2/1987 - Die Erde als Lebensraum

2. Die Erde als Lebensraum

Max Albert 1987

Die Welt ist vollkommen überall -
wo der Mensch nicht hinkommt mit seiner Qual.
(Friedrich von Schiller)

Jeder Teil dieser Erde ist meinem Volk heilig.
Jede glitzernde Tannennadel, jeder sonnige Strand, jeder Nebel in den dunklen Wäldern, jede Lichtung,
jedes summende Insekt ist heilig in den Gedanken und Erfahrungen meines Volkes. (Seattle)

Irdische Lebensbedingungen

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Unsere Erde, ein Planet im Sonnensystem, hat eine Masse von rund 6 Trilliarden Tonnen. Die dadurch bedingte Größe der Schwerkraft vermag eine Lufthülle, die irdische Atmosphäre, an die Erde zu fesseln. Das Gewicht dieser Lufthülle übt einen Druck auf die Erdoberfläche aus, den sog. Luftdruck. Er beträgt auf Meereshöhe etwa 1 atm.

Die Erde bewegt sich in einem nahezu gleichbleibenden Abstand von rund 150 Mill. km auf einer daher fast kreisförmigen Bahn um die Sonne. In dieser Entfernung hat die Sonnenstrahlung eine ziemlich konstante Intensität von etwa 1350 W je qm. Für einen Umlauf braucht die Erde ein Jahr.

Dabei führt sie in einem Tag eine Eigendrehung durch, wodurch auf ihrer Oberfläche der Wechsel von Tag und Nacht entsteht. Dieser Wechsel in 24 Stunden hat zur Folge, daß die Sonnenseite der Erde sich nie zu stark erhitzen, die Schattenseite sich nie zu stark abkühlen kann. Vielmehr bildet sich überall eine zwischen Tag und Nacht nur um wenige Grade schwankende Temperaturverteilung. Bei langsamerer Eigenrotation wären die Temperaturgegensätze zwischen Tag und Nacht größer, würde womöglich die Erdoberfläche jeweils nachts sich so stark abkühlen, daß die Gewässer auch im Sommer gefrören und selbst durch die stärkere Erhitzung der längeren Tage nicht auftauen würden.

Die Eigenrotation der Erde erfolgt um eine zur Umlaufbahn um 23,5 Grad geneigte Achse. Der dadurch während eines Jahres wechselnde Einfallswinkel der Sonnenstrahlen zur Erdoberfläche verursacht jährliche Temperaturschwankungen. Das bedingt die irdischen Jahreszeiten und ihre klimatischen Unterschiede außerhalb der Tropen. Betrachtet man die beiden durch den Äquator getrennten Erdhalbkugeln, so herrscht Sommer jeweils auf der der Sonne zugeneigten Halbkugel, Winter auf der abgewandten Hälfte. Bei größerer Neigung der Erdachse wären die Jahreszeiten schärfer ausgeprägt, die Sommer heißer, die Winter kälter. Die Pole wären wohl stärker vereist. Stände dagegen die Erdachse senkrecht auf der Erdbahn, so gäbe es keine Jahreszeiten, vielmehr ein an jedem Ort auf der Erde gleichbleibendes, nur vom Abstand vom Äquator abhängiges Klima.

In der Hauptsache gibt es Leben nur auf der Erdoberfläche, dem festen Land und dem Meer. Da diese der Jahreszeitenfolge unterliegen, spiegelt sich das im Funktionsverhalten der Lebewesen wieder. Im Winter setzt bei den Pflanzen, wie auch bei vielen Tieren, besonders den Kaltblütern, der Stoffwechsel aus bzw. reduziert sich auf ein absolutes Minimum, den sog. Winterschlaf.

Ausschlaggebend für das irdische Klima ist weiterhin das Rückstrahlvermögen der Erde für die Sonnenstrahlen, ihre sog. Albedo, sowie die Existenz von großen Wassermengen und einer Atmosphäre bestimmter Zusammensetzung.

Die Albedo wird bedingt durch die Zusammensetzung und Beschaffenheit der Atmosphäre und der Oberfläche der Erde und hängt ab von deren Reflektions- bzw. Absorbtionsvermögen.

