Arbeitsblatt: Das Wetter

Das Wetter A. Das Wetter: Grundlagen Die Elemente, die das Wetter bestimmen, sind: Die Drehung der Erde um die eigene Achse und um die Sonne Die Atmosphäre Die Sonne 1. Die Drehung der Erde um die eigene Achse und um die Sonne. Die Sonne ist der feste Mittelpunkt unseres Sonnensystems. Die Planeten, zu denen auch die Erde gehört, bewegen sich in fast kreisförmigen Bahnen um die Sonne. Ausserdem dreht sich die Erde um sich selbst. Diese beiden Bewegungen legen auch zwei grundlegenden Dinge fest, die unser Leben bestimmen: das Jahr und den Tag. Das Jahr ist die Zeit, die die Erde braucht, um einmal um die Sonne zu kreisen. In einem Tag dreht sich die Erde einmal um sich selbst. Der Globus hat aber eine Neigung gegenüber der Sonne (circa 23,5 Grad). Diese Neigung ist verantwortlich für die Entstehung der Jahreszeiten. Durch die schiefe Stellung der Erde erreichen uns im Sommer viel mehr Sonnenenergie als im Winter. Demonstration: Model der Erde 2. Die Atmosphäre Die Erde ist mit einer Art „Lufthülle umgeben. Sie ist im Vergleich zum Radius der Erde ausgesprochen dünn. Innerhalb der Atmosphäre findet eine Umwandlung von Sonnen-Energie in Wärme statt. Die Atmosphäre setzt sich auf mehreren Schichten („Stockwerke) zusammen Gruppenarbeit: Vgl. Heft „Wetter, Seite 4: Kurze Präsentation an die Klasse: Zusammensetzung der Atmosphäre Das natürliche Treibhaus Erde Die Erde kann als ein natürliches Treibhaus bezeichnet werden. Wenn das kurzwelliges Licht auf die Erdoberfläche trifft (auf die Erde, auf die Pflanzen, die Menschen und Tiere, die Gebäude), wird ein Teil davon in Wärmestrahlung umgewandelt. Film (4) über das Treibhauseffekt: 3. Die Sonne und das Licht Die Sonne ist ein Stern wie Millionen andere in unserem Universum. Quellen: „Wetter, Markus Stäheli, Kant. Lehrmittelverlag, St. Gallen youtube Seite 1 Die Erde empfängt unentwegt von der Sonne Strahlungsenergie. Wir bemerken diese Energie als Licht. Auf dem Weg durch die Atmosphäre auf die Erdoberfläche wir der grösste Teil der Strahlung ausgefiltert. Die Ozonschicht der Stratosphäre wirkt wie eine gute Sonnenbrille und absorbiert einen grossen Teil der gefährlichen Ultraviolettstrahlung (UV-Strahlung). Nur etwa die Hälfte des Lichts erreicht den Erdboden. Die „Beleuchtungszonen Wieviel Sonnenenergie jeder Ort der Erdoberfläche erhält, ist vom Einfall der Sonnenstrahlen und der Zeitdauer der Bestrahlung abhängig. Die niederen Breiten um den Äquator erhalten wegen des steileren Einfallswinkels der Demonstration: Model der Sonnenstrahlen wiet mehr Energie als die polaren Regionen. Dort Erde bleibt der Einfallswinkel der Strahlen klein und im Winter verschwindet die Sonne gar für längere Zeit hinter dem Horizont. Ein Beispiel: Wenn wir mittags die Sonne am Himmel suchen, so finden wir sie in südlicher Richtung, da wir auf der nördlichen Erdhalbkugel in der Krümmung liegen. Wir bekommen nicht so viel Energie ab, wie die Länder, welche sich direkt am Äquator befinden. Dort steht die Sonne mittags über den Köpfen der Menschen. Mehr Energie trifft auf den Erdboden, das Klima ist sehr viel wärmer, was an den Wandgebieten Trockengebiete und Wüsten zur Folge haben kann. Man unterscheidet deshalb verschiedene Beleuchtungszonen, die sogenannten Klimazonen. 