Wenn man einen Globus anschaut, ist er meist leicht geneigt in seiner Halterung befestigt. Grund dafür ist, dass unsere Erde nicht senkrecht im Weltall steht, sondern ebenfalls leicht zur Seite geneigt ist. Warum ist das so? Und wie beeinflusst die Neigung der Erdachse das Leben der Menschen?
Neigung der Erdachse – Definition
Unsere Erde steht schräg im Weltall. Diese Schrägstellung der Erde wird auch als "Neigung der Erdachse" bezeichnet.
Die Erdachse beschreibt eine gedachte Linie zwischen Nord- und Südpol, um die sich die Erde dreht. Sie wird deshalb auch als Rotationsachse bezeichnet. Die Neigung der Erdachse beträgt 23,4°.
Die geographischen Pole sind durch die Erdachse festgelegt.
Der geographische Nordpol ist der nördlichste Punkt, der geographische Südpol ist der südlichste Punkt der Erde.
Zusätzlich unterscheidet man aber noch die magnetischen Pole.
Die magnetischen Pole werden durch das Magnetfeld der Erde gebildet.
Das Magnetfeld der Erde wird durch den flüssigen Kern der Erde gebildet. Unsere Erde kannst du dir also vorstellen, wie einen riesigen Magneten. Ein Kompass zeigt beispielsweise nicht auf einen geographischen Pol, sondern auf einen magnetischen Pol. Die magnetischen Pole wandern ständig. Grund dafür ist das flüssige Eisen im Erdinneren. Der magnetische Nordpol befindet sich in Kanada, etwa 2300 km vom geographischen Nordpol entfernt.
Mehr zum Magnetismus der Erde erfährst Du in der Zusammenfassung "Erdmagnetismus".
Neigung der Erdachse – Fachbegriff
Die Neigung der Erdachse wird im Fachbegriff auch als Obliquität bezeichnet. Das Wort kommt aus dem Lateinischen "obliquus" und bedeutet "schief". Schief bezieht sich auf unsere Erde, die eben nicht gerade auf ihrer Umlaufbahn steht.
Die Erdachse ist allerdings nicht immer gleich schief beziehungsweise geneigt, sondern verändert sich!
Neigung der Erdachse – Ursache
Doch warum ist die Erde überhaupt geneigt?
Ein Asteroid traf die junge Erde. Ihre Erdoberfläche war noch nicht ganz ausgehärtet und deshalb wurde von dem Asteroiden etwas Material aus der Erde herausgeschlagen. Dieses sammelte sich auf der Erdumlaufbahn und verdichtete sich zum Mond. Nach diesem Entstehungsprozess blieb die Erde mit der uns bekannten Neigungsachse zurück. Durch die Anziehungskraft des Mondes bleibt die Erde in ihrem Neigungswinkel relativ stabil.
Ein Asteroid ist ein astronomischer Kleinkörper aus Gestein, der sich in der Umlaufbahn der Sonne befindet und bei der Entstehung der Planeten übrig geblieben ist.
Veränderung der Neigung der Erdachse
Die Neigung der Erdachse verändert sich ständig. Circa alle 40.000 Jahre schwankt die Neigung der Erdachse um 2,5°. Durch die Anziehungskraft des Mondes wird die Neigung relativ stabil gehalten. Ohne ihn, würde durch die Gravitationskräfte von Sonne, Saturn und Jupiter die Neigung der Erdachse immer wieder zwischen 0° und 85° schwanken. Da sich die Planeten auf Umlaufbahnen befinden und sich ihre Entfernungen zueinander immer wieder verändern, schwankt auch die entsprechende Anziehungskraft. So kommt es auch in kleineren Veränderungen in der Neigung der Erde.
Die Gravitationskraft beschreibt die Anziehungskraft zwischen zwei verschiedenen Körpern (Planeten). Alle Körper, die eine Masse haben, ziehen sich gegenseitig an.
Die Neigung der Erdachse aktuell
Aktuell (am 21. Februar 2022, um 12 Uhr mittags) beträgt die Neigung der Erdachse 23,43640°. Die Erdachse ist um circa 0,00001° weniger geneigt, als vor 30 Tagen.
Neigung der Erdachse zur Sonne
Unsere Erde dreht sich in 365 Tagen, das ist ein Kalenderjahr, einmal um die Sonne. Die Erdumlaufbahn um die Sonne ist allerdings nicht rund, sondern elliptisch. Die Umlaufbahn hat also die Form einer Ellipse.