Die Ausdehnung der Meere, die mehr als zwei Drittel der Erdoberfläche einnehmen, bestimmt die Niederschlagsmenge über den Kontinenten. Eine kleinere Wasserfläche ließe viele Landstriche austrocknen, da weniger Wasser verdunsten und als Niederschläge über dem Land herabkommen würde. Der Salzgehalt des Meeres spielt neben der Wassertemperatur und dem Gasgehalt eine wichtige meeresbiologische Rolle, da er die Wasserdichte, das spezifische Gewicht, steuert und damit für das Pflanzen- und Tierleben im Meer von grundsätzlicher Bedeutung ist. Der Salzgehalt senkt weiterhin den Gefrierpunkt des Wassers. Wegen ihrer großen Speicherkapazität für Wärme stabilisieren die Meere das irdische Klima.

Die Atmosphäre fängt einen Bruchteil der ursprünglich als Sonnenlicht eingestrahlten, von der Erdoberfläche wieder abgestrahlten Wärme ein und absorbiert sie. Damit steigt die Bodentemperatur über den Gefrierpunkt an. Das schafft jene günstigen Voraussetzungen, die eine Entwicklung von Lebensformen, wie den irdischen, die flüssiges Wasser brauchen, erst ermöglicht haben.

Ohne Lufthülle reflektierte die Erde die absorbierte Sonnenenergie direkt ins All. Die globale Durchschnittstemperatur läge dann weit unter dem Gefrierpunkt, und Leben könnte auf unserem Planeten nicht bestehen.

Die äußerste Umgebung der Erde bildet die Magnetosphäre, in der das der Erde eigene Magnetfeld die Bewegungsbahnen elektrisch geladener Teilchen ablenkt. Sie schützt dadurch alles irdische Leben vor dem Einfall der von der Sonne ausgestrahlten, gefährlichen, da energiereichen Ladungsträger, dem sog. Sonnenwind.

Leben bzw. seine Entstehung ist eine höchst komplizierte Erscheinung. Sie ist an ganz bestimmte Bedingungen ihrer Umgebung geknüpft, die nur in ganz engen Grenzen variieren dürfen. Leben setzt gewisse Stoffe in geeigneten Zuständen und Konzentrationen und bei passenden Temperaturen sowie dauernde Energiezufuhr voraus. Es müssen also Bedingungen herrschen, unter denen all die chemischen Reaktionen, auf denen das Leben basiert, in entsprechendem Umfang ablaufen können. Übermäßig hohe und tiefe Temperaturen, also abnorme Hitze und Kälte, ebenso wie Trockenheit, zerstören Leben. Günstige Temperaturen liegen etwa zwischen 0 und 40 grd Celsius. Bei höheren Temperaturen gerinnt Eiweiß, die eigentliche Lebenssubstanz. Andere lebensnotwendige organische Moleküle zerfallen bei 100 grd. Merkbare Veränderungen in den Lebensbedingungen auf der Erde gefährden daher ihre Bewohnbarkeit.

Die Enge der Grenzen, zwischen denen Leben möglich ist, erklärt, daß es bisher nicht gelungen ist, auf anderen Planeten Leben zu entdecken. Dort herrschen andere, unwirtliche Voraussetzungen. So bestehen etwa andere Temperaturen oder andere Zusammensetzungen der Stoffe, oder die Energiezufuhr ist zu gering, um Leben aufkommen zu lassen.

Unsere Erde hat also eine Sonderstellung in der Welt, da sie möglicherweise — wenigstens in dem uns wohl je zugänglichen Bereich des Weltalls — der einzige Planet ist, auf dem sich Leben entwickeln konnte. Diese Einmaligkeit unserer Erde, was nicht nur die günstigen Lebensbedingungen, sondern auch das sich unter ihnen entwickelte höhere Leben und schließlich die menschliche Kultur anbelangt, erzwingt das moralische Gebot des totalen Schutzes und der absoluten Erhaltung.

Die irdischen Lebensbedingungen lassen sich ausführlicher in vier Bereichen darstellen. Es sind die vier Naturelemente, die schon die Antike als Grundstoffe unserer Welt und als Grundlage unseres Lebens erkannt hatte: die Erde bzw. das Land, das Wasser, die Luft und das Feuer, verallgemeinernd die Energie. Aus ihnen hat das irdische Leben hochkomplizierte, sog. Ökosysteme entwickelt, die insgesamt die irdische Biosphäre bilden.