4. Die Klimazonen Durch die unterschiedlichen Einfallswinkle der Sonne entstehen die Klimazonen. Parallel zum Äquator ordnen sie sich in vier Streifen. Tropenzone (Durchschnittstemperatur 26 C) Die Temperaturen schwanken kaum, es ist heiss und feucht Subtropenzone (Durchschnittstemperatur 22 C) Es kommt in diesen Zonen zu Trocken- und Regenzeiten. Diese Gebiete gelten als „warm. Gemässigte Zone (Durchschnittstemperatur 5 C) In diesen Zonen sind die Temperaturen deutlich kühler. Die Jahreszeiten sind ausgeprägt. Polarzone (Durchschnittstemperatur -23 C) In diesen Gebieten ist es sehr kalt und sehr trocken. Das Zusammenspiel von der Drehung der Erde, der Atmosphäre und der Sonne haben auf der Erde die Klimazonen entstehen lassen. B. Meteorologie 1. Definition Quellen: „Wetter, Markus Stäheli, Kant. Lehrmittelverlag, St. Gallen youtube Seite 2 Das Wort Meteorologie bedeutet „Lehre von den Himmelerscheinungen. Die Meteorologie ist eine Physik der Atmosphäre und es spielen verschiedene Komponenten eine Rolle: Luftdruck, Lufttemperatur, Luftfeuchte, Luftdichte, Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten. Hinzu kommen Beobachtungen zum Niederschlag, zur Wolkenform und zum Bedeckungsgrad des Himmels. Es werden auch Messungen und Beobachtungen mit Hilfe von Wetterballonen und Wettersatelliten durchgeführt. 2. Wie entsteht Wetter? Auslöser für Wind und Wetter ist die Sonne. Die Sonne erwärmt die Landmassen und die Meeren und Ozeane. Da die Landmassen schneller aufgeheizt und abgekühlt werden als Meere und Ozeane, kommt es zu unterschiedlich erwärmten Gebieten auf der Erde. Der Luftdruck Wir sind auf der Erde von einer riesigen Luftschicht umgeben. Die unteren Schichten werden von den darüber liegenden Luftschichten zusammengedrückt. Experiment Warmluft/Kaltluft (Experiment mit dem „Händestapel) Durch dieses Gewicht entsteht ein Luftdruck. Der Luftdruck ist auf Meereshöhe am höchsten. Je höher man kommt, desto mehr nimmt der Luftdruck ab. Über 5000 Meter fällt das Atmen schwer. Experiment Luftdruck Der Luftdruck ist aber nicht nur von der Höhe über Meer abhängig: erwärmte Luft dehnt sich aus. Über eine erwärmte Stelle befindet sich weniger Luftmasse, es entsteht ein Tiefdruckgebiet. Bleibt die Temperatur tief, so ist der Luftdruck hoch. Die Luftmasse lastet auf der Erde und übt damit einen grossen Druck aus. Es herrscht ein Hochdruckgebiet. Experiment Luftdruck ( Bsarometer Tiefdruckgebiete und Hochdruckgebiete Durch diese Temperaturunterschiede verschieben und vermischen sich die Luftmassen, aber sehr unterschiedlich. Dadurch entstehen Winde Zwischen den kalten Polen und dem heissen Äquator müssen Temperaturunterschiede von mehr als 60 Celsius ausgeglichen werden. Dieser Ausgleich übernehmen Tiefdruckgebiete und Hochdruckgebiete Zu einem Tiefdruckgebiet strömen warme Luftmassen heran. Diese steigen auf. Dabei kondensieren sie. Im Anschluss regnet oder schneit es. Aus einem Tiefdruckgebiet heraus strömt die Luft in das Hochdruckgebiet. Dabei sinkt sie nach untern und breitet sich aus. Sie nimmt dabei Feuchtigkeit auf, löst Wolken auf und sorgt für Sonnenschein. Warum regnet es? Der Wasserkreislauf Die Luft vermag Wasser in Form von Wasserdampf je nach Temperatur bis zu einer gewissen Sättigung aufnehmen. Wenn das Wetter heiss ist, dampft mehr Wasser als bei kaltem Wetter, die Luftfeuchtigkeit ist entsprechend höher. Wenn die Temperatur sinkt (zum Beispiel in der Quellen: „Wetter, Markus Stäheli, Kant. Lehrmittelverlag, St. Gallen youtube Seite 3 Nacht), kann die Luft weniger Feuchtigkeit behalten. Es kann zu Regen kommen, denn die Regentropfen können nicht mehr in der Luft schweben und fallen zur Erde. Wenn es Gebirge gibt, stauen und türmen sich die Wolken an den Bergen, da die Luft mit zunehmender Höhe kälter ist. Experiment Kondensation Das Klima-Element Temperatur Sobald das Licht der Sonne in Berührung mit einem Gegenstand oder einem Lebewesen kommt, werden die Strahlen umgewandelt in Wärme. Wärme kommt also von unten und strahlt zurück ins