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Erdbeben
Die Erdkruste besteht aus 14 großen und zahlreichen kleineren Platten. Durch die Konvektionsbewegung im Erdmantel bewegen sich die Platten. Sie werden an vielen Stellen aneinandergepresst. Dadurch entstehen Spannungen, die das Gestein zum brechen bringen können.Der Versatz der Bewegungsfläche kann auf einen Schlag bis zu einigen Metern betragen.
Die beim Aufreißen entstehende Erschütterung nennt man Erdebeben.
Erdbeben entstehen meist an Orten, die an der Grenze zweier Erdkrustenplatten liegen. Der entstandene Versatz nimmt mit der Entfernung vom Bebenherd ab. Dies ist auf die Krümmung und den Wechsel der Gesteine entlang der Bewegungsfläche zurückzuführen. Durch diese Unebenheiten bilden sich allerdings neue Spannungen, die sich einige Stunden oder Tage nach dem Hauptbeben als kleinere schwächere Nachbeben entladen.
Erdbeben lassen sich in drei verschiedene Wellenformen einteilen.
Die Primärwellen schwingen in festen, flüssigen und gasförmigen Medien im Erdinneren in Richtung der Ausbreitungsrichtung.
Diese P-Wellen treffen als erstes am Seismometer ein und sind für die Geräuscherscheinungen bei einem Beben verantwortlich.
Die Sekundärwellen sind nur halb so schnell wie P-Wellen und verlaufen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Sie bewegen sich ebenfalls im Erdinneren allerdings nur in festen Medien.
Für die zum Teil verheerenden Schäden fernab vom Epizentrum sind die Oberflächenwellen verantwortlich. Sie sind Wasserwellen ähnlich und treffen als letztes am Seismometer ein, liefern aber meist den maximalen Ausschlag der die Magnitude bestimmt.
Aus der Laufzeitdifferenz der S- und P- Wellen lässt sich die Entfernung zum Erdbebenherd berechnen.
Die Einteilung der verschiedenen Stärken erfolgt mit Hilfe der Richterskala ( nach Charles Francis Richter 1935), welche
von eins, einem kaum spürbaren bis zum starken Beben der Magnitude 10 zählt. Das Stärkste bisher gemessene Beben hatte eine Magnitude von 9,5 ( Validiva, Chile ) .Diese sind allerdings sehr selten. Selbst Beben der Stärke 8 treten maximal einmal im Jahr auf (z.B. Mexico City 1985).
Beben mit der Magnitude 5 kommen schon mehrfach am Tag vor. Jährlich entstehen über 50.000 Beben der Stärke 3.
Vulkanausbrüche/ Lawinen/ Erdrutsche
Vulkane:
Unter den in 2.1.1 schon angesprochenen tektonischen Platten herrschen Temperaturen von bis zu 3700°C und hoher Druck.
Diese enorme Temperatur entsteht durch den natürlichen Verfall von radioaktiven Elementen. Die Erdkruste hält die heiße Masse davon ab an die Oberfläche zu gelangen.
An den Bruchstellen zwischen zweier Platten kann die Masse jedoch als flüssiges oder gasförmiges Material austreten.
Diesen Prozess nennt man Vulkanismus.
Wenn das Magma die Oberfläche erreicht hat, fließt es an Land oder auf dem Meeresboden weiter. Zwischen den tektonischen Platten bildet das emporsteigende Magma einen Vulkanrücken oder einen neue Erdkruste.
Auf der Erde existieren über und unter Wasser etwa 1500 aktive Vulkane.
Durch aktive Herde im Erdmantel können sogenannte „Hot- Spots“ entstehen. Dies sind Vulkane, die sich innerhalb einer Platte bilden.
Im Jahr kommen weltweit ca. 40 Eruptionen vor.
Nach 100 Jahren ohne Tätigkeit gilt ein Vulkan als „erloschen“.
Vulkanausbrüche können neben Lavaströmen auch Schlammströme und Überschwemmungen auslösen. Dies kommt vor, wenn durch die hohen Temperaturen der Schnee auf den Berghängen schmilzt.