Das Land

Die Erdoberfläche besteht zu 29 % aus Landfläche, die sich in die Kontinente gliedert. Diese sind durch Gebirgserhebungen und Inselbildung stark strukturiert und weisen in Abhängigkeit von Bodengestalt, Bodenbeschaffenheit und Klima verschiedene Landschaften auf.

Mit Ausnahme der lebensfeindlichen Eis- und Sandwüsten ist die Naturlandschaft je nach Bedingungen eine mehr oder weniger reiche Wohngemeinschaft von den verschiedensten, voneinander abhängigen Lebewesen, Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen. Sie bilden ein funktionierendes Ökosystem, in dem jeder seine begrenzten Lebensmöglichkeiten wahrnimmt und zum Bestehen des Systemgleichgewichts beiträgt. Die starke Strukturierung der Landflächen mit andersartigen Lebensbedingungen trug bei zur Ausbildung der verschiedenen Arten der Lebewesen.

Der Boden setzt sich meist zusammen aus festem und lockerem Gestein sowie Humus. Er ist das Produkt langer physikalischer, chemischer und biologischer Vorgänge und entstand durch Verwitterung wegen Temperaturschwankungen, Gefrieren und Auftauen von Wasser in Gesteinsspalten, durch Wind und Regen, Lösung und Kristallisation von Salzen, durch den Einfluß von Sauerstoff, Kohlendioxid und Wasser. Er ist besiedelt von niederen und höheren Lebewesen, deren Ausscheidungen die Verwitterung noch verstärken. Exkremente, abgestorbene Pflanzenteile und Tierleichen bilden eine tote organische Substanz, die von Mikroorganismen, Bakterien, Pilzen, Würmern und Milben, zu Kohlendioxid zersetzt oder in Humus umgewandelt wird. Humus ist somit ein kompliziertes Stoffgemisch, das aufgrund mikrobiologischer und biochemischer Vorgänge einem ständigen Umbau unterworfen und für die Fruchtbarkeit des Bodens von ausschlaggebender Bedeutung ist.

Als natürliche Landschaft zählen auf Grund der Gestalt des Bodens Ebenen, Mittelgebirge und Hochgebirge, und bedingt durch ihre Beschaffenheit Moore, Wälder, Steppen und Wüsten.

Ein Moor ist ein sumpfiges Gelände, dessen Boden wegen mangelnden Wasserabflusses dauernd feucht bleibt. Das schafft Verhältnisse, die einmal das Wachstum- von feuchtigkeitsliebenden Pflanzen fördern, dann aber den mikrobiellen Abbau abgestorbener Pflanzenreste verhindern. Dadurch kommt es zur Bildung von meterdicken Torfschichten, die schwammartig das Regenwasser speichern und auf denen nur wenige charakteristische Pflanzenarten, wie Moose und Heide, Binsen und Schilf, Erlen und Weiden, später Kiefern und Birken, gedeihen, während die beteiligte Tierwelt noch artenärmer ist.

Moore bedeckten noch vor 200 Jahren weite Gebiete Norddeutschlands. Ihr Torf wurde gestochen und diente als Brennmaterial, Düngemittel oder Streu. Zur Gewinnung von Ackerland wurden sie jedoch meist trockengelegt und verschwanden so.

Heute findet man weite Moorflächen nurmehr in den nördlichsten Zonen der Erde, in der UdSSR und in Kanada, die sog. Tundren. Der Boden dieser Moor- und Flechtensteppen taut auch im Sommer nur an der Oberfläche auf und ist dann von Wasser bedeckt. In der Tiefe herrscht seit der Eiszeit ewiges Eis.

Der Wald ist eine mit Bäumen dicht bewachsene Landschaft, die eine bis in die Bodenschichten reichende Lebensgemeinschaft von Pflanzen und Tieren bildet. Das gilt besonders für den vom Menschen unberührten Urwald, aber auch für den nach menschlicher Rodung natürlich nachgewachsenen Mischwald, weniger für den angelegten Forst, der meist aus reinen Monokulturen besteht, die nur einen beschränkten Lebensraum bieten. Die verschiedenen Waldpflanzen, Bäume, Sträucher, Kräuter und Moose, stehen miteinander in enger Wechselbeziehung. Sie fördern oder hemmen sich gegenseitig bei der Konkurrenz um Licht, Wasser und Nährstoffe. Mit ihren Tief- und Flachwurzeln erschließen sie den Boden und schaffen in ihm eine spezielle Mikrofauna und Mikroflora, mit Algen, Urtierchen, Fadenwürmern, Räder- und Bärtierchen, Springschwänzen, Milben und Insektenlarven, Spinnen, Tausendfüßlern und Regenwürmern in großer Zahl.

