Erdfernerkundung - Numerische Physik: Modellierung

4.8. MISSION TO PLANET EARTH 213
im wesentlichen die Prozesse, die die Erde geformt haben bzw. externe Einflüsse, die sich auf
derartig langen Zeitskalen abspielen, z.B. klimatische Veränderungen durch Schwankungen
der Erdbahnparameter (Milankovich-Theorie) oder Veränderungen des solaren Energieoutputs.
Die andere Zeitskala umfasst Perioden von Jahrzehnten oder Jahrhunderten. Dazu
gehören auch die anthropogenen Einflüsse auf das Klima und die Biosphäre (Spurengase,
CO2, Ozonloch, Abholzung des tropischen Regenwaldes, Flächenversiegelung).
§ 693 Die wesentliche Zielsetzung ist also, die Erde als etwas veränderliches zu erkennen, die
Zeitskalen dieser Veränderungen zu beschreiben und zu den durch den Menschen bewirkten
Veränderungen in Beziehung zu setzen.
§ 694 Die wesentlichen Anstöße zu den langfristigen Forschungen kommen aus der Geophysik
und Geologie, als wesentliche Stichworte seien hier erwähnt Prozesse im Kern und Mantel
der Erde, die ihrerseits wieder Auswirkungen auf das Erdmagnetfeld (dessen Veränderungen
wir an den Ablagerungen in der Nähe der Tiefssegräben verfolgen können) und durch Ausgasungsprozesse
auch auf die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre haben. 10 Auch
die Ausbildung der Topographie ist über die Kontinentaldrift und Vulkanismus mit den
Vorgängen im Erdinnern verbunden. Die Bedeutung der Kontinentaldrift für das Klima auf
der Erde und auch die Entwicklung von Leben ist nicht zu vernachlässigen; so können z.B.
Eiszeiten nur dann entstehen, wenn mindestens eine Polregion landbedeckt ist oder, wie im
Falle des Norpols, so von Land umschlossen ist, dass die warmen Meeresströmungen nicht bis
in diese Bereiche gelangen können [173, 216, 227]. Veränderungen der Lage der Kontinente
bewirken natürlich auch Veränderungen in den globalen Zirkulationsmustern (sowohl Meeresals
auch atmosphärische Zirkulation). Zusätzlich sind auf diesen langen Zeitskalen auch
Veränderungen externer Parameter wie z.B. der Einstrahlung der Sonne zu berücksichtigen
§ 695 Die meisten anderen an der Mission to Planet Earth beteiligten Wissenschaftsbereiche
befassen sich eher mit den kurzzeitigen Veränderungen, über die Abb. 4.6 einen Überblick
gibt. Dabei sind die Grössen n(x) und φ(x) jeweils Konzentrationen bzw. Flüsse einer Größe
x. Beispiele sind die Glazialogie, die das Schnee- und Eisvorkommen auf der Erde kartographiert,
dazu gehören auch Veränderungen in der Eisbedeckung der Antarktis sowie
Gletscherschwankungen. Diese Untersuchungen geben Aufschlüsse über lokale und globale
Veränderungen von Lufttemperatur und Zirkulationssystemen. Ein weiterer Forschungspunkt
ist in diesem Zusammenhang die Dynamik schneller Gletschervorstöße. Alle diese Fragen sind
auch mit der Frage nach klimatischen Änderungen und den möglichen anthropogenen Einflüssen
verbunden, so können Gletscher z.B. als eine Art globales Thermometer betrachtet
werden, haben jedoch ihrerseits durch Veränderungen der lokalen Strahlungsbilanz auch wieder
Rückwirkungen auf die Prozesse, die sie zum Wachsen oder Schrumpfen brachten (positive
und negative Feedback-Mechanismen [124]).
§ 696 Nicht nur mit den Gletschern sondern ebenso mit der Biosphäre verbunden ist der
Wasserkreislauf als Forschungsgebiet der Hydrologie. Hierzu gehören die regionale und globale
Bestimmung von Niederschlag und Verdunstung (Feuchtebilanz), insbesondere auch die
Frage, welche Merkmale diese Niederschlagsmuster bestimmen. Interessant ist hier der tropische
Regenwald, da er über dem Festland die größten Niederschlagsmengen erhält. Der
Wasserkreislauf beeinflusst jedoch über die regionale Niederschlagsverteilung nicht nur die
10 Heutige Vorstellungen über die Entwicklung des Planetensystems gehen davon aus, dass Atmosphäre
und Hydrosphäre durch Vulkanismus aus der noch heißen, jungen Erdkugel entstanden sind; die sich dabei
ausbildende Uratmosphäre war ursprünglich völlig lebensfeindlich – zumindest für heutiges Leben. Die
Cyanobakterien als die ersten Lebensformen begannen dann jedoch, die Atmosphäre zu verändern, so dass
sich in einem ca. 3.8 Milliarden Jahre dauernden Wechselspiel zwischen Leben und Atmosphäre die heutige
Atmosphäre entwickelt hat. Die größte Umweltverschmutzung war demnach der Übergang des Lebens vom
Meer auf das Land: die Uratmosphäre enthielt keinen Sauerstoff und damit auch kein Ozon, so dass biologische
Materie an Land sofort durch die solare UV-Strahlung zerstört wurde. Erst als die Pflanzen im Wasser
soviel Sauerstoff ausgeatmet hatten, dass sich eine dünne Ozonschicht bilden konnte, konnten sie auch die
Landflächen besiedeln und durch erhöhte Bioproduktivität den Sauerstoff in die Atmosphäre eintragen und
damit die Ozonschicht ermöglichen, die zur Entwicklung höherer Lebewesen erforderlich war.
c○ M.-B. Kallenrode 2. Juli 2008