Vulkanausbrüche und Erdbeben unter Wasser können eine sehr große Gefahr darstellen, da hier Druckwellen entstehen, die in seichtem Wasser zu Flutwellen werden und an der Küste als Tsunamis auftreffen.
Man unterscheidet drei verschiedene Vulkanformen.
Der Tefravulkan ist durch ein Abhanggefälle von ca. 30% zu erkennen. Das freiwerdende Material schlägt meist nur in der Nähe des Kraters ein. Er besteht aus Magma und Nachbargestein.
Beispiele sind in der Eifel zu finden.
Der Schildvulkan ist die wohl bekannteste Art und durch seine breite, flach abgeschrägte Kegelform leicht einzuordnen.
Die Neigung beträgt nur 10%, da sich die Lava hier ausbreitet.
Sie strömt nicht nur aus dem zentralen Schlot, sondern häufig auch aus Spalten in den Hängen. Schildvulkane nehmen einen enormen
Umfang an. So steht z.B. der Mauna Kea auf Hawaii im Guinness Buch der Rekorde als höchster Berg der Welt mit über 10.000 Metern, obwohl sich mehr als die Hälfte unter Wasser befindet.
Der am häufigsten auftretende Vulkan ist der Stratovulkan.
Er besteht aus erstarrtem Lavastrom im Wechsel mit pyroklastischem Material ( flüssig bzw. fest austretende Masse aus dem Erdinneren). Der Neigungswinkel des Stratovulkans liegt zwischen 11 und 30 %.
Ein Beispiel für diese Form ist der Fudschijama in Japan (3776 m).
Inwieweit Vulkanausbrüche das Wetter beeinflussen wird immer noch diskutiert. Bei einer solchen Explosion gelangen Tonnen von Gasen in die Stratosphäre. Durch die entstandenen Aerosole gelangt weniger Sonnenstrahlung auf die Erde, da diese das Licht reflektieren, was Einfluss auf die Temperaturen haben könnte. Ob Vulkanausbrüche allerdings weitere klimatische Folgen mit sich bringen ist allerdings immer noch nicht eindeutig geklärt.
Lawinen:
Lawinen sind große Massen an Schnee oder Eis, die von Bergen herabstürzen. Sie werden im Allgemeinen durch Geräusche, Wind, große Mengen an Neuschnee oder einen Temperaturanstieg ausgelöst.
Die Gefahr erhöht sich mit zunehmender Hangneigung.
Es gibt verschiedene Arten von Lawinen, die sich in ihrer Art, der Fortbewegung, der Gleitfläche und der Bahnlänge unterscheiden.
Die Schneebrettlawine bricht an breiter Front, jedoch einer scharfen Kante am Hang ab, wohingegen die Lockerschneelawine an einer kleinen Stelle beginnt und im Verlauf immer mehr Teilchen mitnimmt. Sie hinterlässt eine fächer- oder birnenförmige Spur.
Den Hang hinunter kommen sie als Fließlawine, die sich ohne Aufwirbelungen einen Weg bahnt oder als Staublawine. Diese besteht aus getrocknetem Schnee und gleitet als Luftkissen nach unten.
Große Lawinen dieser Form können Geschwindigkeiten bis zu
350 km/h erreichen.
Des weiteren gibt es Unterschiede in der Bahnlänge.
Eine Hanglawine endet bereits auf dem Hang, die Tallawine erst im Tal. Sie ist dementsprechend für die Menschheit am gefährlichsten.
Die Größe der Lawine wird mit Hilfe der europäischen Lawinenskala angegeben. Sie reicht von 1, der leichten bis zu 5 einer starken Lawine.
Erdrutsche:
Erdrutsche ähneln sich in ihrer Art weitestgehend Lawinen.
Erd- und Geröllmassen rutschen durch Einwirken der Schwerkraft in meist komplexer, rotierender Form Berge oder Hänge herab.