Eine Waldlandschaft bildet ein eigenes spezifisches Waldklima. Da der Wald in seiner Bodenschicht größere Wassermengen schnell aufzunehmen und zu speichern, dann aber auch durch die übergroße, von Blattern und Nadeln gebildete Oberfläche an die Luft wieder zu verdunsten vermag, zeichnet sich das Waldklima im Gegensatz zum Klima offener Landschaften durch gleichmäßigere Temperaturen und höhere Luftfeuchtigkeit aus. Dazu bietet der Wald geringere Lichtintensität und schwächere Luftbewegung, er reinigt die Luft.

Der Nutzen des Waldes besteht in der Sicherung der natürlichen Lebensgrundlagen. Wald spielt eine wichtige Rolle im Naturhaushalt. Er trägt zur Erhaltung des Wasserkreislaufes bei, reinigt das Wasser und filtert die Luft und sorgt so für deren Qualität. Der Wald schwächt Wind, Sturm und die Kräfte von Regen und Hagel, er schützt also vor Bodenerosion, wie auch vor Lawinen und Steinschlag. Schließlich verhindert er — besser als Laub- denn als Nadelwald — durch seine schwammartige Fähigkeit große Wassermengen zu speichern Hochwasser wie auch Versteppung. Für den modernen Zivilisationsmenschen stellt er die wichtigste Erholungsstätte dar.

In Abhängigkeit von der geographischen Breite und den klimatischen Faktoren wie Sonneneinstrahlung, Temperatur und Niederschlagsmenge existieren auf der Erdoberfläche verschiedene Waldformen, vom tropischen immergrünen Regenwald üppigen Wachstums und fast unendlichen Artenreichtums über sommergrüne Laubwälder der trockeneren, gemäßigten Regionen bis zum reinen Nadelwald in extremen Klimabereichen.

Die Steppe ist eine baumlose Vegetationsform in außertropischen Trockengebieten, in denen in der Hauptsache nur dürreharte Gräser, Kräuter und Stauden gedeihen. Allen Steppen ist gemeinsam, daß sie in der Sommerhitze völlig ausdörren. Die nordamerikanische Prärie, die südamerikanische Pampas, die Kirgisensteppe sind solche Steppenlandschaften. Die sog. Kultursteppe entstand durch Rodung von ursprünglichen Wäldern, Umwandlung der Gebiete in Anbaukulturen und anschließende Auszehrung.

Die Wüste schließlich ist vegetationsloses Gebiet, verursacht durch Wasser- oder Wärmemangel. Als Sand- oder Gesteinswüste verdankt sie vor allem dem abtragenden oder anhäufenden Wind ihre Gestalt. Große Wüstengebiete umgürten die Erde in der Nähe der Wendekreise. Die nordafrikanische Sahara und die zentralasiatische Gobi sind nur die bekanntesten Wüsten.

Zwischen den genannten Landschaftsformen gibt es alle möglichen Übergangsformen wie beispielsweise offene Wälder oder die Savannen, Steppen mit Gebüsch oder sogar Baumgruppen. Genannt seien nur die brasilianische Campos oder die australischen Eukalyptuswälder.

Das Wasser

Wasser nimmt in Gestalt der Meere etwa 71% der Erdoberfläche ein. Durch Verdunstung gelangt es in die Atmosphäre, wo es als Wasserdampf volumenmäßig bis zu 4% ausmacht. Dort bildet es Wolken und kommt in Form von Niederschlägen wieder auf die Erdoberfläche zurück. über Bäche, Flüsse und Seen aber auch unterirdisch über das Grundwasser fließt es dann wieder zum Meer ab. So entsteht ein natürlicher Kreislauf, bei dem das Wasser durch die Verdunstung erst gereinigt, dann allerdings durch Schmutzstoffe in Atmosphäre und im Boden wieder verunreinigt wird. Die Menge des verdampfenden Wassers wird durch die Temperaturen auf der Erdoberfläche bestimmt. Der irdische Wasserhaushalt hängt so vom Energiehaushalt der Erde ab.

