Das ENSO-Phänomen

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ENSO-Lexikon

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Caatinga

Offener, lichter und laubwerfender Trockenwald vom Typ der Dornbaumsavanne in Mittel- und Südamerika. Im Nordosten Brasiliens bedeckt er weite Ebenen, die mit schwach hügeligem und stärker bewegtem Gelände abwechseln. Das Klima im Nordosten ist gleichmäßig warm, mit Temperaturen von 24 bis 26 °C. Die Niederschläge liegen zwischen 500 und 700 mm/a. Die humiden Monate sind Februar bis Mai, die Trockenzeit währt demnach acht Monate. Passate aus NO, O und SO wehen während der Trockenzeit am stärksten. Die Niederschlagsverlässlichkeit ist verhältnismäßig gering. Insbesondere bei El Niño-Ereignissen kann es zu verheerenden Dürren kommen.
Tiefgründig verwitterte Böden wechseln mit Rohböden ab. Sandige Bodenarten überwiegen und haben einerseits steinige, andererseits auch schluffige Beimengungen.
Neben Mimosen kommen zahlreiche Palmen, Dorngewächse und Sukkulenten vor, deren Lebensform auf die ariden Verhältnisse hinweist.

Juazeiro

Großer Flaschenbaum

Juazeiro

Der immergrüne Juazeiro (Zizyphus juazeiro) gilt als Charakterbaum des Caatinga-Trockenwaldes (südwestlich Garanhuns/Brasilien)

Großer Flaschenbaum

Großer Flaschenbaum (Cavanillesia arborea) vor dem Caatinga-Trockenwald (Coribe, Santa Maria da Vitoria/Brasilien)

Quelle: Seibert, Paul (1996): Farbatlas Südamerika, Stuttgart
Dornige Bromeliaceen

Dornige Bromeliaceen

 

Dornige Bromeliaceen wie Encholirium spectabile und Kakteen sind ein wesentlicher Bestandteil der Bodenvegetation (nordöstlich Petrolina/Brasilien).

Quelle: Seibert, Paul (1996): Farbatlas Südamerika, Stuttgart

Die Landnutzung steht unter dem Einfluss der lang anhaltenden und unregelmäßig intensiv auftretenden Dürre. Katastrophale Trockenheit, Missernten, verdurstende Viehbestände, Menschen, die von der Trockenheit und vom Hunger vertrieben werden, prägen ebenso das Bild vom brasilianischen Nordosten, wie auch gelegentliche Starkniederschlagsereignisse.
Im semiariden Innern der Caatinga ist die Viehhaltung (Rinder und Ziegen) die wichtigste Landnutzung. Sie wird in freier Triftweide, aber auch auf eingezäunten Ansaatflächen betrieben. Angebaut werden Baumwolle, Sisal, Erdnuss, Opuntien und in den feuchteren Teilen auch Reis, Maniok u.a. tropische Früchte. Forstwirtschaftlich ist die Caatinga von geringer Bedeutung.

Weidelandschaft in der Caatinga

Weidelandschaft in der Caatinga

 

Allenthalben sind noch Gebüsche und Reste des Trockenwaldes erhalten (Coribe - Santa Maria da Vitoria/Brasilien)

Quelle: Seibert, Paul (1996): Farbatlas Südamerika, Stuttgart

Canonical El Niño

Bezeichnung für die herkömmliche El Niño-Variante mit Warmanomalien im östlichen Pazifik zur Abgrenzung von der zentralpazifischen Variante.

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CENSOR

Engl. Akronym für Climate variability and El Niño Southern Oscillation: Implications for natural coastal Resources and management, dt. 'Klimavariabilität und El Niño-Luftdruckoszillation der Südhalbkugel: Auswirkungen auf natürliche Küstenresourcen und Management'. Unter Leitung des Alfred-Wegener-Institut (AWI) in Bremerhaven wurden in dem Projekt die vorhandenen Informationen über das küstennahe Ökosystem vor Südamerika zusammengetragen, in Datenbanken erfasst und der Wissenschaft, dem Fischereimanagement, politischen Entscheidungsträgern sowie der breiten Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Dies ist mit Handlungsvorschlägen für Politiker und Fischereigenossenschaften verbunden. Gleichzeitig wurden Arbeiten auf See und im Labor an verschiedenen Orten entlang der Pazifikküste durchgeführt.

Eine Kombination von Daten aus der Geschichte und aktuellen Ergebnissen soll als biologisches Vorhersageinstrument für El Niño genutzt werden, um die lokalen Fischer vor Südamerika frühzeitig vor den katastrophalen Auswirkungen zu warnen und den negativen Effekt zu mildern. Zudem sollen positive Auswirkungen auf marine Ressourcen in Zukunft besser genutzt und Alternativen zur herkömmlichen Fischerei entwickelt werden.

Die Datenbank umfasst auch sog. graue Literatur, die als eine der wichtigsten Quellen naturwissenschaftlichen Wissens angesehen wird. Dazu zählen Semester- und Diplomarbeiten, Notizbücher und andere nicht veröffentliche Texte aus dem universitären Umfeld. CENSOR sammelte diese Daten, sichtete sie und brachte sie in ein einheitliches Format. Sie wurden dann im Weltdatenzentrum für marine Umweltwissenschaften (WDC-MARE) archiviert und zugänglich gemacht.