Ursachen hierfür sind starke Regenfälle oder Schneeschmelze, Erdbeben, tektonische Bewegungen, starke Abholzung der Wälder oder ausgedehnter Bergbau. Aufgrund fehlender Haftreibung folgt der Verlust der Stabilität und damit das Abrutschen der Massen.
Es werden drei Arten des Erdrutsches unterschieden.
Die Mure ist ein Gemisch aus Schlamm und Geröll, das sich fließend fortbewegt.
Ein Schuttstrom besteht aus Wasser und Schutt, welcher plötzlich und kanalisiert freigesetzt wird.
Bei einer Rutschung reißt Erdmaterial entlang einer Schwächezone
blockförmig ab. Erdrutsche verwüsten und zerstören vielfach Häuser oder ganze Orte in Bergregionen.
Durch Berge in Meernähe besteht eine weitere Gefahr, da große ins Wasser fallende Mengen Tsunamis auslösen können. Geologen zufolge tritt dies allerdings nur alle 100.000 Jahre auf.
Überschwemmungen
Große Überschwemmungen sind vor allem Folgen von Eingriffen des Menschen in die Natur. Hierbei sind vier Hauptursachen aufzuführen.
Durch die Abholzung der Waldbestände gerät der Wasserhaushalt in ein Ungleichgewicht.
Die Speicherkapazität des Bodens sinkt. Hingegen können gesunde Baumbestände rund ein Viertel des jährlichen Niederschlags abfangen. Die steigende Luftverschmutzung trägt ebenfalls zum Waldsterben bei.
Aufgrund der landwirtschaftlichen Nutzung auf immer größer zusammenhängenden Flächen gerät der Haushalt ebenfalls ins Wanken. Der Boden wird durch Monokulturen und der Benutzung von Mineraldünger weiter verdichtet oder teilweise sogar mit unterirdischen Drainagesystemen ausgestattet, die zwar zur Bewässerung dienen, aber ein weiteres Absinken des Wassers verhindern.
Der Ausbau und die Begradigung von Flussbetten verschnellern die Fließgeschwindigkeit des jeweiligen Stromes. Dadurch bleibt im Notfall weniger Zeit entsprechende Sicherheitsvorkehrungen zu treffen.
Als vierter Aspekt zählt die große Flächenversiegelung.
Das Wasser hat nach schweren Regenfällen überhaupt keine Möglichkeit mehr in den Boden zu sickern, sondern bahnt sich seinen Weg als Oberflächenabfluss ins Fließgewässer.
Aus diesen kleinen Rinnsalen werden allerdings schnell reißende Bäche, die die Flüsse innerhalb kürzester Zeit anschwillen lassen.
Da die Schäden meist kostspieliger sind als der ökologisch sinnvolle Rückbau der Flusslandschaften hat man bereits mit der Renaturierung begonnen. Durch den Bau von Inseln inmitten der Flüsse und der Wiederaufnahme des natürlichen Flussbettes senkt man die Fließgeschwindigkeit. Biotope an den Ufern speichern im Notfall viel Wasser. Man versucht so, dass ökologische Gleichgewicht wieder herzustellen. Diese Maßnahmen werden allerdings nur in europäischen Länder eingesetzt, da sie in Entwicklungsländern nicht finanzierbar sind.
Überschwemmungen können verheerende Ausmaße annehmen und teilweise z.B. in China und Indien mehrere tausend Quadratkilometer unter Wasser setzen. Hier richtet es besonders großen Schaden an und fordert viele Todesopfer, da in flussnahen Gebieten aufgrund der Fruchtbarkeit und reichen Wasservorräte eine Vielzahl an Menschen angesiedelt ist.
Als „Jahrhunderthochwasser“ bezeichnet man Überschwemmungen, die in bezug auf ihr Ausmaß nur einmal im Jahrhundert möglich sind.
Durch das große Eingreifen des Menschen treten diese allerdings fast jedes Jahr auf und überbieten sich immer wieder in Größe und Schaden.