Abb.4 gibt den Wassergehalt auf der Erde bzw. die jährliche Wasserbewegung in Bill. cbm wieder und beschreibt so den irdischen Wasserkreislauf, der von der Sonnenenergie in Betrieb gehalten wird.

Die dem Land zugerechnete Wassermenge besteht überwiegend, nämlich zu etwa 4/5, aus den Gletschern der Polkappen. Der Rest bildet vorwiegend Grundwasser und zu einem Bruchteil von weniger als 1% Seen und Flüsse. Mehr als 99% des gesamten Wassers auf der Erde ist somit salzhaltiges Meereswasser mit einem Salzgehalt von 3,5%, das vor allem Natriumchlorid, sog. Kochsalz, enthält, oder kommt als Eis vor. Nur ein geringer Bruchteil ist Süßwasser, welches das Leben auf dem Lande erhält. Dieses Süßwasser wird durch den irdischen Wasserkreislauf ständig erneuert.

Abb.4: Der irdische Wasserkreislauf

Wasser löst Gase und feste Stoffe aus der Luft und aus dem Boden, ist somit ein wichtiges Lösungsmittel. Dabei hängt das Lösungsvermögen von Basen von der Wassertemperatur ab. Es geht bei einer Temperaturerhöhung um etwa 30 grd Celsius jeweils auf die Hälfte zurück. Der Gasaustausch mit der Luft erfolgt wegen der Wasserumwälzung in fließenden Bewässern schneller als in stehenden Seen und Teichen.

Die Wassermenge der Weltmeere beträgt rund 1350 Mill. ckm. Das unter 100 m Tiefe liegende Meereswasser tauscht sich mit dem Oberflächenwasser bzw. den Küstengewässern nur in Zeiträumen von Jahrhunderten aus. Die Temperatur ist in großen Tiefen ziemlich einheitlich nur wenig über 0 grd Celsius. Die Oberflächentemperaturen variieren dagegen stark vor allem mit der geographischen Breite. In Äquatornähe können sie über 30 grd Celsius betragen, zu den Polen sinken sie ab, liegen jedoch nur in höheren Breiten unter 5 grd.

Die Jahresschwankungen der Wassertemperatur sind wesentlich geringer als die der Lufttemperatur, zumeist betragen sie nur wenige Grade. Das liegt an der Fähigkeit der etwa 100 m tiefen, fortwährend durchmischten obersten Wasserschicht, große Wärmemengen zu speichern. Demgegenüber gleichen sich die Temperatur der Luft und des Festlandes innerhalb von wenigen Monaten (Jahreszeiten) an die Menge der eingestrahlten Energie an. Darauf beruht der Unterschied zwischen See- und Kontinentalklima.

Wasser ist der Grundstoff aller Lebewesen, der Wasserhaushalt somit eine Voraussetzung allen irdischen Lebens. Wasser ist zusammen mit Kohlendioxid Ausgangsstoff der pflanzlichen Photosynthese, wie auch Grundlage vieler Zellfunktionen als Lösungs- und Transportmittel. Es macht bei den meisten Lebewesen etwa zwei Drittel der Körpersubstanz aus. Im Wasser entstanden und entwickelten sich die ersten Lebewesen. Erst später eroberten sie teilweise das Land und paßten sich der neuen Umgebung an. Doch auch hier blieben sie auf das Wasser angewiesen. Ohne Trinkwasser verdursten alle Landlebewesen, seien es Pflanzen oder Tiere. Wasserknappheit bedeutet daher Dürre und Elend.

Von den im Wasser gelösten Gasen sind Sauerstoff und Kohlendioxid von Bedeutung: Sauerstoff für die Atmung (Dissimilation) der im Wasser existierenden Lebewesen, Kohlendioxid für die von den Pflanzen unterhaltene Photosynthese (Assimilation). Dabei wird, wie weiter unten noch ausführlicher beschrieben, in beiden Vorgängen das jeweils andere Gas freigesetzt. Beide Gase werden an der Wasseroberfläche mit der Atmosphäre ausgetauscht.