Letztendlich zielte das Projekt darauf ab, neue Managementstrukturen für die marinen Ressourcen eines Küstenökosystems zu entwickeln, das unter dem Einfluss häufiger und starker Klimaschwankung steht. In die zukünftigen Modelle sollen neben der Ökologie von Organismen und Umweltfaktoren auch sozioökonomische Parameter einfliessen. Das Projekt Censor begann am 1. Oktober 2004 begonnen und hatte eine Laufzeit von vier Jahren. Neben dem AWI waren an dem interdisziplinären Projekt das Zentrum für Marine Tropenökologie in Bremen beteiligt, das GeoForschungszentrum in Potsdam, Institute aus Frankreich und Spanien sowie Partner aus Chile, Peru und Argentinien.

Chaostheorie

Eine mathematische Theorie, die sich mit Systemen befasst, deren Verhalten scheinbar regellos ist, obwohl ihre Komponenten durch eindeutige Gesetze beherrscht werden. Die Natur zeigt eine Tendenz zu chaotischem Verhalten. So entwickeln großräumige Wettersysteme ungeordnete Strukturen, wenn sie mit komplexeren örtlichen Systemen in Wechselwirkung stehen.

In Bezug auf das ENSO-Phänomen hat man versucht, die Chaostheorie z.B. zur Erklärung der Telekonnektionen heranzuziehen. Eine gewisse Zurückhaltung scheint dabei geboten, da es in vielen Fällen möglicherweise doch plausiblere Erklärungen gibt, die einfach noch nicht gefunden sind. Außerdem bezieht sich die Chaostheorie mehr auf einmalige Ereignisse, wobei aber El Niño durchaus auch viele wiederkehrende Auswirkungen hat, die eben doch im Gegensatz zur obigen Definition nicht regellos zu sein scheinen.

Daneben versucht man auch das schnelle Auftreten von El Niño-Ereignissen und den abrupten Übergang zu La Niña-Bedingungen mit der Chaostheorie zu erklären.

Chlorophyll

Derjenige Farbstoff von Pflanzen, der ihnen ihre grüne Farbe verleiht und das zur Photosynthese notwendige Licht absorbiert. Die intensive grüne Farbe rührt von der starken Absorption des Chlorophylls im roten und blauen Spektralbereich. Aus diesem Grund erscheint das Licht, das vom Chlorophyll reflektiert und ausgesandt wird, grün. Chlorophyll ist in der Lage, Energie des Sonnenlichts über die Photosynthese in chemische Energie zu verwandeln. In diesem Prozess wandelt die vom Chlorophyll absorbierte Energie Kohlendioxid und Wasser in Kohlenhydrate und Sauerstoff um.

An der Basis des Nahrungsnetzes der Meere stehen einzellige Algen und andere pflanzenähnliche Organismen, die als Phytoplankton bekannt sind. Wie die Pflanzen an Land nutzt das Phytoplankton Chlorophyll und andere lichtsammelnde Pigmente zur Durchführung der Photosynthese und absorbiert atmosphärisches Kohlendioxid, um Zucker für Nahrung zu produzieren. Das Chlorophyll im Wasser verändert die Art und Weise, wie es das Sonnenlicht reflektiert und absorbiert, so dass die Wissenschaftler die Menge und die Verteilung des Phytoplanktons kartieren können. Diese Messungen geben den Wissenschaftlern wertvolle Einblicke in die Gesundheit der Meeresumwelt und helfen ihnen, den Kohlenstoffkreislauf der Ozeane zu untersuchen.

Die NASA erstellt Chlorophyllkarten (s.u.), die für jeden Monat das Chlorophyll in Milligramm pro Kubikmeter Meerwasser anzeigen. Orte, an denen die Chlorophyllmengen sehr gering waren, was auf eine sehr geringe Anzahl von Phytoplankton hinweist, sind blau. Orte, an denen die Chlorophyllkonzentration hoch war, was auf eine hohe Anzahl von Phytoplankton hinweist, sind dunkelgrün. Die Beobachtungen stammen vom Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) auf dem NASA-Satelliten Aqua. Land ist dunkelgrau, und Orte, an denen MODIS aufgrund von Meereis, Polardunkelheit oder Wolken keine Daten sammeln konnte, sind hellgrau.

Die höchsten Chlorophyllkonzentrationen, wo winzige oberflächenbewohnende Meerespflanzen gedeihen, finden sich in kalten polaren Gewässern oder an Orten, an denen Meeresströmungen kaltes Wasser an die Oberfläche bringen, wie rund um den Äquator und entlang der Küsten der Kontinente. Es ist nicht das kalte Wasser selbst, welches das Phytoplankton stimuliert. Vielmehr sind die kühlen Temperaturen oft ein Zeichen dafür, dass das Wasser aus der Tiefe des Ozeans an die Oberfläche gequollen ist und Nährstoffe mit sich führt, die sich im Laufe der Zeit angesammelt haben. In polaren Gewässern sammeln sich während der dunklen Wintermonate, wenn Pflanzen nicht wachsen können, Nährstoffe im Oberflächenwasser an. Wenn im Frühling und Sommer das Sonnenlicht zurückkehrt, gedeihen die Pflanzen in hohen Konzentrationen.