Die Rotation der Erde um die Sonne kann man auch mit einem Kreisel vergleichen. Der Kreisel rotiert nicht in einem perfekten Kreis, denn auch seine Rotationsachse ist geneigt.
Die Rotation der Erde um die Sonne wird auch als Ekliptik bezeichnet.
Die Ekliptik ist die Umlaufbahn von einem Planeten um einen anderen Planeten.
Die Erde kommt der Sonne dabei mal näher (ca. 147 Mio. km), auch als Perihel bezeichnet, und entfernt sich danach wieder (ca. 152 Mio. km), auch als Aphel bezeichnet. Die Abweichung von der Kreisform wird auch Exzentrizität der Ellipse genannt.
Die Exzentrizität der Ellipse beschreibt die Abweichung einer Ellipse von einer Kreisform. Die Ellipse ist eine ovale Form. Je größer die Exzentrizität ist, desto mehr weicht die Ellipse von einer Kreisform ab.
Die thermischen Jahreszeiten entstehen allerdings nicht durch die Entfernung von der Sonne, sondern durch die Neigung der Erdachse.
Jahreszeiten – Erdumlaufbahn
In unserer Region treten die thermischen Jahreszeiten Frühling, Sommer, Herbst und Winter auf. Diese Jahreszeiten entstehen durch die Neigung der Erdachse.
Die thermischen Jahreszeiten werden durch die Temperatur im Frühling, Sommer, Herbst und Winter untergliedert.
Beim Umlauf der Erde um die Sonne ändert sich der Winkel der Sonneneinstrahlung.
Für mehr Informationen über "thermische Jahreszeiten", klick Dich in die Erklärung dazu.
Die Jahreszeiten werden von vier Hauptfaktoren beeinflusst:
1. Die Energieverteilung
Die Sonnenstrahlen treffen aufgrund der Neigung der Erdachse nicht immer gleich auf die Erde, wie in Abbildung 3 zu sehen ist. Je flacher die Sonnenstrahlen die Erde treffen, desto mehr Fläche muss erwärmt werden. Auf der Nordhalbkugel ist dies im Winter der Fall. Am 21. Dezember ist die Nordhalbkugel am weitesten von der Sonne weggeneigt und die Sonnenstrahlen fallen am flachsten ein.
Auf der Südhalbkugel ist genau das Gegenteil der Fall, es herrscht Sommer. Die Südhalbkugel ist am stärksten zur Sonne geneigt und die Sonnenstrahlen fallen am steilsten ein. Die Erde erwärmt sich dadurch stärker, weil die gleiche Energiemenge auf eine viel kleine Fläche trifft, als auf der Nordhalbkugel.
Am 21. Juni ist unsere Erde am stärksten zur Sonne geneigt. Bei uns auf der Nordhalbkugel herrscht dann Sommer, weil die Sonnenstrahlen nur auf eine kleine Fläche treffen und diese sich schneller erwärmt. Auf der Südhalbkugel hingegen herrscht Winter, weil diese am weitesten von der Sonne weggeneigt ist. Die Sonnenstrahlen fallen am flachsten ein und erwärmen die Fläche nicht stark genug, weil die gleiche Energiemenge auf eine große Fläche triff.
2. Die Länge des Tages
Die Erde dreht sich im Laufe eines Jahres einmal um die Sonne, während die Neigung der Erdachse immer gleich bleibt. Dadurch verändern sich auch die Strahlenverhältnisse der Sonne auf der Nord- und Südhalbkugel. Der Zenitstand der Sonne wandert somit immer zwischen dem nördlichen und dem südlichen Wendekreis hin und her.
Der Zenitstand der Sonne beschreibt den Sonnenstand genau senkrecht über einem Beobachtungsort auf der Erdoberfläche. Die Sonne kann nur im Bereich zwischen dem nördlichen und dem südlichen Wendekreis (23,5°) im Zenit stehen.
Neben den Jahreszeiten beeinflusst dies auch die Länge der Tage. Auf der sonnenabgeneigten Halbkugel verringert sich die Tageslänge, während sie sich auf der sonnenzugeneigten Halbkugel verlängert.
Die Sonne verläuft an jedem neuen Tag in einem leicht veränderten Bogen, dem sogenannten Tagbogen, am Himmel.
Der Tagbogen beschreibt den täglichen Weg der Sonne vom Auf- bis zum Untergang.