Die Luft

Die natürliche Luft setzt sich volumenmäßig aus etwa 78,09% Stickstoff, 20,95% Sauerstoff, 0,93% Argon, 0,03% Kohlendioxid und verschwindenden Mengen anderer Gase, meist Edelgase, zusammen. Dazu kommt je nach Temperatur bis zu etwa 4% Wasserdampf. Die Luftfeuchtigkeit ist wetterbestimmend. Sie bedingt Wolken und Niederschläge und ist daher Teil des Wasserkreislaufes und somit von allergrößter Bedeutung.

In Höhen zwischen 16 und 50 km, der Stratosphäre, spielt noch Ozon, die aus dreiatomigen Molekülen bestehende Form des Sauerstoffs, eine wichtige Rolle. Die Ozonschicht schützt vor den lebensgefährlichen kurzwelligen, ultravioletten Strahlen der Sonne, wodurch das Leben auf dem Lande überhaupt nur möglich ist. Abgesehen von der Luftfeuchtigkeit schwankt die Zusammensetzung der Luft über lange Zeiträume nur wenig.

Wie schon erwähnt, nehmen Sauerstoff und Kohlendioxid zusammen mit Wasser direkt an den biologischen Stoffkreisläufen teil, sind also lebensnotwendig. Kohlendioxid und Wasserdampf bieten darüber hinaus in der irdischen Atmosphäre einen wesentlichen Wärmeschutz.

Die ursprüngliche Erdatmosphäre enthielt höchstwahrscheinlich noch keinen Sauerstoff. Er entstand erst mit der Photosynthese der Pflanzen in dem Maße wie organische Substanzen auf der Erde aus Kohlendioxid gebildet und vor allem nicht wieder verbrannt wurden, sondern während der Karbonzeit als fossile Energieträger in Form von Kohle, Erdöl und Erdgas unter der Erdoberfläche abgelagert wurden.

Kohlendioxid, ein farbloses, nicht brennbares Gas, von schwach säuerlichem Geruch und Geschmack, entsteht bei der Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Substanzen wie auch beim tierischen und menschlichen Stoffwechsel. Es wird von den Pflanzen bei der Photosynthese zum Aufbau organischer Stoffe absorbiert. Der Gehalt der Luft an Kohlendioxid hat seit Beginn der industriellen Zeit laufend zugenommen. Von Ausgangswerten um 0,029% hat er heute etwa 0,034 erreicht und steigt jährlich um etwa 0,0001%.

Hauptursache für die Zunahme des Kohlendioxids in der Luft ist die Verbrennung fossiler Energieträger, wie auch die Verbrennung und Verwesung von Pflanzen, der Abbau kohlenstoffhaltigen Humus, insbesondere durch die großangelegte Rodung tropischer Wälder. Der Effekt wird dadurch verstärkt, daß die Photosynthese der gerodeten Wälder ausfällt, wodurch weniger Kohlendioxid zum Aufbau organischer Verbindungen aufgebraucht wird. Das bis vor etwa 100 Jahren noch bestehende Gleichgewicht zwischen Sauerstoff und Kohlendioxid in der Atmosphäre verschiebt sich so heute zu Gunsten des Kohlendioxids.

Die Wärmeisolierung der Erde durch die Atmosphäre, der sog. Treibhauseffekt, beruht auf der Tatsache, daß das einfallende sichtbare Sonnenlicht die Lufthülle leichter durchdringt als die wieder abgegebene infrarote Wärmestrahlung. Diese wird in den unteren atmosphärischen Schichten vom lichtdurchlässigen Kohlendioxid und Wasser, letzterem in Form von Wasserdampf bzw. Eiskristallen, absorbiert und erwärmt so die Atmosphäre. Die Erhöhung des Gehalts der Luft an Kohlendioxid hat wohl eine Verstärkung des Treibhauseffektes zur Folge und dürfte damit für die Zukunft höhere Temperaturen auf der Erde verursachen.

Die Lufthülle der Erde wirkt somit aufgrund ihres Gehaltes an Wasserdampf und Kohlendioxid wie eine Energiefalle, die offen ist für das eingestrahlte Sonnenlicht und geschlossen für die abgestrahlte Wärme. Natürlich handelt es sich nur um einen Wärmestau. D.h., alle eingestrahlte und absorbierte Sonnenenergie wird letztendlich wieder als Wärme abgestrahlt, nur eben verzögert durch den Treibhauseffekt. Dadurch weist die Erdoberfläche stets einen gewissen Wärmegehalt auf, der für "erträgliche" Temperaturen sorgt. Die Zusammensetzung der Lufthülle spielt also eine wesentliche Rolle bei der Herstellung des Klimas und damit der Lebensbedingungen auf unserem Planeten.