Ein Band kühlen, pflanzenreichen Wassers umkreist den Globus am Äquator, wobei das stärkste Signal im Atlantik und in den offenen Gewässern des Pazifiks zu erkennen ist. Diese Zone mit verstärktem Phytoplanktonwachstum ist auf den häufigen Auftrieb von kühlerem, tieferem Wasser infolge der vorherrschenden östlichen Passatwinde zurückzuführen, die über die Meeresoberfläche wehen. In vielen Küstengebieten leitet der ansteigende Abhang des Meeresbodens kaltes Wasser aus den untersten Schichten des Ozeans an die Oberfläche. Das Auftriebswasser trägt Eisen und andere Nährstoffe vom Meeresboden nach oben. Der kalte Küstenauftrieb und das anschließende Phytoplanktonwachstum sind am deutlichsten an den Westküsten Nord- und Südamerikas und im südlichen Afrika zu beobachten.

Marines Chlorophyll - Weltkarte

Chlorophyllkonzentration als Maß für die Phytoplanktondichte in den Ozeanen (Situation August 2023)

Phytoplankton tritt besonders dicht auf in hohen Breiten und in Auftriebsgebieten entlang des Äquators sowie entlang von Küsten. Es ist gering konzentriert in weiten Teilen der hohen See (kräftiges Blau), wo die Nährstoffgehalte gering sind. Die Karte zeigt die Chlorophyllkonzentration der Weltmeere im März 2020 und führt durch Anklicken zu einer Animation für die Zeit von 2002 bis zur Gegenwart. Sie wurde von der NASA auf der Basis von Daten des Instruments MODIS erstellt, das sich an Bord der Satelliten Aqua und Terra befindet.

Zur Animation auf Bild klicken

Quelle: NASA Earth Observatory

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Climate Engineering

Oft synonym mit Geoengineering gebrauchter Begriff für vorsätzliche und großräumige Eingriffe mit technologischen Mitteln in geochemische oder biogeochemische Kreisläufe der Erde. Climate Engineering umfasst sowohl Technologien zur ursächlichen Rückführung als auch Technologien zur symptomatischen Kompensation des anthropogenen Klimawandels. Die ersten werden als Carbon Dioxide Removal (CDR) bezeichnet, da die atmosphärische CO2-Konzentration gesenkt wird; die zweiten werden als Radiation Management (RM ) bezeichnet, da die Strahlungsbilanz und damit die Temperatur direkt beeinflusst wird. CDR-Technologien zielen darauf ab durch biologische, chemische oder physikalische Prozesse atmosphärisches CO2 durch den Ozean oder die terrestrische Biosphäre aufnehmen zu lassen bzw. direkt geologisch zu speichern. Bei RM -Technologien wird entweder die kurzwellige Sonneneinstrahlung auf die Erde reduziert bzw. deren Reflektion erhöht oder die langwellige thermische Abstrahlung ins Weltall erhöht.

Die Bewältigung des Klimawandels ist eine Kernaufgabe des 21. Jahrhunderts. „Climate Engineering“ scheint hier auf den ersten Blick einen neuen Ausweg zu eröffnen. Entsprechende technologische Verfahren erzielen in jüngster Zeit eine erhöhte Aufmerksamkeit – insbesondere auf internationaler Ebene. Von einer großflächigen Erprobung oder gar Umsetzung ist Climate Engineering allerdings noch weit entfernt. Eine zuverlässige Bewertung der diskutierten Verfahren ist überaus schwierig – nicht zuletzt aufgrund der Neuartigkeit, der ökologischen Eingriffstiefe und der weit reichenden politischen und wirtschaftlichen Konsequenzen. Ob Climate Engineering eine Ergänzung zum Klimaschutz und zur Anpassung an nicht mehr vermeidbare Klimaveränderungen bilden könnte und sollte, ist noch völlig offen.
Climate Engineering wirft zahlreiche Fragen von grundsätzlicher Bedeutung auf: Welche Vorschläge sind wissenschaftlich realistisch? Lassen sie sich technisch umsetzen und wie wirksam werden sie voraussichtlich sein? Mit welchen Wechsel- und Nebenwirkungen (z. B. im Klimasystem) müssen wir rechnen? Wie weit lösen sich Effizienzvorteile einzelner Verfahren bei einer umfassenden gesamtwirtschaftlichen Betrachtung auf? Wird Climate Engineering zur Belastungsprobe für die Gesellschaft und die internationalen Beziehungen? Ist ein gezielter Eingriff in das Erdsystem ethisch überhaupt zulässig bzw. verantwortbar?

Hinsichtlich ENSO ist völlig ungeklärt, ob z.B. das Einbringen reflektierender Materialien nicht nur zu einer Absenkung der globalen Temperatur führte, sondern unbeabsichtigte weitere Folgen nach sich zöge, etwa verstärkte El Niño-Ereignisse, die besonders einzelne Länder träfen.

