Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung und Einordnung in das Oberthema
2. Alltägliche Zyklen
   1. Tag und Nacht
   2. Gezeiten
3. Zyklen mit extremen Folgen
   1. Tornados als Beispiel für Zyklen mit verheerenden Auswirkungen auf den Menschen
   2. Forschungsprojekt: Tornados
   3. Hochwasser
   4. Hochwasser am Nil als Beispiel eines Zyklus mit positiven Auswirkungen auf den Menschen
   5. Forschungsprojekt: Hochwasser
4. Fazit

Literaturverzeichnis

1. Einleitung und Einordnung in das Oberthema

Der Mensch passt seinen Alltag und das Leben immer wieder an die Erde an, da die Menschen sich an der Natur der Erde orientieren und somit bilden sich gewisse Strukturen für den Menschen aus. Dazu gehören zum Beispiel die Navigation, die Zeitrechnung, verschiedene Betrachtungsweisen der Erde und natürliche Zyklen. Natürliche Zyklen sind Ereignisse auf der Erde, die wiederholt auftauchen und keinen anthropogen Ursprung haben. Sie geben uns Strukturen vor, an die wir uns anpassen müssen. Es gibt eine große Anzahl an natürlichen Zyklen mit den unterschiedlichsten Ursachen und Folgen. Dabei entstehen, zum Beispiel durch die Erdrotation oder dem Umlauf der Erde um die Sonne, der Tageszeitenzyklus und der Jahreszeitenzyklus (Haack 2008: 196). Auch weitere astronomische Parameter sorgen dafür, dass auf unserer Erde gewisse Zyklen, wie der Gezeitenzyklus, stattfinden (Malcherek 2010: 13). Teilweise haben wir uns schon so gut an diese Zyklen angepasst, dass wir unseren Alltag nach diesen Zyklen ausrichten. Warum stehen wir immer morgens auf, wenn die Sonne aufgeht? Warum kann man an der Nordsee nicht den ganzen Tag im Meer baden? All diese Fragen finden ihre Antwort, wenn man sich mit entsprechenden Zyklen beschäftigt, die diese Aspekte beeinflussen. Ziel dieser Arbeit ist es einige natürliche Zyklen der Erde genauer zu erläutern und dabei besonders die Folgen für den Menschen herauszuarbeiten.

2. Alltägliche Zyklen

Einige Zyklen erscheinen für den Menschen als alltäglich, da der Mensch sich bereits gut an diese angepasst hat. Dazu gehören zum Beispiel der Tageszeitenrhythmus, der Jahreszeitenrhythmus, die Gezeiten, die Regen- und Trockenzeiten und der Wasserkreislauf.

2.1. Tag und Nacht

Aufgrund der Erdrotation um die eigene Achse ist immer nur eine Seite des Planeten der Sonne zugewandt. Auf der Seite, die der Sonne zugewandt und somit beleuchtet ist, herrscht somit Tag und auf der anderen Seite Nacht. Eine Umdrehung dauert dabei 23 h, 56 min und 4 sek und die Erde bewegt sich 30 m pro Sekunde. Die Rotationsachse verläuft vom Nordpol bis zum Südpol durch den Erdkörper und die Erde dreht sich Richtung Osten (Abb. 1). Da die Erde rund ist, unterscheidet sich die Tageslänge hinsichtlich der unterschiedlichen Standorte. Entlang des Äquators dauern die Nacht und der Tag jeweils genau 12 h. Am Nordpol und Südpol hingegen dauert der Tag 186 Tage und die Nacht 179 Tage. Das hat den Grund, dass die Erdachse 23,44° gegen die Ekliptik geneigt ist und somit ein Pol immer mehr der Sonne zugeneigt ist. Außerdem variiert die Tageslänge hinsichtlich der Jahreszeit (Weltkugel-Globus.de 2020). Auch dieser Zyklus hat Auswirkungen auf den Menschen, da der Mensch seinen Tagesablauf an diesen Zyklus angepasst hat (merken Sie selbst im Alltag, dass die Erdrotation und der infolgedessen entstehende Tages- und Nachtzyklus Ihr Leben auf der Erde beeinflusst oder strukturiert?). Früher musste der Mensch am Tag körperliche Leistung während der Jagd erbringen und nachts sollte der Körper sich ausruhen und erholen. Auch heute ist dieser Rhythmus zu erkennen, denn der menschliche Körper orientiert sich an der Helligkeit am Tag und der Dunkelheit in der Nacht und lebt somit in einem Wechsel zwischen Wach- und Schlafphasen (licht.de 2018). Außerdem erhalten wir durch das Sonnenlicht Vitamin D, welches ein wichtiges Vitamin für den Körper darstellt, da es zum Beispiel für die Knochengesundheit verantwortlich ist (Muscogiuri, G. et al. 2019: 262.265).

