Die Sonne strahlt immer, wenn auch zu unterschiedlichen Zeiten und an unterschiedlichen Orten der Erde. Die Strahlungen der Sonne werden aufgenommen, reflektiert und abgegeben.
Daraus entsteht der Strahlungs- und Wärmehaushalt der Erde. Wird der Strahlungshaushalt aus dem Gleichgewicht gebracht, bringt dies unter anderem Folgen im Hinblick auf den Klimawandel mit sich.
Strahlungs- und Wärmehaushalt – Grundlagen
Die Sonne strahlt in alle Richtungen Energie, in Form von Sonnenstrahlen, in das Weltall ab. Daher kommt auch Strahlung auf der Erde an und wird entweder aufgenommen, reflektiert oder umgewandelt. Aus diesen drei Prozessen entsteht dann der Strahlungs- und Wärmehaushalt der Erde.
Strahlungshaushalt der Erde– Definition
Der Strahlungshaushalt fasst alle wichtigen Prozesse in der Atmosphäre zusammen, die mit der Sonneneinstrahlung zusammenhängen.
Unter dem Strahlungshaushalt der Erde versteht man die Aufnahme, Reflexion und Umwandlung von Sonnenstrahlen in der Atmosphäre der Erde und auf der Erdoberfläche.
Bei der Strahlung der Sonne muss man zwischen langwelliger und kurzwelliger Strahlung unterscheiden. Der Großteil der Strahlung, der in der Atmosphäre beziehungsweise auf der Erde ankommt, ist kurzwellig und wird über verschiedene Prozesse in langwellige Strahlung umgewandelt. Mehr dazu wirst Du in den folgenden Abschnitten erfahren.
Kurzwellige Strahlung, auch als ultraviolette Strahlung (UV) bezeichnet, ist eine Art von elektromagnetischer Strahlung, die eine kürzere Wellenlänge hat als langwellige Strahlung. Sie hat eine höhere Energie und ist daher auch als hochenergetische Strahlung bekannt. Wenn Du etwa Sonnencreme verwendest, schützt Du Deine Haut vor den kurzwelligen Anteilen des Sonnenlichts.
Langwellige Strahlung, auch als Infrarotstrahlung (IR) bezeichnet, ist eine Art von elektromagnetischer Strahlung. Sie hat eine geringere Energie als kurzwellige Strahlung und ist daher auch als niedrigenergetische Strahlung bekannt. Sie hat daher auch eine geringere Fähigkeit, Materialien zu durchdringen und hat hauptsächlich positive Auswirkungen auf Lebewesen und Materialien, da sie hauptsächlich für Wärme und Thermographie verwendet wird.
Wärmehaushalt – Definition
Wenn von dem Strahlungshaushalt der Erde gesprochen wird, wird in diesem Zusammenhang auch häufig der Begriff Wärmehaushalt genannt.
Der Wärmehaushalt der Erde beschreibt den Anteil der Wärme, der aus der Strahlung der Sonne entsteht.
Strahlung kann von der Erde in verschiedene Formen von Wärme umgewandelt werden. Diese Wärme ist unter anderem für den Treibhauseffekt verantwortlich.
Unter dem Treibhauseffekt versteht man die Erwärmung der Erde aufgrund von Treibhausgasen und Sonneneinstrahlung, die in Wärme umgewandelt wird.
Der Treibhauseffekt ist ein natürlicher Effekt, der durch Emissionen des Menschen jedoch verstärkt wird. Ohne den natürlichen Treibhauseffekt wäre es deutlich kälter auf der Erde. Man geht von einer durchschnittlichen Temperatur von -18 °C1 aus.
Treibhauseffekt und Strahlungshaushalt hängen eng miteinander zusammen. Das wird Dir im Laufe der Erklärung noch genauer erklärt. Falls Du Dein Wissen über den Treibhauseffekt aber vertiefen möchtest, kannst Du Dir die passende Erklärung dazu anschauen.
Globalstrahlung
Die Globalstrahlung ist wichtiger Bestandteil des Strahlungs- und Wärmehaushaltes der Erde.
Die Sonnenstrahlung, die auf einer horizontalen Ebene auf der Erde ankommt, nennt man Globalstrahlung.