Weltall. Temperatur bedingt durch Meere und Seen Wasser gleicht die Temperatur aus, da es sich langsamer erwärmt als das Land, dafür gibt es auch langsamer wieder Wärme ab. Es speichert also Wärme länger und gleicht daher Temperaturen zwischen Nacht und Tag aus. Temperatur bedingt durch Höhenlage Die Höhenlage von Gegenden beeinfluss die Temperatur. Einerseits ist es je höher desto kühler. Anderseits ist die Sonneneinstrahlung in Gebirge wegen des kleineren Winkels weniger intensiv. Temperatur bedingt durch Vegetation In der Wüste gibt es wenig bis kaum Vegetation: es ist heiss am Tag, kalt in der Nacht. Herrscht aber eine üppige Vegetation, spendet diese Schatten am Tag und gibt in der Nacht die gespeicherte Wärme wieder ab. Temperatur bedingt durch Meereströmung Ein Beispiel sind die milderen Temperaturen an der norwegischen Küste (bedingt durch den Golfstream, aus Süden kommend) und die tiefere Temperaturen in Kanada (bedingt durch kalte Strömungen aus dem Norden), obwohl sich beide Länder auf der gleichen Breitegrad befinden. C. Winde 1. Wie entsteht der Wind? Sind die Luftmassen in Bewegung, nennt man dies „Luftströmung oder „Wind. Vor allem ungleiche Sonneneinstrahlungen und die unterschiedliche Beschaffenheit von Land- bzw. Wasseroberflächen verursachen Temperatur- und Druckunterschiede zwischen verschiedenen Gebieten. Allgemein kann man sagen, dass sich die Luft bei Sonnenlicht auf dem Land intensiver und schneller erwärmt als über einer Wasseroberfläche. 2. Die Windskala von Beaufort Sir Francis Beaufort (1774 – 1857) hatte ein System eingeführt, mit welchem die Windstärken untereinander verglichen werden konnten. Stärke „0 bedeutet Windstille – Stärke „12 Orkan. 3. Lokale Winde: Seewind, Landwind, Talwind, Bergwind Quellen: „Wetter, Markus Stäheli, Kant. Lehrmittelverlag, St. Gallen youtube Seite 4 Gruppenarbeit: Vgl. Heft „Wetter, Seiten 12-13: 4 Gruppen. Zu zweit oder zu dritt erklärt euch einander die Entstehung eines Windes. (5) Anhand eines Schemas an der Schwarztafel wird in einem zweiten Schritt der Wind der ganzen Klasse erklärt. Globale Winde Globale Winde umkreisen die ganze Erde, sich vom Äquator ausbreitend und bestimmen sowohl den ganzen Klimaablauf auf der Erde. Passat- und Ostwinde wehen dicht über der Erdoberfläche und werden in einer Höhe von einigen tausend Metern von Westwinden abgelöst. Die Geschwindigkeit der Westwinde nimmt mit zunehmender Höhe zu. Die sehr starken Westwinde konzentrieren sich in einem schmalen Gürtel in so genannten Jetstream in einer Höhe von etwa 10 bis 20 Kilometern. Dort erreichen sie Windgeschwindigkeiten von bis zu 550 Kilometern pro Stunde. Winde wehen nicht geradlinig von Experiment: CoriolisHoch- zu Tiefdruckgebieten. Sie werden infolge der Erdrotation Experiment: Wind Kraft abgelenkt. Nach rechts auf der erzeugen Nordhalbkugel und nach links auf der Südhalbkugel. Jahreszeitliche Winde Jahreszeitliche Winde sind Winde, welche nur in einer bestimmten Jahreszeit vorkommen. Sie bestimmen oft das ganze Klima einer Region. Monsune in Asien ändern ihre Richtung im Sommer und im Winter. Im Sommer ist das Klima sehr feucht. Der Schirokko entsteht im Sahara, ist trocken und heiss und verursacht einen feuchten Wetter in Südeuropa im Frühling. Der Mistral ist ein trockener Fallwind in Südfrankreich. Im Winter und Frühjahr verursacht er Sturmschäden. Der Chinook ist ein warmer Wind in den nordamerikanischen Rocky Mountains. Böen Böen treffen als heftige Windstösse zu Beginn eines Gewitters auf. 4. Wirbelstürme, usw. Wirbelstürme, Zyklone, Taifune, Zyklonen, Tornados, Windhosen sind heftige und gewaltige Winderscheinungen. Bei Wirbelstürmen