2.2 Gezeiten

Ebenso stellen die Gezeiten einen natürlichen Zyklus der Erde dar. Ebbe und Flut entstehen durch ein geophysikalisches Kräftesystem. Die Gezeiten haben sich ausgebildet, da die Rotation der Erde um die eigene Achse von den Gravitatonskräften der Sonne und vom Mond beeinflusst wird. Die Gravitationskräfte werden dabei größtenteils durch die Zentrifugalkraft ausgeglichen. Jedoch bleibt ein Teil der Kräfte über, der dabei nicht ausgeglichen wird, sodass Ebbe und Flut entstehen (Malcherek 2010: 13). Der Mond sorgt mit seiner Anziehungskraft dafür, dass auf der Seite der Erde, die zum Mond geneigt ist, ein Wasserberg entsteht, da das Wasser sich dem Mond entgegen wölbt. Dieser wandert aufgrund der Erdrotation und der Bewegung des Mondes um die Erde, über die Meere der Erde. Wenn dieser an den Küsten ankommt, dann herrscht dort Flut und wenn der Wasserberg sich weiterbewegt herrscht an den Küsten wieder Ebbe. Auf der anderen Seite hingegen überlagert eine Fliehkraft, welche durch die Rotation der Erde entsteht, die Gravitationskraft des Mondes und es kommt dort ebenfalls zur Flut (Abb. 2) (hier gibt es einen Verschnitt zum Themenfeld astronomische Einflüsse auf die Erde und dem Unterthema Die Gravitation zwischen Erde, Mond und Sonne). An den Küsten macht der Anstieg und Abstieg des Wassers ungefähr eine Höhe von 5 m   aus (Wissenschaft im Dialog 2008). Da das Wasser somit an den Küsten mal vortritt und mal zurücktritt, muss der Mensch sich diesem Zyklus anpassen. Besonders die Strandtouristen müssen ihre Urlaubsplanung an die Gezeiten anpassen. Aber auch für den Fischfang und den Schiffsverkehr sind die Gezeiten von großer Bedeutung. Der natürliche Zyklus der Gezeiten beeinflusst somit das Leben der Menschen an den Küsten und muss in verschiedenen Bereichen immer wieder beachtet werden (Stapel, H. & Maier, Y. 2019).

3. Zyklen mit extremen Folgen

Es gibt Zyklen, die von den Menschen viel Vorbereitung erfordern, da diese nicht regelmäßig auftreten, oder negative Folgen mit sich bringen. So kann zum Beispiel ein Tornado, Hurrikane oder Hochwasser die ganze Stadt zerstören. Für weitere Zyklen, wie das El-Niño- oder La Niña-Phänomen und den Monsun müssen ebenfalls Vorkehrungen getroffen werden, um die negativen Folgen möglichst zu minimieren. Außerdem gibt es Zyklen, wie den Wilson-Zyklus oder das Eintreten von Eiszeiten, die sich über Millionen von Jahren erstrecken (Zingg, E. 2017).