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Ausgewählte Verfahren des Climate Engineering

Dabei werden unter diesem Begriff zwei grundlegend unterschiedliche Strategien zusammengefasst:

  1. Der erste Typus wird als Carbon Dioxide Removal (CDR, Kohlendioxid-Entnahme) bezeichnet und greift mit der Beeinflussung des Kohlenstoffkreislaufs in den Naturhaushalt der Erde ein. Die hierbei diskutierten Methoden sollen Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernen und langfristig speichern. Auf diese Weise soll der Atmosphäre die Ursache der Klimaerwärmung entzogen werden: die erhöhte Kohlendioxid-Konzentration, verursacht durch die Emissionen aus fossilen Energieträgern.
  2. Zum anderen werden Methoden diskutiert, die in den Strahlungshaushalt der Erde eingreifen. Sie sollen dafür sorgen, dass weniger Strahlung die Erde erreicht oder Strahlung stärker ins Weltall abgegeben wird. Dieser Verfahrenstypus wird als Radiation Management (RM, Strahlungs-management) bezeichnet. Er soll die Erderwärmung reduzieren, obwohl die Treibhausgase, insbesondere das sehr langlebige Kohlendioxid, in der Atmosphäre verbleiben.
Quelle: DFG 2019

CLIVAR

Engl. Akronym für Climate Variability & Predictability; ein internationales Programm zur Erforschung von Klimavariabilität und -vorhersage in Zeitskalen von Monaten bis Dekaden sowie der anthropogenen Klimabeeinflussung. CLIVAR wurde als eine der wichtigsten Komponenten des World Climate Research Programme 1995 begonnen und hat eine Laufzeit von 15 Jahren.

Beachten Sie die CLIVAR-Poster und Transparencies im Anhang.

Coccolithophoriden

Marine, einzellige Algen, die winzige kalzitische Schuppen, die Coccolithen, ausbilden. Die Coccolithophoriden gehören zum Kalknannoplankton (nano: griechisch für Zwerg), das die heterogene Gruppe aller planktischen kalkigen Fossilien kleiner als 30 µm umfasst. Dabei bilden den mit Abstand dominierenden Anteil an den Nannofossilien. So sind Coccolithophoriden trotz ihrer winzigen Größe von nur 3 bis 30 µm (1 µm = 0,001 mm) eine der bedeutenden Gruppen des marinen Phytoplanktons insgesamt. Sie kommen in der lichtdurchfluteten Zone aller Weltmeere vor und erreichen ihre größte Artenvielfalt in den nährstoffarmen "ozeanischen Wüsten" der Tropen und Subtropen. Da sie im Ozean in großen Mengen auftreten, gehören Coccolithophoriden zu den wichtigsten Primärproduzenten der marinen Ernährungskette.

Zur Altersbestimmung von Sedimenten sowie als Indikatoren von Paläoumweltbedingungen sind Coccolithophoriden ein wichtiges Instrument in der Forschung und den angewandten Geowissenschaften.

Coccolithophoriden stehen an der Basis der marinen Ökosysteme und stellen eine der bedeutenden Phytoplanktongruppen der Weltozeane dar. Sie spiegeln die ozeanographischen Verhältnisse wider, da sie in Häufigkeiten und Artenzusammensetzung neben biotischen Faktoren von den physikalischen und chemischen Eigenschaften des Meerwassers abhängig sind. Über das Stoffwechselprodukt Dimethylsulfid ((CH3)2S), welches nach der Oxidation in der Atmosphäre als Kristallisationskeim dienen kann, tragen sie zur Wolkenbildung bei. Es besteht daher über den globalen biogeochemischen Kreislauf ein Zusammenhang zwischen Häufigkeiten von Coccolithophoriden und dem Wetter- und Klimasystem.

Darüber hinaus beeinflussen diese kleinen Karbonatproduzenten den globalen Kohlenstoffkreislauf. Sie brauchen Kohlenstoffdioxid (CO2) um Photosynthese durchführen zu können, aber sie geben dieses Treibhausgas ebenso bei der Produktion der Kalkblättchen (Coccolithen) ab, dieser Vorgang ist Teil der sogenannten Karbonatpumpe. Wenn die Algen absterben, sinken ihre Coccolithen, und damit der eingeschlossene Kohlenstoff,  auf den Meeresboden (organische Pumpe). Daher sind Coccolithophoriden wichtige "Akteure" in der Gestaltung des globalen Klimas.

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Starke Algenblüte vor Patagonien

Massive Algenblüte vor Patagonien, die am 21. Dezember 2010 mit dem Modis-Spektralradiometer auf dem NASA-Satelliten Aqua aufgenommen wurde. Vor der Küste Argentiniens hatten zwei starke Meeresströmungen pünktlich zur Sommersonnenwende auf der Südhalbkugel ein buntes Gebräu aus schwimmenden Nährstoffen und mikroskopisch kleinen Pflanzen aufgewirbelt.

Die Wissenschaftler benutzten sieben verschiedene Spektralbänder, um die Unterschiede in den Planktongemeinschaften in diesem Meeresabschnitt hervorzuheben.