handelt sich um rotierende, kompakte Luftwirbel mit hohen, extremen Windstärken, die über Meeren entstehen. In Amerika nennt man sie „Hurrikan, im indischen Quellen: „Wetter, Markus Stäheli, Kant. Lehrmittelverlag, St. Gallen youtube Seite 5 Ozean „Zyklon. Im Zentrum dieser Stürme befindet sich jeweils eine grosse Zone in Zentrum (15 – 30 km) mit einem extremen Unterdruck, dem so genannten „Auge des Zyklons. Tornados entstehen meist aus Gewitterwolken oder Wirbelstürmen. Ein Wolkengebiet beginnt sich zu drehen. Es bildet sich eine Art „Trichter, der bis zum Boden reicht. Der Durchmesser eines Tornados beträgt 10 bis 400 m, im Zentrum können Windgeschwindigkeiten bis zu 500 km/h entstehen. Film (4) über Wirbelstürme, usw.: 5. Gewitter, Blitz und Donner Definition und Entstehung Ein Gewitter ist ein lokal begrenztes Niederschlagereignis. Zwischen zwei Wolken (es sind immer Cumulonimbus) oder zwischen Wolken und Erde gibt es eine elektrische Entladung (Blitz). Die Wolken laden sich dadurch, dass eine feuchtwarme Luft rasch aufsteigt und rasch abkühlt. Der Blitz führt zu einem Ladungsausgleich. Durch den Blitz wird die Luft schlagartig stark erwärmt. Diese heisse Luft erzeugt eine Druckwelle (Experiment: eine Luftballon stark aufblasen, erhitzen sie platzt), welche sich mit Schallgeschwindigkeit breitet (333 m/s Meter pro Sekunde). Dies wird als Donner hörbar. Das Licht des Blitzes verbreitet sich in der Luft mit 300‘000 km/s. Aus der Differenz zwischen der Wahrnehmung des Lichtblitzes mit dem Auge und dem Hören des Donners kann somit die Entfernung zum Gewitter berechnet werden. Experiment: Die elektrische Ladung Film (7) über Gewitter, usw.: Gruppenarbeit: Schutz vor dem Gewitter Vgl. Heft „Wetter, Seite 27 – die 5--6. müssen dann ein Blatt mit Vorsichtsmassnahmen für die ganze Klasse erstellen. Quellen: „Wetter, Markus Stäheli, Kant. Lehrmittelverlag, St. Gallen youtube Seite 6 Quellen: „Wetter, Markus Stäheli, Kant. Lehrmittelverlag, St. Gallen youtube Seite 7 D. Die Entstehung des Wetters 1. Definitionen und Wetterkarten lesen Isobaren, Luftdruck, Fronten 2. Wetterkarten lesen Seite von Meteo Schweiz: Wetterkarten werden mit Hilfe von Computern erstellt und von Meteorologen ausgewertet. In Zürich befindet sich die Zentrale des offiziellen halbstaattlichen Wetterdienst, Meteo Schweiz. Hier werden die nationalen Prognosen erarbeitet. Hausaufgabe: Familie und Bekannte nach „Wettervorhersagen-Tipps fragen. Diese schriftlich notieren und für die nächste Stunde in die Schule mitnehmen. 3. Wetterlage in der Schweiz Die häufigen Wetterlagen in der Schweiz Gruppenarbeit: Vgl. Heft „Wetter, Seite 28-29 Die häufigen Wetterlagen der Schweiz vorstellen. Das Wesentliche wird auf ein Blatt geschrieben und der Klasse vorgestellt. Das Blatt dient als Grundlage für die Probe für alle. Isobaren sind Luftdrucklinien. Tiefdruckgebiete und Hochdruckgebiete kann man sehr gut auf Wetterkarten sehen. Diese Linien heissen Isobaren. Die Zahlen an den Linien beziffern den Luftdruck, bezogen auf die Meereshöhe. Bei engem Isobarenstand ist mit stürmischem Wetter zu rechnen, während weiter Abstand meist windstilles Wetter bringt. (Quelle: Meteoschweiz) Im Zentrum des Tiefs ist es überwiegend wolkig mit Aufheiterungen und wenig Niederschläge. Entfernt man sich aber vom Zentrum, sind lang andauernder Regen mit Sturmböen die Folge. In den Bereichen der Warmfronten und Kaltfronten kommt es zu den meisten Niederschlägen und Winden. Quellen: „Wetter, Markus Stäheli, Kant. Lehrmittelverlag, St. Gallen youtube Seite 8 Warmfront und Kaltfront Eine Warmfront entsteht dann, wenn warme Luft auf eine ruhende Kaltluftmasse