3.1. Tornados als Beispiel für Zyklen mit verheerenden Auswirkungen auf den Menschen

Tornados gehören unter anderem zu den gefährlichsten meteorologischen Phänomenen weltweit (Bryukhan, & Potapov 2014: 346). Da Tornados sehr klein sind, eine sehr kurze Lebensdauer haben und eine sehr hohe Geschwindigkeit, ist es sehr schwer, sie vorherzusagen (Novitski et al. 2016: 683). Die Regionen der Erde erleben immer wieder  zyklische Tornadosaisons. Besonders häufig treten Tornados zum Beispiel im Südosten der USA auf (Ash 2016: 1). Außerdem kann man feststellen, dass die Anzahl an Tornados pro Jahr immer weiter ansteigt (Elsner et al. 2014: 651-659). Die Hauptsaison geht von März bis Mai. Dabei schiebt sich kalte Luft aus dem Norden Amerikas über die heiß-feuchte Luft aus dem Golf von Mexiko. Jedoch hat warme Luft eine geringere Dichte und steigt nach oben und es bilden sich durch Kondensation Gewitterfronten. Sobald die Kaltluft die Luftmassengrenze durchbricht, fällt sie sturzartig, in Form eines Strudels nach unten. Ein trichterförmiger Wolkenschlauch wird somit sichtbar. Diese Trichterform wächst immer weiter, bis sie die Erde erreicht. Außerdem wird die Kaltluft am Rande vom Strudel durch Warmluft ersetzt. Der Raum der angesaugten Luft wird somit immer kleiner, sodass sich die Drehgeschwindigkeiten immer weiter erhöhen. Der Seitenwind sorgt dafür, dass die warmen Luftmassen beginnen zu rotieren. Der Tornado dreht sich um seine eigene Achse, die senkrecht verläuft. Außerdem liegen hohe vertikale Temperaturgegensätze vor (Lohmann & Kretschmer 2014: 161). Aufgrund der Coriolis-Kraft, drehen sich  Tornados auf der Nordhemisphäre gegen den Uhrzeigersinn und auf der Südhemispähre mit dem Uhrzeigersinn (Stewart et al. 2020). Die Drehgeschwindigkeit liegt bei 50-60 km pro Stunde, kann aber in extremen Fällen auch auf bis zu 500 km pro Stunde ansteigen (1999 wütete ein Tornado in Oklahoma mit der höchsten gemessenen Windgeschwindigkeit von 510 Kilometern pro Stunde. Er verursachte einen Schaden von 1,1 Milliarden US-Dollar und 48 Menschen kamen dabei ums Leben (Wissen.de 2020)). Der Durchmesser kann zwischen ein paar Metern und mehreren hundert Metern liegen. Durch den niedrigen Luftdruck im Tornado und die rotierenden Winde entwickelt der Tornado seine zerstörenden Kräfte. Da der Luftdruck im Tornado deutlich geringer als in der Umgebung ist, entstehen Aufwinde, die alles in ihrer Umgebung mit sich nach oben ziehen (Abb. 3). Tornados entwickeln sich an sogenannten Konvergenzlinien und Aufwindbereichen von Superzellen. Konvergenzlinien sind Linien an denen verschiedene Winde aufeinander treffen  und sich Wirbel entwickeln. Die Lebenszeit eines Tornados beträgt dabei meist zwischen ein paar MInuten und einer Stunde. Um die Windgeschwindigkeiten zu messen nutzt man die Fujiata-Skala. Dabei sind nicht nur die Windgeschwindigkeiten von großer Bedeutung, sondern auch der durch den Tornado verursachte Schaden. In tornadoreichen Regionen wird sogar in der Schule unterrichtet, wie man sich bei einem Tornado zu verhalten hat, denn ein Tornado kann enorme Schäden verursachen. Tornados führen teilweise dazu, dass sich der Asphalt vom Boden löst und Autos und Busse werden durch die Gegend geschleudert. Teilweise werden Häuser sogar zerstört. Die durch die Luft wirbelnden Gegenstände gefährden die Menschen, die sich diesen nähern und können zu vielen Todesopfern führen. In den USA treten im Jahr über 1000 Tornados auf und ein Großteil davon entlang der Tornado-Alley. Tornado-Alley bezeichnet dabei einen tornadogefährdeten Bereich im mittleren Westen der USA (Lohmann & Kretschmer 2014: 161-166).

3.2. Forschungsprojekt: Tornados

Das national severe storms laboratory hat mit dem TORUS-Projekt seit 2019 das Ziel, die Entstehung von Tornados genauer zu erforschen und somit die Tornadoprognosen und Tornadowarnungen zu verbessern. Durch dieses Projekt erhofft man sich die Minimierung von Sachschäden und das Retten von mehr Menschenleben. Die NSSL-Forscher haben dafür ein Modell entwickelt, welches ein Tornado-erzeugendes Gewitter in 3D-Form darstellt (der folgende Link führt direkt zum 3D Modell des Projekts der NSSL, zur besseren Veranschaulichung  des Forschungsprojekts: https://www.nssl.noaa.gov/research/thunderstorms/img/model-output.gif). Anhand dieses Modells soll näher untersucht werden, welche Änderungen der Umgebung dazu führen, dass ein Gewitter ein Tornado erzeugen kann.  Außerdem haben die Forscher einen Tornado-Erkennungsalgorithmus entwickelt um Tornados besser zu erkennen. Die Forscher sind damit beschäftigt, die Superzellen eines Gewitters gezielt durch Radar und UAS (Unmanned Aerial System) durch Drohnen zu beobachten. Somit sollen die Beziehungen zwischen Tornados und schweren Gewittern erforscht werden (NSSL 2020).

