurzen Regenfälle nehmen zu: Die Regenfälle im November über Ostafrika werden bis 2050 um etwa ein Drittel zunehmen und bis 2100 verdoppeln.

„Diese Forschung wird es den Menschen in Ostafrika ermöglichen, vorausschauend zu planen“, sagte Cook. „Zukünftige Arbeiten müssen jedoch sehen, wie zusätzlicher Niederschlag geliefert wird, denn wenn er so intensiv ist wie in den aktuellen Beobachtungen und weiterhin Auswirkungen auf die Landwirtschaft hat, wird der Ausbau der Infrastruktur wichtig sein.“

Zu den Autoren dieser Forschung gehören neben Cook auch Weiran Liu und Edward K. Vizy, ebenfalls vom Department of Geological Sciences, und Rory G. J. Fitzpatrick von der University of Leeds.


Fr, 30 Apr, 13:30&ndash15:00

Vorsitzende: Jorge Isidoro, Christoph Külls

In den letzten Jahrzehnten haben sich immer mehr Forscher auf die Erforschung der Landströme und der damit verbundenen Transportprozesse konzentriert: Jahr für Jahr werden neue Entwicklungen, innovative Techniken und Durchbrüche präsentiert, was bemerkenswert ist. Obwohl die experimentelle Hydrologie in vielen dieser Studien eine wichtige Rolle gespielt hat, werden die Hauptschwierigkeiten, Einschränkungen, Herausforderungen, aber auch Vorteile und Chancen dieses Studienansatzes nicht immer anerkannt.

Basierend auf der persönlichen Beteiligung an drei Jahrzehnten experimenteller Arbeit in der Oberflächenhydrologie, die dazu beigetragen hat, unser Verständnis verschiedener hydrologischer Prozesse (z. B. Überlandströmung, Sedimenttransport, Bunker- und Interrillenerosion, Infiltration) zu verbessern, behandelt diese Präsentation kurz die wichtigsten Fragen des experimentellen Teils dieser Arbeit, die auf zwei Kontinenten durchgeführt wurde. Die Arbeit verwendete Versuchsaufbauten, die sich hauptsächlich auf die Untersuchung von Niederschlagsabfluss, Überlandfluss und damit verbundenen Transportprozessen, nämlich der Wassererosion, konzentrierten. Es wurden Experimente auf natürlichen, landwirtschaftlichen und städtischen Oberflächen durchgeführt, sowohl unter gestörten als auch ungestörten Bedingungen oder Proben. Besonderes Augenmerk wurde auf Mulchen, windgetriebenen Regen und die Verwendung von thermischen Tracern gelegt. Der Input für feldbasierte Studien war natürlicher Niederschlag, während simulierte Niederschlagssimulatoren und/oder Run-on in laborbasierten Experimenten angewendet wurden. Tatsächlich ermöglichte die Anpassungsfähigkeit von Niederschlagssimulatoren an verschiedene zeitliche und räumliche Skalen viele experimentelle Designs, um bestimmten Forschungszielen gerecht zu werden.

Diese Präsentation beleuchtet die inhärenten Probleme und Schwierigkeiten bei der Durchführung von Studien, um so unterschiedliche Situationen abzudecken, wie sie in natürlichen und vom Menschen veränderten Oberflächen beobachtet werden. Das Hauptziel besteht jedoch darin, die Diskussion anzuregen und das Verständnis für die Anforderungen experimenteller Forschung sowohl im Labor als auch im Feld zu verbessern, da dies zu weiteren Klärungen in der Oberflächenhydrologie beitragen kann. Beispielsweise sind die Abflussreaktionen von städtischen, ländlichen und periurbanen Gebieten noch immer nicht gut verstanden. Experimentelle Forschung ist auch in multidisziplinären Ansätzen unerlässlich, die darauf abzielen, unser Wissen über Transporte im Zusammenhang mit Abfluss (z. B. Abfall, Viren, mikrobielle Verunreinigungen, neu auftretende Chemikalien in Pharmazeutika, Körperpflegeprodukten, Pestiziden, Industrie- und Haushaltsprodukten, Tensiden, Metallen) weiter zu verbessern.

So zitieren Sie: de Lima, JLMP: Wie nützlich ist experimentelle Hydrologie für das Verständnis von Überlandströmungen und damit verbundenen Transportprozessen?, EGU-Generalversammlung 2021, online, 19.–30.04.2021, EGU21-12934, https://doi.org/10.5194/egusphere-egu21 -12934, 2021.

Bodenhydraulische Eigenschaften liefern wichtige Informationen über das Bodenverhalten unter ungesättigten und gesättigten Bedingungen. Oftmals ist eine Probenahme von ungestörten Böden nicht möglich und Bodenproben müssen für die Laboranalyse umgepackt werden. Das Messsystem HYPROP® (METERgroup, München, Deutschland) ist ein komfortables Verfahren zur Bestimmung des Bodenwasserrückhaltevermögens und der ungesättigten Wasserleitfähigkeit von ungestörten Bodenproben. Es misst das Matrixpotential der gesättigten und getrockneten Bodenprobe mit zwei Tensiometern, die in unterschiedlichen Tiefen platziert sind. Obwohl die Tensiometer auf einem neuen Design basieren, das theoretisch der Kavitation bei höheren Spannungswerten standhält, gelten sie immer noch als im Niederspannungsbereich arbeitend. Da die Wasserrückhalteeigenschaften des Bodens im Niederspannungsbereich stark von der Bodenstruktur und der Porengrößenverteilung beeinflusst werden, interessierten uns die Veränderungen der hydraulischen Eigenschaften bei Messungen an gestörten und anschließend wiederverpackten Proben sowie an ungestörten Bodenproben. Daher haben wir die bodenhydraulischen Eigenschaften von drei verschiedenen Bodentypen mit der Verdunstungsmethode an ungestörten und umgepackten Proben untersucht. Die Ergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse für die Interpretation der Ergebnisse, wenn die Entnahme ungestörter Proben nicht möglich ist, und für die Gestaltung von Laborversuchen mit umgepackten Böden.