Bei uns im Sommer ist dieser Bogen lang, wie in Abbildung 4a) zu sehen. Der nördliche Wendekreis ist also der Sonne zugewandt und es herrscht Sommer. Zwischen dem 21. und 22. Juni ist der längste Tag und die Sonne steht am höchsten. Dies wird auch als Sommersonnenwende bezeichnet.
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Dann wandert der Zenitstand der Sonne wieder in Richtung Süden. In unseren Breiten herrscht dann Herbst. Am 22. und 23. September herrscht die sogenannte Tagundnachtgleiche (Abbildung 4b). An diesen Tagen sind der Tag und die Nacht fast exakt gleich lang. Der Zenitstand wandert weiter in Richtung Süden.
Nun ist die Nordhalbkugel der Sonne abgewandt und die Südhalbkugel der Sonne zugewandt. Bei uns herrscht Winter und der Tagbogen ist klein und flach (Abbildung 4c). Die Sonne wandert bis zum südlichen Wendekreis und "wendet" dort am 21. und 22. Dezember wieder in Richtung Norden. Man spricht dann auch von der Wintersonnenwende. Die Sonne steht bei uns an diesem Tag am niedrigsten und es ist der kürzeste Tag im Jahr.
An den Polen kann es aufgrund der Wanderung der Sonne zum Polartag oder zur Polarnacht kommen. Bei einem Polartag geht die Sonne nie unter. Das ist der Fall, wenn die Sonne sich am nördlichen Wendekreis befindet. Die Nordhalbkugel ist der Sonne zugewandt und wirft deshalb keinen Schatten an den Polen.
Auf der Südhalbkugel ist dann die Polarnacht, weil die Halbkugel der Sonne abgewandt ist. Es treffen keine Sonnenstrahlen auf den Südpol und dadurch wird es nicht hell.
3. Die Reflexion
Ein weiteren Einfluss hat die Reflexion der Sonnenstrahlen von der Erdoberfläche.
Merke: Steil auftreffende Strahlen werden weniger stark reflektiert als flach auftreffende Strahlen.
Steil auftreffende Sonnenstrahlen werden stärker von der Erde aufgenommen, auch absorbiert genannt. Auf der sonnenzugeneigten Halbkugel wird dadurch der Boden stärker erwärmt.
Auf der anderen Halbkugel treffen die Sonnenstrahlen hingegen flach auf der Erdoberfläche und werden reflektiert. Der Boden wird dadurch nicht so stark erwärmt. Diese beiden Temperaturunterschiede beeinflussen dadurch die Bildung der thermischen Jahreszeiten.
4. Der Weg durch die Atmosphäre
Unsere Erde ist von einer sogenannten Atmosphäre umgeben.
Die Atmosphäre ist eine gasförmige Hülle über der Erdoberfläche.
In der Atmosphäre befinden sich Luft- und Wassermoleküle.
Ein Molekül ist die kleinste, aus verschiedenen Atomen bestehende, Verbindung.
Diese Moleküle reflektieren teilweise die Sonnenstrahlen. Dadurch kommen weniger Sonnenstrahlen auf der Erdoberfläche an und diese wird nicht so stark erwärmt. Je länger also der Weg durch die Atmosphäre ist, desto mehr Sonnenstrahlen werden reflektiert und desto weniger kommen davon auf der Erdoberfläche an.
Auf der sonnenabgeneigten Halbkugel ist der Weg durch die Atmosphäre viel länger, als auf der sonnenzugeneigten Halbkugel. Auf der sonnenzugeneigten Halbkugel wird weniger Sonnenstrahlung in der Atmosphäre reflektiert, als auf der sonnenabgeneigten Halbkugel. Dadurch kann sich die Erdoberfläche schneller und besser erwärmen. Dies begünstigt ebenfalls die Bildung der Jahreszeiten.
Klimawandel durch Neigung der Erdachse
Forschende haben herausgefunden, dass die Neigung der Erdachse mit der Umlagerung von Massen zusammenhängt. In der Antarktis und Arktis schmilzt das Eis und somit verringert sich die Masse an den Polen. Der grönländische Eisschild verliert durch die globale Erderwärmung pro Jahr circa 278 Milliarden Tonnen und die Antarktis 92 Milliarden Tonnen Eis. Dadurch werden gewaltige Massen umgelagert. Der Klimawandel verstärkt das Schmelzen des Eises und die Masseumlagerung findet schneller statt.