3.3. Hochwasser

Ein weiterer natürlicher Zyklus auf der Erde ist die Entstehung von Hochwasser. Es kann durch anhaltende Regenfälle, dem Schmelzen von Schnee, Küstenüberschwemmungen, Damm- oder Deichbrüche, den Meeresspiegelanstieg, den Bruch eines Gletscherbeckens oder durch Wasserstau aufgrund von Erdrutschen entstehen. Auch das Speichervermögen des Bodens beeinflusst die Entstehung von Hochwasser. Das Speichervermögen ist dabei abhängig von der Hangneigung, der Höhenlage, der Vegetationsdecke, der Wassersättigung und der Durchlässigkeit des Bodens in dem Gebiet. Sobald die Speichermöglichkeit des Erdbodens vollkommen ausgenutzt und der Boden wassergesättigt ist, müssen die Wassermengen über die Oberfläche in Bäche und Flüsse abfließen. Da dies aber langsam geschieht, bilden sich Hochwasserwellen aus (Wissen.de 2020). Der Mensch beeinflusst diesen Zyklus aber auch, indem er zum Beispiel die Bergländer entwaldet. Somit kommt es zu fehlendem Vegetationsschutz und es kommt zur Erosion in Hanglagen. Auch durch Versieglung wird die Bildung von Hochwasser vorangetrieben. Ebenfalls wird durch die Ackernutzung der Boden verdichtet und es bildet sich eine neue Bodenstruktur aus, was zu vermehrtem Oberflächenabfluss führt (Schwetz, H. & Überwimmer, F. 2015: 111-119). Die Wellen des Hochwassers sind teilweise so stark, dass sie Gegenstände, Bäume oder auch Felsen mit sich reißen, die zu Schäden führen können, wenn sie auf Personen, Gebäuden oder andere Konstruktionen treffen (Blanaru 2006: 3). Infolge eines Hochwasserereignisses können Hungerkatastrophen, Seuchengefahren und Trinkwassermangel eintreten (Wissen.de 2020). Hochwasser gehören zu den Naturkatastrophen die weltweit der Grund für die größten und häufigsten Schäden sind. Im Jahr entstehen dabei weltweit Schäden von ungefähr 19 Mrd. $ und 115 Mio. Personen sind von dieser Naturkatastrophe betroffen (Nachtnebel, H. & Apperl, B. 2015: 120-130) (1887 starben in Huang He in China mindestens 900.000 Menschen während einer Überschwemmung (Brierley 2015: 13)).

3.4. Hochwasser am Nil als Beispiel eines Zyklus mit positiven Auswirkungen auf den Menschen

Jedoch kann Hochwasser auch positive Folgen für den Menschen haben. Die Überflutung des Nils in Ägypten gehört zu den Gebieten, in denen das Hochwasser lebenswichtig für die Bevölkerung ist. Ägypten ist ein sehr regenarmes Land. Nahe der Mittelmeerküste kann man dabei von 200 mm Niederschlag im Jahr ausgehen, weiter im Süden Ägyptens hingegen in Kairo liegt der Niederschlag nur noch bei 35 mm im Jahr. Ohne den Nil wäre Ägypten eine vollständige Wüste. Da jährlich Hochwasser am Nil eintreten, wird das Land um den Nil überschwemmt und es entsteht fruchtbares Land in einem Bereich von 1000 km an beiden Ufern des Nils (Abb. 5) (Wölfel, W. 1998: 1-6). Im Bereich des Einzugsgebietes des Nils liegt die Bevölkerungsdichte  bei 1492 Menschen pro Quadratkilometer. Somit zählt dieser Bereich zu den Gebieten mit der höchsten Bevölkerungsdichte, abgesehen von Großstädten (Falke, A. 2004: 1-2). Das Nilhochwasser kommt jedes Jahr, sodass das Wasser des Nils von Juli bis Oktober ansteigt, wenn es im Quellgebiet in Ostafrika stark geregnet hat (Klett 2016: 48). Der höchste Stand wird dabei Nilschwelle genannt. Bei Khart steigt das Wasser dabei bis zu 12 m an. Die Höhe des Hochwassers beeinflusst dabei das umliegende Land und die Ernteeinträge. Das Hochwasser des Nils beeinflusst das Leben der Menschen dort sogar so stark, dass sie ihren Kalender nach diesem richten. Am 19. Juli, wenn das Hochwasser den Memprus erreicht, beginnt das Kalenderjahr. Außerdem lässt sich das Kalenderjahr in drei Jahreszeiten gliedern. Dazu gehören die Überschwemmung, die Aussaat und die Erntezeit. Nachdem das Hochwasser zurückgegangen ist bleibt ein fruchtbarer Schlamm zurück, welcher das Land bedeckt (hier liegt ein Verschnitt zum Thema „Zeit und Zeitrechnung auf der Erde“ vor. Man kann anhand dessen feststellen, dass natürliche Zyklen die Zeitrechnung des Menschen beeinflussen, da die Nilüberflutung mit ihren Phasen hier als Rhythmus-bestimmender Faktor gilt). Der Schlamm besteht aus fruchtbaren Schwebstoffen, die durch den Nil aus dem Einzugsgebiet herantransportiert werden. Dabei handelt es sich vorwiegend um Erosionsprodukte mit vulkanischem Ursprung. Der Schlamm besteht dabei aus 63 % Sand und Ton, 18 % kohlensaurem Magnesium, 9 % organischen Bestandteilen und 6 % Eisenoxid (Wölfel, W. 1998: 1-6). Die Bevölkerung und Vegetation Ägyptens ist auf das Niltal und Nildelta beschränkt, da der fruchtbare Schlamm sich dort absetzt. Das Niltal ist ein fruchtbarer Streifen zwischen 3 und 20 km Breite mit einer Fläche von 27.000 km². Das Nildelta ist 250 km breit und hat eine Fläche von 28.000 km²(Falke, A. 2004: 1-2). Die Bevölkerung Ägyptens hat Dämme und Kanäle gebaut, um den fruchtbaren Schlamm für die Landwirtschaft zu nutzen und so die eigene Ernährung zu sichern (Cornelsen 2019: 2). Ägypten verdankt seinen Wohlstand der Nilüberschwemmung. Heute wird die Nilüberschwemmung jedoch durch den Assuanstaudamm im Bereich der Stadt Assuan reguliert, sodass keine jährlichen Überschwemmungen mehr auftreten, da sonst die Gefahr bestünde, dass die Überschwemmung zu gering oder zu hoch werden würde. Der Damm staut das Wasser dort zu einem See auf. Somit ist die Bevölkerung  nicht mehr abhängig von der Überschwemmung, muss aber auf künstlichen Dünger zurückgreifen (Gierlich, G. 2012:8).