Quellen: NASA; Earthguide

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Emiliania huxleyi

Wie alle Coccolithophoren ist Emiliania huxleyi mit einzigartig verzierten Calcitscheiben bedeckt. Emiliania huxleyi lebt nahe der Oberfläche der Weltmeere. Da sie Photosynthese betreiben, leben die Coccolithophoren in der photischen Zone. Einzelne Platten dieses Organismus sind in marinen Sedimenten weit verbreitet, obwohl vollständige Exemplare ungewöhnlicher sind.

Im Fall von Emiliania huxleyi kann nicht nur die Schale, sondern auch der weiche Teil des Organismus in Sedimenten nachgewiesen werden. Emiliania huxleyi produziert eine Gruppe von chemischen Verbindungen, die sehr widerstandsfähig gegen Zersetzung sind. Diese chemischen Verbindungen, die als Alkenone bezeichnet werden, können in Meeressedimenten gefunden werden, lange nachdem sich andere Weichteile der Organismen zersetzt haben. Alkenone werden von Geowissenschaftlern als Anhaltspunkt für vergangene Meeresoberflächentemperaturen verwendet.

In höheren Breiten können spezielle Arten saisonal gewaltige Blüten erzeugen. Auf Hunderten von Quadratkilometern leben dann temporär Millionen von Individuen in jedem Liter (!) Meerwasser. Wenn Coccolithophoriden optimale Wachstumsbedingungen vorfinden, treten sie so gehäuft auf, dass es zu sogenannten Blüten kommen kann. Besonders die Art Emiliania huxleyi erreicht enorm hohe Zellkonzentrationen, Blüten breiten sich dann über große Gebiete aus. Während dieser Blüte kommt es oft zu einer Überproduktion an Coccolithen welche abgeworfen werden und frei im Wasser schwimmen. Diese Coccolithen sind verantwortlich für eine starke Rückstreuung des Lichts, dadurch sind diese Blüten auf Satellitenbildern sichtbar.

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Corioliskraft

Wenn sich ein Teilchen auf der drehenden Erde von einem Punkt zum anderen bewegt, wird es abgelenkt. Die Kraft, die dies bewirkt, wird Corioliskraft genannt (nach Gaspard Gustave de Coriolis, 1835). Auf der Nordhalbkugel lenkt sie ein bewegtes Teilchen nach rechts ab, auf der Südhalbkugel nach links. Für einen Beobachter, der sich nicht auf der drehenden Erde befindet, bewegt sich das Teilchen aber geradlinig durch den Raum. Es wird also nur bezüglich der Erdoberfläche nach rechts bzw. nach links abgelenkt, nicht aber gegenüber dem nicht mitdrehenden Beobachter.

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Coriolisablenkung vom Nordpol aus gesehen

Animation

Quelle: SF Meteo

Beispiel: Die Erde dreht sich in 24 Stunden einmal um ihre eigene Achse. Ein Punkt, der sich fix auf der Erdoberfläche am Äquator befindet, hat deshalb eine Drehgeschwindigkeit von 1669 km/h. Ein fixer Punkt am Nordpol hat die Drehgeschwindigkeit 0 km/h. Schauen Sie nun auf den Nordpol und die drehende Erde hinunter. In der Nähe des Nordpols läge ein Luftpaket, das sich bezüglich der Erdoberfläche nicht bewegt, also mit der Erde dreht. Diesem Paket geben Sie nun einen Stoss (siehe animierte Grafik), so dass es sich nach Süden bewegt. Während es dies tut, dreht die Erdoberfläche unter ihm immer schneller, je näher es dem Äquator kommt. Das Luftpaket selber hat aber immer noch die gleiche kleine Drehgeschwindigkeit, die es am Nordpol hatte. Es wird, bezogen auf die Erdoberfläche, nach rechts abgelenkt und beschreibt auf der Erdoberfläche einen Bogen. Bezüglich des Randes der Grafik (der nicht mitdreht) und Ihnen als ortsfestem Beobachter beschreibt das Paket eine Gerade. Daraus wird deutlich, dass die Corioliskraft eine Scheinkraft ist (also keine Arbeit verrichtet), die nur im rotierenden System auftritt.

Es ist eine Übertreibung, zu sagen, die Corioliskraft sei in Äquatornähe generell vernachlässigbar klein. Das Upwelling von kälterem Ozeanwasser in Äquatornähe ist ein Beispiel für die trotz ihres dort geringen Zahlenwertes entscheidende Bedeutung der Corioliskraft. (vgl. Auswirkungen auf die Fischwelt)

Die Corioliskraft ist einer der Gründe, warum Luftteilchen nicht geradlinig vom Hoch in das Tief hinein strömen, sondern Hoch und Tief umströmen und sich in einer Spiralbewegung aus dem Hoch hinaus winden (im Uhrzeigersinn auf der Nordhalbkugel) und sich ebenso in einer Spiralbewegung ins Tief hinein bewegen.

Am deutlichsten wird die unterschiedliche Umströmungsrichtung in den Wolkengebilden von Hurrikanen. Unten folgt links eine Astronautenaufnahme (ISS) des Kategorie-5 Taifuns Hinnamnor. Entgegen dem Uhrzeigersinn bewegen sich die Wolken spiralig in Richtung Zentrum des Druckgebildes. Rechts eine Satellitenaufnahme des tropischen Zyklons Batsirai. Deutlich sind die sich im Uhrzeigersinn Richtung Zentrum des Tiefdruckgebiets bewegenden Wolkenstrukturen erkennbar. Diese Aufnahme wurde vom Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) auf dem NASA-Satelliten Terra aufgenommen.