Mit einer horizontalen Ebene kann sowohl eine ebene, gerade Landmasse, als auch ein Gewässer gemeint sein.
Man unterscheidet dabei zwischen direkter und gestreuter Strahlung. Die direkte Strahlung besteht aus Sonnenstrahlen, die direkt und ohne Hindernisse auf die Erdoberfläche strahlen können.
Unter gestreuter Strahlung versteht man die Strahlung, die Hindernisse wie Wolken passieren muss und dadurch abgelenkt wird. Das bedeutet, dass die Strahlung nicht in einer geraden Linie aus der Wolke wieder hinausstrahlen kann, sondern in verschiedene Richtungen gestrahlt wird.
Du möchtest Dein Wissen über Strahlung und Strahlungsgesetze vertiefen? Dann schau mal im Bereich der Physik vorbei, dort findest Du passende Erklärungen zu diesen Themen.
Strahlungs- und Wärmehaushalt der Erde
Der Strahlungs- und Wärmehaushalt der Erde beschreibt, wie viel Strahlung der Sonne und entsprechend Wärme an die Erde gegeben und durch die Erde wieder abgegeben wird. Strahlung und Wärme sind dabei immer im Gleichgewicht. Damit das auch so bleibt, gibt es verschiedene Zwischenschritte und Prozesse, wodurch Strahlung zum Beispiel wieder ins Weltall abgeführt werden kann.
Strahlungshaushalt der Atmosphäre – einfach erklärt
Wenn man vom Strahlungshaushalt der Erde spricht, ist oft auch die Rede von der Strahlungsbilanz. Die Strahlung wird nämlich bilanziert. Das bedeutet, dass man sich anschaut, wie viel Strahlung ankommt und wieder abgegeben wird. Man nennt das auch In- und Output von Strahlung.
Der In- und Output von Strahlung ist im Durchschnitt ausgeglichen, wenn man das menschliche Handeln, woraus etwa der menschengemachte Treibhauseffekt resultiert, außer Acht lässt.
Bei der Strahlungsbilanz handelt es sich nur um die kurzwellige Strahlung, die in die Atmosphäre und an die Erdoberfläche gestrahlt wird.
Die Sonne strahlt ins Weltall und die Sonnenstrahlen gelangen zur Erde. Der Bereich, der senkrecht von der Sonne bestrahlt wird – also dort, wo die Sonne im Zenit steht – wird mit der sogenannten Solarkonstanten von 1.368 Watt pro Quadratmeter angestrahlt. Die anderen Bereiche der Erde werden weniger oder gar nicht von der Sonne bestrahlt.
Die Sonne strahlt aber nicht gleichmäßig jeden Bereich der Erde an, sondern nur die Seite, die der Sonne zugewandt ist. Deshalb spricht man von einer durchschnittlichen Sonneneinstrahlung von 341,3 Watt pro Quadratmeter, kurz W/m2. Diese Strahlung wird von der Erdoberfläche reflektiert oder absorbiert.
Reflexion bedeutet, dass Strahlung wieder zurückgestrahlt wird.
Unter Absorption versteht man die Aufnahme von Strahlung.
Ungefähr 79 W/m2 1 werden durch Wolken und Aerosole reflektiert. Aerosole sind feinste Partikel, die in der Atmosphäre schweben, ein Beispiel ist Feinstaub.
Etwa 23 W/m2 werden an der Erdoberfläche reflektiert. Das passiert zum Beispiel, wenn eine Fläche einen hohen Reflexionsgrad hat, dieser Reflexionsgrad wird auch Albedo genannt.
Zusammengefasst werden also 102 W/m2 1 der Strahlung wieder zurück ins Weltall reflektiert.
Du möchtest mehr über die Albedo erfahren? Schau Dir gerne die passende Erklärung dazu an.
161 W/m2 1 werden von der Erdoberfläche aufgenommen. Die aufgenommene Strahlung wird an der Erdoberfläche in sogenannte langwellige Wärmestrahlung umgewandelt. Die übrigen 78 W/m2 1 werden von der Atmosphäre absorbiert.