So zitieren Sie: Pečan, U., Žvokelj, L., Ferlin, J., Zupanc, V., und Pintar, M.: Measurement ofbodenhydraulikeigenschaften von strukturierten und wiederverpackten Böden, EGU General Assembly 2021, online, 19.–30.04.2021, EGU21-3985, https://doi.org/10.5194/egusphere-egu21-3985, 2021.


Erweiterte Daten Abb. 1 Altersmodell für Stalaktiten 14FM2243-C (dargestellt mit U/Th- und stabilen Isotopen-Unterproben-Transekten).

ein, Berechnetes U/Th-Alter, relativ zum Datum der Teilprobenvorbereitung für U- und Th-Analysen, in Tausenden von Jahren (ky) vor 1950 CE (BP), aufgetragen als gebrannte orangefarbene geschlossene Kreise gegen die Stalaktitentiefe. Tiefe bezieht sich auf den Abstand von der Stalaktitenspitze, zur Höhlendecke hin ansteigend null mm ist der jüngste Calcit, für den eine Teilprobe entnommen wurde δ 18 OC. Fehlerbalken zeigen ± 2σ analytische Unsicherheit von U/Th-Analysen. Die Linie und die schattierte Hüllkurve zeigen die Median- und 10. bis 90. Perzentilverteilung unseres Altersmodells, jeweils geschätzt durch Anpassung von N = 1.000 Splines im Bchron-Softwarepaket4. B, 232 Th gegen die Tiefe, was unabhängig von der Probentiefe konsistente, niedrige Konzentrationen von 32 Teilen pro Milliarde zeigt. C, Ein Histogramm und die Gaußsche KDE von 232Th-Konzentrationen unterstreichen die enge Verteilung der 232Th-Werte.

Erweiterte Daten Abb. 2 Altersmodell für Stalaktiten 13RM620-B (dargestellt mit U/Th- und stabilen Isotopen-Unterproben-Transekten).

ein, Wie in Extended Data Abb. 1a, mit Ausnahme des jüngsten Calcits, der für δ 18 OC beginnt 40,25 mm von der Spitze eine Lücke unmittelbar oberhalb dieser Tiefe führt zu einem abrupten Übergang in Kalzit mit höherem 232 Th (nicht gezeigt). Blau gezeichnete Daten wurden aufgrund hoher 232 Th-Konzentrationen von der Erstellung des Altersmodells ausgeschlossen, was auf relativ reichlich nicht-radiogenes Thorium hinweist und größere Alterskorrekturen mit unsicheren anfänglichen 230 Th/232 Th-Werten erfordert. b, c, Wie in Extended Data Abb. 1b und c. Die konsistenten Konzentrationen der eingeschlossenen Altersgruppen in Teilen pro Milliarde können mit dem variablen, höheren 232 Th-Charakter der ausgeschlossenen Altersgruppen unabhängig von der Tiefe verglichen werden.

Erweiterte Daten Abb. 3 Querschnittsansicht, die repräsentativ für Abraum von Probenhohlräumen ist.

Beachten Sie den flachen Edwards-Kalkstein-Epikarst (< 3 m), der durch die weiße Klammer hervorgehoben wird.

Erweiterte Daten Abb. 4 Perspektive von oben auf die Karst-Leerdecke, die während des Grabenaushubs durchbrochen wurde.

Beachten Sie die zahlreichen Bruchstellen (weiße Pfeile), die eine Wiederaufladung durch Regenfälle ermöglichen, die ausreichen, um die Speicherkapazität des Oberflächenschwemms und die Evapotranspiration zu überschreiten. Durchbrochene und vermessene Hohlräume hielten eine relative Luftfeuchtigkeit von 100 % und eine aktiv tropfende Grundwasserinfiltration.

Erweiterte Daten Abb. 5 Schnellste und langsamste Wachstumsachse δ 18 OC in Stalaktiten 14FM2243-C.

Die Reproduzierbarkeit weist darauf hin, dass Bedenken bezüglich kinetischer Effekte bei der Interpretation von Calcitproben nicht gerechtfertigt sind δ 18 O.

Erweiterte Daten Abb. 6 Mittlere jährliche Stromfunktion und mittlere jährliche Temperaturkorrelationen, 1981-2018.

Monatliche Punktkorrelationen zwischen der mittleren jährlichen Lufttemperatur von 10 m in Zentraltexas 5 , der globalen 10 m mittleren jährlichen Lufttemperatur (über Land) 5 und der globalen mittleren jährlichen SST 6 (P < 10 -3 diagonal schraffiert). Die Stromfunktion wird hier aus den mittleren jährlichen 10 m U und V Windkomponenten berechnet 5 . Das gelbe Dreieck bezeichnet unser Studienzentrum in Zentraltexas, während die roten Kreise die MIS3-SST-Rekonstruktionen des Golfs von Mexiko ausmachen 7,8 .


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