Nordhalbkugel: Taifun Hinnamnor östlich von Taiwan und den Philippinen am 31.8.2022

Südhalbkugel: Zyklon Batsirai kurz vor dem Übertritt auf Land am 4.2.2022

Taifun Hinnamnor östlich von Taiwan und den Philippinen
am 31.8.2022

Quelle: NASA Earth Observatory

Zyklon Batsirai vor dem Übertritt auf Land (Madagaskar)
am 4.2.2022

Quelle: NASA Earth Observatory

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CP-El Niño

Bezeichnung für die El Niño-Variante "Zentralpazifik-El Niño" (engl. Central Pacific E. N.). Es wird heute verbreitet angenommen, dass es mehrere verschiedene Arten von El Niño-Ereignissen gibt, wobei der klassische (engl. canonical) Typ im östlichen Pazifik (EP-El Niño) und der neu definierte im zentralen Pazifik die beiden am meisten beachteten sind.

Diese verschiedenen Arten von El Niño-Ereignissen werden danach klassifiziert, wo die Anomalien der Meeresoberflächentemperatur (SST) im tropischen Pazifik am größten sind. Zum Beispiel befinden sich die stärksten SST-Anomalien im Zusammenhang mit den klassischen ostpazifischen Ereignissen vor der Küste Südamerikas. Die stärksten Anomalien im Zusammenhang mit den CP-Ereignissen im zentralen pazifischen Raum befinden sich in der Nähe der Internationalen Datumsgrenze. Während der Dauer eines einzelnen Ereignisses kann sich jedoch das Gebiet mit den größten SST-Anomalien verlagern.

Erst in den letzten drei Jahrzehnten wurden nichttraditionelle El Niños beobachtet, bei denen die übliche Region der Temperaturanomalie (Regionen Niño 1 und 2) nicht betroffen ist, sondern eine Anomalie im zentralen Pazifik (Niño 3.4) entsteht. Dieser CP-El Niño wird wegen seiner Lage auch Datumsgrenzen-El Niño (engl. date line E. N.) oder El Niño "Modoki" genannt (Modoki ist japanisch für "ähnlich, aber unterschiedlich").

Die Auswirkungen des CP-El Niño unterscheiden sich von denen des traditionellen EP-El Niño, z. B. führt der El Niño Modoki dazu, dass immer mehr Atlantik-Hurrikane auf Land übertreten.

Das erste registrierte El Niño, der seinen Ursprung im zentralen Pazifik hatte und sich in Richtung Osten bewegte, trat 1986 auf. Jüngere El Niños im zentralen Pazifik fanden 1986-87, 1991-92, 1994-95, 2002-03, 2004-05 und 2009-10 statt. Einige Quellen sagen, dass die Ereignisse von 2006-07 und 2014-16 (zumindest eine Mischform) auch CP-El Niños waren. Auch der schwache El Niño von 2019 zählt dazu.

Zwei markante El Niño-Muster

Zwei markante El Niño-Muster

Muster der Abweichung der Meeresoberflächentemperatur vom Mittelwert (°C) in Verbindung mit einem Einheitswert des C-Index (oben) und des E-Index (unten), basierend auf Takahashi et al., 2011. Die Regionen Niño 3,4 und 1+2 sind als gestrichelte Kästchen gekennzeichnet. Die meisten El-Niño-Ereignisse können als eine Kombination dieser beiden Muster beschrieben werden.

Um die verschiedenen Typen von El Niño zu klassifizieren, benötigt man mindestens zwei Indizes oder Zeitreihen (Trenberth und Stepaniak, 2001). Takahashi und Kollegen haben einen E-Index und einen C-Index (Daten hier) eingeführt, die die SST-Veränderungen im Ost- bzw. Zentralpazifik isolieren, die für jede Region einzigartig sind

Quelle: Ken Takahashi (ENSO-Blog)

CP-La Niña

Bezeichnung für eine neue Variante der La Niña. Das Phänomen heißt Central Pacific (CP) La Niña, auch dateline La Niña (weil die Anomalie in der Nähe der Datumsgrenze - engl. dateline - auftritt), oder auch La Niña Modoki (Modoki ist japanisch für "ähnlich, aber verschieden").

Die traditionelle oder klassische La Niña, auch Ostpazifik- (engl. east Pacific, EP) La Niña, genannt, beinhaltet Anomalien der Meeresoberflächentemperatur (SST) im Ostpazifik. In den letzten Jahrzehnten wurden jedoch nichttraditionelle La Niñas beobachtet, bei denen die übliche Position der Temperaturanomalie (Regionen Niño 1 und 2) nicht betroffen ist, aber eine Anomalie im zentralen Pazifik auftritt (Niño 3.4).