Dürreperioden
Als Dürre bezeichnet man einen extremen Zustand, bei dem über einen längeren Zeitraum hinweg zu wenig Niederschlag fällt um damit die Verfügbarkeit der statistischen Erfordernis zu erbringen.
Drei Fälle werden hierbei unterschieden.
Die sogenannte meteorologische Dürre beschreibt eine längere Periode, in der die Niederschlagsrate unter dem Durchschnitt liegt.
Während einer landwirtschaftlichen Dürrephase ist nicht ausreichend Wasser vorhanden um die Bewässerung der pflanzlichen Agrargüter zu sichern.
Gerade in afrikanischen Ländern ist dies ein großen Problem, da es keine finanziellen Mittel gibt diese Güter zu importieren.
Aufgrund des großen Bedarfs und der Vielzahl der Bevölkerung, kommt es zur Überweidungen des Bodens.
Dieses Problem versucht man zu beheben, indem man das Wachstum einschränken will.
Wenn Wasserreserven sowohl in Seen und Speicher, als auch in Reservoirs unter dem durchschnittlichen statistischen Wert liegen, spricht man von hydrologischer Dürre.
Dürre ist nicht nur ein physikalisches Problem, sondern auch eine Folge des Wechselspiels zwischen Verfügbarkeit und Bedarf.
Vorwiegend in ärmeren Ländern der Erde sterben hunderte Menschen täglich in Folge mangelnder Trinkwasserversorgung.
Tornados
Im weitesten Sinn bezeichnet man alle Wirbel, die sich aus konvektiven Wolken nach unten entwickeln und den Erdboden erreichen als Tornados. Ihre Entstehung ist aber weitaus komplexer.
Sie entwickeln sich sowohl an Land als auch über Wasser.
Voraussetzung sind feuchtwarme Luftpakete, sogenannte „Updrafts“, die mit den kalten „Downdrafts“ zusammentreffen.
Hier wird eine starke Scherung ersichtlich. Der Windvektor ändert sich auf kurze Entfernung sehr stark in alle Richtungen.
Folglich wird die warme Aufwärtsströmung schnell von der kalten abwärts gerichteten abgelöst.
Dies führt zu einer langgestreckten Zone, die eine horizontale Achse besitzt und durch mannigfaltige Bewegungen „gekippt“ werden kann. Hier entsteht dann aus den waagerechten Wirbeln eine als stark rotierende Luftsäule oder röhrenförmige Wolke sichtbarer Tornado.
Meistens treten Tornados in Verbindung mit „Supercell Storms“ (Stürme mit einer stärkeren Rotation als übliche lokale) auf.
So entsteht eine enge Bindung zwischen der Wirbelstärke des Tornado gebärenden Sturms und dem eigentlichen Tornadowirbel.
Ein Tornado reicht vom Boden bis viele Kilometer in seine Mutterwolke hinein und kann einen Durchmesser von bis zu 1000 Metern erreichen. Bei einer maximalen inneren Wirbelgeschwindigkeit von 500 km/h und einer Bewegung von 50 km/h zieht er teilweise einige Stunden über Land.
In den letzten 50 Jahren scheint die Zahl der Tornados erheblich gestiegen zu sein, was allerdings primär daran liegt, dass von den verbesserten Radargeräten und täglich umherfahrenden so genannten „Tornadojägern“ mehr entdeckt werden.
Ihnen ist es auch zu verdanken, dass seit Ende des letzten Jahrhunderts weniger Todesopfer zu verzeichnen sind.
Frühzeitig kann heute mittels Fernsehen und Radio gewarnt werden. Nichtsdestotrotz richten, die auch als „Twister“ oder „Windhosen“ bezeichneten Wirbelstürme erheblichen Schaden an und hinterlassen häufig ein Bild der Verwüstung.
Tropische Wirbelstürme
Tropische Wirbelstürme sind aufgrund ihrer Zerstörerischen Gewalt sehr gefürchtet. Man spricht von ihnen ab einer Wind-
stärke 12 der Beaufortskala ( nach Admiral Sir Francis Beaufort 1806).