3.5. Forschungsprojekt: Hochwasser

Im Jahre 2013, nach einem Hochwasser im Osten Deutschlands (Abb. 5), starteten Wissenschaftler der Helmholtz-Gemeinschaft das Forschungsprojekt „Hochwasser 2013“ mit dem Ziel die Hintergründe und Ursachen, sowie Vorsorgungsmöglichkeiten für Hochwasserereignisse besonders in Deutschland zu untersuchen. Dieses Projekt soll dabei helfen, zukünftige Hochwasser schneller einzuordnen und zu bewerten, sowie Extremszenarien abzuleiten um den Katastrophenschutz zu verbessern. Bei diesem Projekt wurden die vergangenen Hochwasser der letzten 60 Jahre in Deutschland zusammengefasst und anhand der Niederschlagsmengen und weiteren Aspekten untersucht. Letztendlich wurde ein Konzept vorgestellt, welches für den Umgang mit Hochwasserereignissen nützlich sein soll. Es soll ein bundesweit einheitliches Kommunikationskonzept erscheinen und eine länderübergreifende Regelung zur Freistellung und Kostenverantwortung von Helfern. Außerdem sollen Personen, die in Hochwassergefährdeten Gebieten leben, eine Elementarschadenszusatzversicherung abschließen (DKKV 2015: 1-208).

4. Fazit

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass es viele natürliche Zyklen auf der Erde gibt, welche den Menschen auf unterschiedlichste Art und Weise beeinflussen und dem Menschen gewisse Strukturen vorgeben. Dabei kann ein solcher Zyklus den Menschen positiv beeinflussen, wie zum Beispiel das Nilhochwasser, welches für Ägyptens Wohlstand sorgte und fruchtbares Land als Folge hatte. Jedoch gibt es auch natürliche Zyklen, die negative Auswirkungen auf den Menschen haben, wie ein Tornado, welcher für Todesopfer und Zerstörung und Verwüstung von Städten verantwortlich ist. Außerdem gibt es Zyklen, die für uns Menschen alltäglich geworden sind, wie der Tageszeitenrhythmus oder der Gezeitenzyklus und es gibt Zyklen, bei denen es auch noch für den Menschen an großen Vorbereitungen bedarf. Kommt ein Tornado auf ein Land zu, so bedarf es an gewissen Vorkehrungen, um sich vor diesen Wetterereignissen zu schützen, damit die Schäden möglichst gering gehalten werden. Somit ist die Erde in vielerlei Hinsicht strukturgebendes Element, an welches wir unseren Alltag anpassen.

Literaturverzeichnis

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