Die Auswirkungen der CP-La Niña unterscheiden sich von denen der traditionellen EP-La Niña, z.B. führt die neue Variante zu einem Anstieg der Niederschläge über Nordwestaustralien und im nördliche Murray-Darling-Becken und nicht über dem östlichen Pazifik wie in einer herkömmlichen La Niña. Außerdem erhöht La Niña Modoki nach bisherigen Beobachtungen die Häufigkeit von tropischen Wirbelstürmen über dem Golf von Bengalen, verringert aber das Auftreten schwerer Stürme im Indischen Ozean insgesamt, auch im Arabischen Meer sind CP-La Niñas der Bildung von tropischen Wirbelstürmen nicht förderlich.
Die jüngste Entdeckung von ENSO Modoki lässt einige Wissenschaftler annehmen, dass es mit der globalen Erwärmung zusammenhängt. Umfassende Satellitendaten reichen jedoch nur bis ins Jahr 1979 zurück. Im Allgemeinen gibt es keinen wissenschaftlichen Konsens darüber, wie und ob der Klimawandel ENSO beeinflussen kann.

Es gibt eine wissenschaftliche Debatte über die Existenz dieser "neuen" ENSO-Varianten mit CP-La Niñas und CP-El Niños. Eine Reihe von Studien bestreiten die Realität dieser statistischen Unterscheidung oder ihres zunehmenden Auftretens, oder beides, wobei sie entweder argumentieren, dass die zuverlässigen Datenreihen zu kurz sind, um eine solche Unterscheidung zu erkennen, dass sie keine Unterscheidung oder Trend unter Verwendung anderer statistischer Ansätze finden oder dass besser andere Arten unterschieden werden sollten, wie z. B. Standard-ENSO und extreme ENSO.

Zu den jüngeren Jahren, in denen CP-La Niñas stattfanden, gehören 1973-74, 1975-76, 1983-84, 1988-89, 1998-99, 2000-01, 2008-09, 2010-11 und 2016-17.

La Nina Varianten

Varianten von La Niña

Die Darstellung enthält zusammengesetzte SST-Anomalien (°C) im tropischen Pazifik während der Monate DJF für (a) alle La Niñas, (b) EP-La Niñas und (c) CP-La Niñas.

Eine Studie zeigt, dass sich die Anomalien der australischen Sommerniederschläge im Zusammenhang mit EP-La Niñas signifikant von denen unterscheiden, die mit CP-La Niñas assoziiert sind. Während CP-La Niñas liegt das Maximum der kalten SST-Anomalien im äquatorialen Zentralpazifik westlich von 150° W (Bild c in der Abbildung) liegen, in der Folge treten im Südsommer signifikante nordöstliche Windanomalien bevorzugt über Nordostaustralien auf. Dies führt zu einem Zustrom von feuchterer und wärmerer Luft von den Tropen nach Australien und zu erheblichen positiven Niederschlagsanomalien über Nord- und Ostaustralien.

Im Gegensatz dazu sind während EP-La Niñas die maximalen kalten SST-Anomalien auf den äquatorialen Ostpazifik östlich von 150° W beschränkt und die atmosphärischen Zirkulationsanomalien sind eher schwach. Infolgedessen sind die Niederschlagsanomalien während EP-La Niñas im Allgemeinen über Australien schwach.

Quelle: Song et al. 2016 aus OzeWEX

CTD

Engl. Akronym für Conductivity (Leitfähigkeit), Temperature (Temperatur), Depth (Tiefe). Es steht für das ozeanographische Standardinstrument zur Messung der o.g. Parameter. Aus der Leitfähigkeit wird unter Berücksichtigung von Temperatur und Druck der Salzgehalt ausgerechnet. Ein CTD-System besteht meist aus einem Unterwassergerät mit Sonde, Kranzwasserschöpfer und Bodenabstandsmessgerät, aus einem Sensor zur Messung der Sauerstoffkonzentrationaus einem Einleitertragekabel mit Winde und aus einer Bordeinheit zur Stromversorgung, Schöpferauslösung und Datenerfassung.

ctd

CTD Rosette

Die CTD-Rosette (von englisch Conductivity, Temperature, Depth, „Leitfähigkeit, Temperatur, Tiefe“) ist eine Sonde für Tiefseeuntersuchungen.
Sie wird üblicherweise durch Ozeanographen von Forschungsschiffen an einem langen Seil in mehrere tausend Meter Wassertiefe abgesenkt („gefiert“).
Die Rosette besteht aus einem zylinderförmigen Gestell, bestückt mit Sensoren für Temperatur, Leitfähigkeit und Wasserdruck. Daraus können weitere Grundparameter Dichte, Salzgehalt und Wassertiefe errechnet werden. Zusätzliche Sensoren wie z. B. Trübungsmesser, Sauerstoffmesser und akustische Strömungsmesser können angebracht werden.
Beim Heraufziehen der CTD-Rosette aus großer Wassertiefe können Wasserschöpfer in verschiedenen Wassertiefen geschlossen werden. Somit können diese Proben entsprechend den jeweiligen Wassertiefen auf Spurenstoffe und Kleinstlebewesen untersucht werden.