Hätte die Lufthülle eine Zusammensetzung, bei der sie das gesamte Sonnenlicht schon in ihren oberen Schichten absorbierte, so würde alles Licht reflektiert werden und die Erdoberfläche überhaupt nicht erreichen. Die Erde verhielte sich dann wie ein kalter Planet ohne Atmosphäre. Das wäre z.B. der Fall, wenn Schwebestoffe, die das Licht reflektieren und absorbieren, in der oberen Atmosphäre angereichert wären.

Allerdings gibt es auch feste Teilchen unterschiedlicher Art, die in verschiedenen Höhen der Erdatmosphäre mit wechselnden Konzentrationen und über längere Zeiträume schweben und die vornehmlich von Vulkanausbrüchen, aber auch von Sandstürmen und menschlichen Aktivitäten mit starker Stauberzeugung herrühren. Sie beeinflussen das irdische Klima, indem sie direkt oder als Kondensationskeime die Wolkenbildung erhöhend die Reflexion des Sonnenlichts vergrößern und so die Energieeinstrahlung vermindern. Das hat einen Abkühlungseffekt, aber auch vermehrte Niederschläge zur Folge.

So machte beispielsweise 1815 der gewaltige Ausbruch des Tambora in Indonesien, bei dem riesige Aschenmassen von etwa 150 ckm in die Atmosphäre geschleudert wurden, weltweit den Sommer 1816 zum Winter und verursachte wegen ausgefallener Ernten gebietsweise Hungersnöte.

Abgesehen von solch extremen Naturkatastrophen nimmt man jedoch an, daß der Staubgehalt der Atmosphäre, einschließlich des vom Menschen verursachten, keine Werte annehmen wird, die zu einer nennenswerten Veränderung der Reflexionseigenschaften unserer Erde führen. Dabei setzt man allerdings voraus, daß eine Vermehrung der Kondensationskeime nicht zu unverhältnismäßig erhöhter Wolkenbildung führt.

Das Ozon der Stratosphäre in Höhen von 20-50 km absorbiert weitgehend die ultravioletten Sonnenstrahlen von 290-320 nm Wellenlänge. Wegen dieser Strahlungsabsorption ist die Ozonschicht mit klimabestimmend. Daneben schützt sie aber auch alles Leben auf der Erde vor dieser Strahlung. Zellen reagieren nämlich äußerst empfindlich gegenüber ultravioletter Bestrahlung und gehen zugrunde, auch wenn sie ihr nur kurze Zeit ausgesetzt werden. Das gilt für Pflanzensämlinge und Tierlarven. Das Wachstum von Pflanzen geht zurück, ihr Gehalt an Chlorophyll nimmt ab. Algen reagieren besonders schnell. Fische und Krebse zeigen Verbrennungen und Tumore. Beim Menschen führt erhöhte Dosis von ultravioletter Strahlung, etwa bei intensivem Sonnenbaden, vor allem im Hochgebirge, zu steigender Hautkrebsgefahr, ganz allgemein zu einer höheren Krebsrate. Die Existenz der Ozonschicht in der Stratosphäre ist somit eine Voraussetzung für die Existenz pflanzlichen und tierischen Lebens auf der Erde. Hingegen besteht Verdacht, daß Ozon direkt über der Erdoberfläche das Waldsterben mitverursacht.

Die Energie

Seit vielen Milliarden Jahren strahlt die Sonne Energie aus, die bei der Verschmelzung von Wasserstoff zu Helium frei wird. Dieser Energievorrat wird sich auch in weiteren Milliarden Jahren nicht erschöpfen. Die der Erde durchschnittlich zugestrahlte Energie hat außerhalb der Erdatmosphäre eine Strahlungsintensität von etwa 1350 W je qm. Das entspricht insgesamt etwa 1,5 Trill. kWh im Jahr.