ausgleitet (sie schiebt sich förmlich über die Kaltluft). Dadurch wird die feuchtwarme Luft in die Höhe getrieben und sorgt für Wolkenbildung und andauernden Niederschläge. Dies entsteht in der Schweiz vor Allem im Winter. Ähnlich geschieht das bei einer Kaltfront, nur dass sich dabei die kalte Luft unter die Warme schiebt und diese zum Aufsteigen zwingt. Der Regen dauert weniger lang, dafür aber umso kräftiger. Teilweise sind Gewitter möglich. Eine Kaltfront kommt immer schneller als eine Warmfront. Eine Kaltfront in der Schweiz entsteht fast nur im Sommer. Die Hoch- und Tiefdruckgebiete In unsere Wetterküche, dem Atlantik, wird das Wetter für Europa hergestellt. (Warum? Vgl. Coriolis-Kraft.) Der Grund: Polarluft trifft auf Tropenluft (Golfstream) und schon kommt eine Vermischung von kalter und warmer Luft zu Stande. Ein neues Tief ensteht. 4. Die Wolken Definition In der Luft gibt es immer Wasserdampf. Dies nennt man die Luftfeuchtigkeit. Die Wolken bestehen aus Tropfen, welche sich an winzigen Keimen (Russpartikel und Staubpartikel) kondensieren wenn die Luft sich abkühlt. Wie entstehen Wolken? Steigende Luft kühlt sich ab. Damit nimmt die relative Luftfeuchtigkeit dieser steigenden Luft zu. Nach erreichen einer Sättigungsgrenze kondensiert bei weiterer Abkühlung der überschüssige Wasserdampf. Winzige Wassertropfen bilden sich und werden mit dem Luftaufwind in der Schwebe gehalten. Ein Ansammlung dieser Wassertropfen wird als Wolke sichtbar. Experiment Wolkenbildung im Glas Einzelarbeit: Das Büchlein „Wolken anfertigen Nach ihrer Höhe werden die Wolken in drei grosse Klassen unterteilt. 5. Niederschlag Niederschläge wie Regen, Schnee und Hagel entstehen, wenn Eiskristalle, die zunächst mikroskopisch sind, zu fallen beginnen. In tieferer Höhe auf Grund der höheren Temperaturen schmelzen sie und verbinden sich mit Wassertropfen. Von Höhenwinden werden sie wieder Quellen: „Wetter, Markus Stäheli, Kant. Lehrmittelverlag, St. Gallen youtube Seite 9 nach oben gerissen. Dort gefrieren sie erneut. Dieser Prozess wiederholt sich so lange, bis der Tropfen so schwer wird, dass er zu Boden fällt. Bei Hagel gefrieren Regentropfen und es bilden sich Eisschicht um Eisschicht um die Körner, bis sie zu schwer sind und zu Boden fallen. Schnee kann entstehen, wenn sich Eiskristalle bei -20 bis -40 in den Wolken bilden und die Lufttemperatur bis zum Erdboden unterhalb des Gefrierpunktes liegt. Einzelarbeit Vgl. Heft „Wetter, Seite 24-25 Ich entscheide über Niederschläge-Arten, die ich lernen will. Ich schreibe mir eine kurze, einfache Definition in einem Satz, die ich dann wissen muss. Vorgabe: 6. Klasse: 8 Arten 5. Klasse: 6 Arten 4. Klasse: 4 Arten E. Klimaerwärmung Natürliche Ursachen der Klimaveränderungen sind: Gase und Asche aus Vulkanausbrüche, wechselnde Lagen der Erde zur Sonne, Schwankungen der Sonnenstrahlung. Seit des Beginns der Industrialisierung im XIX. Jahrhundert hat sich die Luft kontinuierlich mehr verschmutzt. Durch die starke und andauernde Abholzung auf der ganzen Welt, die steigende Verbrennung der fossilen Energie (Erdöl, Kohle) steigt der Anzahl Partikeln, welche den natürlichen Treibhauseffekt der Atmosphäre verstärken. Die Wissenschaft kann bis heute keine festen Gründe für die Klimaerwärmung geben. Durch die einmalige Geschwindigkeit der heutigen Klimaerwärmung in der Erdgeschichte scheint es jedoch immer klarer zu werden, dass der Mensch einen wesentlichen Anteil an der Ursache hat. Zwei Filme über die Klimaerwärmung und die Konsequenzen für die ganze Erde: Film 1 (14): Film 2 (14): Quellen: „Wetter, Markus Stäheli, Kant. Lehrmittelverlag, St. Gallen youtube Seite 10