Meet the CTD (YouTube-Film)  

Quelle: NOAA / Wikipedia

Cumulonimbus

Eine Wolkenart, die sehr dicht und vertikal ausgerichtet und meistens mit Niederschlag und häufig mit Gewittern verbunden ist. Der Begriff ist abgeleitet von lat. cumulus = Anhäufung und nimbus = Regenwolke; die fachliche Abkürzung ist Cb.

Die Cumulonimbus ist die wohl eindrucksvollste Wolkenformation. Der Niederschlag bildet sich als Folge von intensiver Konvektion warm-feuchter und instabiler Luftmassen. Dazu wird bodennahe Luft von der sonnenbeschienenen Erdoberfläche erwärmt, steigt auf und kühlt in höheren Luftschichten ab infolge von Ausdehnung und geringeren Drucks (adiabatische Abkühlung). Dieser Konvektionstyp tritt in den Tropen ganzjährig auf, in höheren Breiten im jeweiligen Sommer.

Wenn gleichzeitig ausreichend Feuchtigkeit in der Atmosphäre vorhanden ist, wird der gasförmige Wasserdampf kondensieren, es bilden sich Wassertröpfchen und Eiskristalle. Bei der Kondensation wird fühlbare Wärme frei, die ihrerseits die Konvektion verstärkt. Dies führt zu den charakteristischen vertikalen Wolkentürmen. Wenn genügend Feuchtigkeit vorhanden ist, die kondensieren und Energie freisetzen kann, vermag die Wolkenmasse mehrere Kondensationszyklen zu durchlaufen und in den Tropen Höhen von bis zu 20 km erreichen. Spätestens dann erreichen die Wolken den Grenzbereich von Troposphäre und Stratosphäre, die Tropopause.

Die Tropopause ist durch eine markante Temperaturinversion gekennzeichnet, d.h. die Temperatur nimmt oberhalb der Tropopause nicht weiter ab sondern zu. Daher kann die Wolkenmasse nicht weiter aufsteigen, und ihre Oberseite verbreitet sich seitlich und flacht ab. So kommt die typische Ambossform der Wolken zustande.

Das Foto unten wurde von Astronauten an Bord der ISS aufgenommen. Die ISS befand sich zum Aufnahmezeitpunkt über dem westlichen Afrika in der Nähe der Grenze von Senegal zu Mali. Die Aufnahme zeigt eine voll entwickelte Ambosswolke von schräg oben und zahlreiche kleinere Cumulonimbus-Türme in ihrer Umgebung. Die großen Energiemengen solcher Erscheinungen bringen unwetterartige Niederschläge, Gewitter und hohe Windgeschwindigkeiten mit sich.

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Ambossgestalt einer idealen Cumulonimbus

Das Astronautenphoto ISS016-E-27426 wurde am 5.2.2008 mit
einer Kodak 760C Digitalkamera und einem 400 mm Teleobjektiv aufgenommen. Quelle: NASA Earth Observatory

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Aufriss einer Cumulonimbuswolke

Quelle: unbekannt, um Hinweis wird gebeten




Cyanobakterien

Morphologisch heterogene Gruppe der phototrophen Bakterien, die früher aufgrund morphologischer und physiologischer Merkmale den Algen zugeordnet wurden. Molekularbiologische Untersuchungen ergaben jedoch eine eindeutige Zuordnung zu den Bakterien. Von anderen phototrophen Bakterien unterscheiden sie sich dadurch, dass sie oxygene Phototrophe sind, d.h. dass bei der Photosynthese Sauerstoff freigesetzt wird. Etwa 2000 Arten von Cyanobakterien sind benannt, die in fünf bis sieben Ordnungen eingeteilt werden.

Einige Cyanobakterien enthalten neben anderen Photosynthese-Farbstoffen blaues Phycocyanin, ihre Farbe ist deshalb blaugrün. Darum wurden sie „Blaualgen“ genannt und diese Bezeichnung wurde für alle Cyanobakterien verwendet – auch für diejenigen, die kein Phycocyanin enthalten und nicht blaugrün gefärbt sind. Cyanobakterien besitzen im Gegensatz zu Algen keinen echten Zellkern und sind somit als Prokaryoten nicht mit den als „Algen“ bezeichneten eukaryotischen Lebewesen verwandt.

Cyanobakterien besiedeln vermutlich seit mehr als 3,5 Mrd. Jahren (Archaikum) die Erde und zählen damit zu den ältesten Lebensformen überhaupt. Es ist wahrscheinlich, dass Vorläufer der heutigen Cyanobakterien die ersten Sauerstoff erzeugenden phototrophen Organismen auf der Erde waren und für die Umwandlung der ursprünglich sauerstofflosen (anoxischen) in eine sauerstoffhaltige (oxische) Erdatmosphäre verantwortlich sind. Das heißt, sie nutzten das Sonnenlicht zur Photosynthese und setzten als Abfallprodukt Sauerstoff (O2) frei.

Lebensraum der Cyanobakterien sind überwiegend das Süßwasser und feuchter Boden, aber auch Meereswasser, Baumrinde und Gesteinsoberflächen. Durch Massenentwicklung in Gewässern kommt es zur Wasserblüte. Auch in Wüsten kommen Cyanobakterien vor; dort bilden sie Krusten auf der Oberfläche, die jedoch nur in der feuchten Jahreszeit wachsen.