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Davon erreicht die Erdoberfläche im Mittel nur etwa ein Viertel wegen Reflexion, Streuung und Absorption in der Lufthülle. In der BRD beträgt das jährliche Angebot an Sonnenenergie im Flachland etwa 1000 kWh je qm. Die von der Erde aufgenommenen Energie bewirkt die Aufrechterhaltung aller Vorgänge auf der Erde, wie beispielsweise des Wasserkreislaufs, indem etwa die Hälfte der die Erdoberfläche erreichenden Sonnenenergie zur Wasserverdunstung beiträgt. Doch auch alle Lebensvorgänge verdanken der Sonnenenergie ihre Existenz. Das eingestrahlte Sonnenlicht, steht im Gleichgewicht mit der ausgestrahlten Wärme.

Eine Rolle für den irdischen Energiehaushalt spielt die Albedo, das ist das Rückstrahlvermögen der Erde für das Sonnenlicht. Je größer die Albedo umso geringer ist das Absorptionsvermögen für das Sonnenlicht. Albedowerte sind für:

Neuschneedecke         75-95 %
Wolken                      60-90 %
Altschnee                  40-75 %
Sand                        15-40 %
Wiesen und Felder      10-30 %
Siedlungen                 15-25 %
Wälder                       5-20 %
Meer                          3-10 %

Die Sonnenenergie ist Bedingung und Quelle allen pflanzlichen, tierischen und menschlichen Lebens. Etwa 0,1% der einfallenden Sonnenenergie wird von der Biosphäre in der Photosynthese aufgenommen und in der Biomasse gebunden. Sie ermöglicht das irdische Leben. Unsere fossilen Energieträger Kohle, Erdöl und Erdgas, sowie Schieferöl sind die gewaltigen Reste organischer Materie und stellen somit in Jahrmillionen gespeicherte Sonnenenergie dar.

Die Grundreaktion der Photosynthese ist die Zerlegung des Wassers in Wasserstoff und Sauerstoff mit Hilfe der Sonnenenergie, wobei der Sauerstoff frei wird und der Wasserstoff in Kohlenstoffverbindungen gebunden wird. Die so in den pflanzlichen Organismen "gebundene" Energie wird wieder frei, d.h. beispielsweise in Bewegungsenergie umgewandelt, bei der den in Organismen kontrollierten Wiedervereinigung des Wasserstoffs mit. Sauerstoff zu Wasser. Der Energiegehalt von Wasserstoff und Sauerstoff zusammen ist bekannt durch die Explosionskraft des auch als Knallgas bezeichneten Gasgemisches.

Wegen der ungleichmäßigen Erwärmung der Erdoberfläche durch die Sonneneinstrahlung entstehen als Folge des Ausgleichs von Luftdruckunterschieden Luftströmungen, Wind und Sturm. Etwa 1% der zugestrahlten Sonnenenergie wird so in Bewegungsenergie der Lufthülle; umgewandelt. Weiterhin bewirkt ja die Sonnenstrahlung auf der Erdoberfläche die Verdunstung von Wasser, das sich in der Atmosphäre in Wolken sammelt und als Niederschläge wieder herabkommt. Das dann von höheren zu niedrigeren Lagen fließende Wasser kann zur Gewinnung von Wasserkraft ausgenutzt werden. Wind und Wasserkraft sind also umgewandelte Sonnenenergie. Dagegen basieren Gezeitenkraftwerke, die Flut und Ebbe ausnutzen, auf der Anziehungskraft des Mondes.

Zusammenfassung 2

Die Erde ist ein äußerst komplexes System, bei dem das einmalige Zusammenspiel der verschiedensten günstigen Bedingungen zur Bildung unseres Lebensraumes führt.

Das Land ist stark strukturiert und bietet Raum für die verschiedenartigsten Landschaften.

Wasser ist der Grundstoff allen Lebens. Es bildet nicht nur einen wichtigen Lebensbereich, sondern ist auch wesentlicher Baustoff der Lebewesen. Wasserknappheit bedeutet Dürre und Elend.

Die Luft, insbesondere ihr Gehalt an Sauerstoff, Kohlendioxid und Wasser, ist für die Lebensbedingungen auf der Erde von ausschlaggebender Bedeutung.
Nur geringfügige Veränderungen in ihrer Zusammensetzung können zu lebensbedrohenden Auswirkungen führen.

Das Leben wird aufrecht erhalten durch den ständigen Zustrom von Sonnenenergie.
Im Vorgang der Photosynthese bildet sie höhere, organische Strukturen, Bausteine des irdischen Lebens.

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Max Albert 1987 Kritik an der vermeintlichen Vernunft