Diese gefährlichen Stürme entstehen aus Wellenstörungen der Passatströmung und in Gebieten ab einer Wassertemperatur von mindestens 26°C, damit ausreichend Feuchtigkeitsnachschub gewährleistet ist.
Luft strömt über der Meeresoberfläche zusammen (Konvergenz) und steigt auf. Ab einer gewissen Höhe trennt sich diese Luft wieder (Divergenz). Nun wird wieder Luft von unten nachgesaugt.
Hierdurch sinkt der Druck am Boden. Folglich steigt der Druckunterschied zwischen ihm und der Umgebung. Jetzt beginnt die Corioliskraft zu wirken. Es entsteht eine zyklonale Strömung.
Da auf der Wasseroberfläche nahezu keine Bodenreibung stattfindet, existiert allerdings keine Strömung bis ins Innere.
Es bildet sich ein Ring um dieses Zentrum mit der stärksten Konvektion, wohingegen im Inneren sogar wieder Divergenz zu erkennen ist.
Auf Radarbildern ist dieses Zentrum als Auge, eine windschwache, niederschlagsfreie, wolkenarme Zone, sichtbar.
Ein tropischer Wirbelsturm kann einen Durchmesser von 100 km erreichen, dabei fegt er mit einer Zuggeschwindigkeit zwischen 8 und 10 m/s übers Meer oder Land, wobei er an Land nicht lange überlebensfähig ist, da hier die Bodenreibung zu groß ist.
Innen kann seine Windgeschwindigkeit bis zu 55 m/s, also über 200 km/h betragen.
Tropische Wirbelstürme treten in vielen Gebieten der Erde auf.
Hierbei tragen sie überall verschiedene Namen.
Am Golf von Mexiko, im Karibischen Meer und den Westindischen Inseln werden sie als Hurricanes bezeichnet.
In China und Japan werden sie Taifune genannt, auf den Philippinen Baguio, am Golfe von Bengalen Zyklonen, im südlichen Indischen Ozean Mauritiusorkan und in Australien Willy-Willy.
Blizzards/ Kälteeinbrüche
Als Blizzard bezeichnet man einen Schneesturm auf der Rückseite eines Mittelbreitentiefs in Verbindung mit einer Kaltfront und der dahinter vordringenden Kaltluft.
Seine Windstärke beträgt mindestens 7 der Beaufortskala, wobei die Sichtweite unter 150 Metern liegt. Bei Windstärken ab 10, einer Sichtweit von nahezu null Metern und einer Temperatur unter
–12°C spricht man von einem starken Blizzard.
Durch die tiefen Temperaturen und den starken Wind, werden sowohl große Massen an Schnee transportiert als auch vom Boden wieder aufgewirbelt.
Betroffen sind hauptsächlich Nordamerika, Ostrussland, Sibirien, Japan und Südamerika, da durch die Nord-Süd-Stellung der Rocky Mountains, der Anden, bzw. der japanischen Inseln kein Schutz vorhanden ist. So kann kalte Polarluft ungehindert über kalte Landmassen in den Süden ziehen. Dort trifft sie auf feuchtwarme Luft der Subtropen. Hier bilden sind dann heftige Tornados, die an der Küste entlang zurück Richtung Norden ziehen und als Blizzards große Schäden anrichten können.
In Europa treten Blizzards meist weniger gefährlich auf, da durch den Golfstrom die kalte Polarluft erwärmt wird.
Blizzards werden auch Burane (Ostrussland/ Sibirien), Pamperos (Südamerika) oder Yamase (Japan) genannt.
Das öffentliche Leben kommt während und nach einem Blizzard oft zum Erliegen, da Straßen durch die Schneemassen und den vereisten Regen unbefahrbar werden.
Telefon- und Stromleitung halten dem Blizzard häufig ebenfalls nicht stand.
Zusammengetragen von Janina Weichert und Karsten Brandt
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