98 % der Wärmestrahlung der Erde werden wieder in die Atmosphäre abgegeben. Jedoch wird der Großteil, etwa 77 %, davon wieder von Wolken und Aerosolen reflektiert und auf die Erdoberfläche zurückgestrahlt. Diese Strahlung nennt man auch Gegenstrahlung.
Das führt dann zur Erwärmung der Erde. Man spricht hierbei von dem Treibhauseffekt. Der übrige Anteil wird in Form von langwelliger Strahlung wieder ins Weltall gestrahlt. Das erfolgt unter anderem durch Wärmestrahlung.
Wusstest Du, dass Wolken die Wettervorhersage erschweren? Schau Dir gerne die passende Erklärung zu Wolken an.
Wärmehaushalt der Erde – einfach erklärt
Der Wärmehaushalt und die Strahlungsbilanz hängen unmittelbar zusammen, denn ohne Sonnenstrahlung kann keine Wärmestrahlung entstehen. Und ohne Wärme kann der Energieüberschuss, also der Überschuss an Strahlung, nicht ins Weltall transportiert werden.
Wenn Strahlung von der Erde aufgenommen wird, kann diese in Wärme umgewandelt werden. Dabei handelt es sich um latente Wärme. Latente Wärme entsteht zum Beispiel, wenn das Wasser einer feuchten Oberfläche durch die Sonneneinstrahlung verdunstet. Das bedeutet, dass das Wasser in eine andere Phase übergeht. In der Chemie nennt man das einen Phasenübergang.
Fühlbare Wärme ist ebenfalls eine Form von Wärme, die bei der Sonneneinstrahlung auf der Erde entsteht. Diese Wärme ist mit einem Thermometer messbar und wird durch Wind oder Wolken transportiert.
Strahlungs- und Wärmehaushalt der Erde – Klimawandel
Der Strahlungs- und Wärmehaushalt der Erde wird durch den Klimawandel aus dem Gleichgewicht gebracht. Dadurch erhöht sich die Differenz zwischen In- und Output an Strahlung.
Treibhauseffekt – Strahlung und Wärme
Der Treibhauseffekt ist ein natürlich vorkommender Effekt, der auf der Reflexion und Absorption von Wärme beruht. Wird der Strahlungs- und Wärmehaushalt aus dem Gleichgewicht gebracht, kann das dazu führen, dass sich die Erde weiter erwärmt und der Treibhauseffekt verstärkt wird.
Langwellige Wärmestrahlung wird in einem sehr hohen Anteil von Wolken, den Aerosolen und Treibhausgasen aufgenommen und wieder zurück auf die Erde gestrahlt.
Treibhausgase sind Gase, die zum Treibhauseffekt beitragen und diesen verstärken.
Zu den Treibhausgasen gehören unter anderem CO₂ und CH4, also Kohlenstoffdioxid und Methan.
Wenn sich der Gehalt an Treibhausgasen in der Atmosphäre zum Beispiel durch Verkehr und Industrie erhöht, kann immer mehr langwellige Strahlung absorbiert und wieder auf die Erdoberfläche gestrahlt werden. Die Erde erwärmt sich also immer mehr.
Strahlungs- und Wärmehaushalt der Erde – Das Wichtigste
- Der Strahlungs- und Wärmehaushalt der Erde beschreibt die Aufnahme, Reflexion und Abgabe an Strahlung und Wärme, die durch die Sonne entsteht.
- Die Strahlungsbilanz ist der In- und Output an Strahlung. Sie ist natürlicherweise im Gleichgewicht.
- Kurzwellige Strahlung wird aufgenommen und kann in langwellige Wärmestrahlung umgewandelt werden.
- Treibhausgase nehmen langwellige Wärmestrahlung auf und reflektieren sie wieder auf die Erdoberfläche.
- Der Treibhauseffekt wird verstärkt, da durch Treibhausgase, die sich vermehren, mehr Strahlung absorbiert werden kann.
Nachweise
- umweltbundesamt.de: Klima und Treibhauseffekt. (13.08.2022).
- wetterdienst.de: Strahlungshaushalt der Erde. (13.08.2022).
- zamg.ac.at: Energiebilanz der Erde (13.08.2022).
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