Des Weiteren verringert sich in Indien und in der Region um das Kaspische Meer das Grundwasser, weil dieses für die Bewässerung von Feldern genutzt wird. Es wird mehr Grundwasser entnommen, als nachfließen kann.
Es wird davon ausgegangen, dass sich durch diese Verlagerung die Erdachse mehr neigt. Die Veränderungen sind noch nicht stark genug, dass sie sich auf unseren Alltag auswirken, allerdings wird sichtbar, was passiert, wenn die Erde sich immer weiter und schneller durch den Klimawandel erwärmt.
Neigung der Erdachse – Folgen
Die Folgen der Neigung unserer Erde ist für uns spürbar und sichtbar. Die Tage sind im Laufe des Jahres unterschiedlich lang und es gibt die thermischen Jahreszeiten, weil die Sonne im Laufe des Jahres unterschiedlich auf die Erde scheint. Die Neigung der Erdachse bestimmt dadurch unser Klima.
Das Klima ist ein typischer jährlicher Ablauf der Witterung.
Die Witterung beschreibt das Wetter während eines bestimmten Zeitraums.
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Forschende haben herausgefunden, dass die Neigung der Erdachse mit den Eiszeiten zusammenhängt.
Die Eiszeit ist ein Zeitraum der Erdgeschichte, in dem die Temperaturen absinken und sich Gletscher und Inlandeis bilden.
Der Wechsel zwischen Eis- und Warmzeiten erfolgte alle 41.000 Jahre. Die Neigung der Erdachse verändert sich alle 40.000 Jahre. Immer wenn die Erdachse weiter zur Sonne geneigt war, endete eine Eiszeit. Der Wechsel zwischen Eis- zu Warmzeiten findet also immer statt, wenn eine hohe Neigung der Erdachse vorherrscht. Umgekehrt heißt dies auch, dass es zu einer Eiszeit kommt, wenn die Erdachse nicht so weit geneigt ist und damit weiter von der Sonne entfernt ist.
Ein Blick in die Zukunft
Würde sich der bisherige Winkel der Erdachse ändern, hätte das fatale Folgen für das Leben auf der Erde. Forschende gehen aber davon aus, dass das Leben auf der Erde dann trotzdem nicht unmöglich wäre.
Es wurde festgestellt, dass der Mond sich jährlich um circa 4 cm von der Erde entfernt. Die Anziehungskraft des Mondes wäre irgendwann zu klein und die Erde würde aufgrund der Gravitationskräfte anderer Planeten kippen. Die Forscher*innen erstellten ein Modell, in dem die Erde um 54°, 70° und 80° geneigt ist.
Andere Forschende gehen davon aus, dass es bei einer Neigung von 80° unmöglich wäre, das Klima zu stabilisieren und ein Leben auf der Erde zu führen. Die Wissenschaftler*innen, die das Modell erstellt haben, geben allerdings Entwarnung. Im Sommer würden zwar an einigen Orten Temperaturen von bis zu 80° C herrschen, aber die Durchschnittstemperatur würde nicht von der jetzigen abweichen. Je nach Neigung der Erdachse und Lage einiger Regionen kann es dann passieren, dass einige Teile der Erde längere Zeit in völliger Dunkelheit liegen. Andere Regionen stünden wiederum unter ständiger Sonneneinstrahlung.
So eine große Neigung ist allerdings nur hypothetisch und es ist sehr unwahrscheinlich, dass es zu so einer großen Veränderung der Neigung kommt. Bis dieses Ereignis passieren könnte, können noch eine Milliarde Jahre vergehen.
Neigung der Erdachse - Das Wichtigste
- Schrägstellung der Erde = Neigung der Erdachse oder Obliquität
- Erdachse (Rotationsachse) = eine gedachte Linie zwischen geographischem Nord- und Südpol, um die sich die Erde dreht
- Die Neigung der Erdachse beträgt 23,4°.
- Die Erde umläuft die Sonne in einem Jahr in einer elliptischen Bahn.
- Durch die Neigung der Erdachse zur Sonne verändert sich die Sonneneinstrahlung und die thermischen Jahreszeiten entstanden.
- Durch den Klimawandel schmilzt Eis an den Polen und durch Bewässerung in Indien nimmt das Grundwasser ab, es kommt zu einer Masseumlagerung und die Erdachse könnte sich dadurch verlagern.
- Folgen der Neigung: unterschiedliche Tageslängen, unterschiedliche Jahreszeiten und Wechsel zwischen Eis- und Warmzeiten
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