Einführung

„Es war eine Mutter, die hatte vier Kinder: den Frühling, den Sommer, den Herbst und den Winter...“ so beginnt ein bekanntes Kinderlied. Dass wir in unseren gemäßigten Breiten vier Jahreszeiten haben, ist uns somit schon seit dem Kindergarten bekannt. Doch wieso haben wir hier genau vier, in den Tropen hingegen gar keine, Jahreszeiten? Warum sind Tag und Nacht bei uns unterschiedlich lang, in den Tropen hingegen gleich? Und wieso haben wir alle vier Jahre ein Schaltjahr? Fragen über Fragen, welche wir dir in diesem Skript beantworten wollen.

Wichtige Begriffe

Für die Ausbildung der Jahreszeiten und der damit entstehenden Temperaturunterschiede zwischen Sommer und Winter gibt es zwei zentrale Gründe: die Schiefe der Ekliptik und die Erdrevolution.
Bevor wir uns die Entstehung der Jahreszeiten in seinen Einzelheiten anschauen werden, wollen wir uns zunächst mit diesen beiden wichtigen Begriffen beschäftigen.

Schiefe der Ekliptik

Unter der Ekliptik versteht man die Ebene der Umlaufbahn, auf der sich die Erde um die Sonne bewegt. Würde die Achse der Erde gegenüber der Ekliptik senkrecht stehen, würde das bedeuten, dass die Sonne immer über dem Äquator (0°) im Zenit steht und somit nicht zwischen den Wendekreisen (23,5 ° N und 23,5° S) „pendelt“. Die Erdachse ist in Wirklichkeit jedoch gegenüber der Ekliptik um 23,5° geneigt. Dies wird Schiefe der Ekliptik genannt (Siehe Abbildung 1).

Erdrevolution

In einem Jahr, genauer genommen in 365 Tagen, 5 Stunden, 48 Minuten und 46 Sekunden (ein Jahr), umkreist die Erde auf einer elliptischen Umlaufbahn einmal die Sonne. Diese Bewegung wird Erdrevolution genannt.
Da ein Kalenderjahr aus 365 Tagen besteht, die Erde jedoch 365,25 Tage für eine Umrundung um die Sonne braucht, haben wir pro Jahr etwa 6 Stunden zu viel. Um das auszugleichen benötigen wir somit alle 4 Jahre ein sogenanntes Schaltjahr, denn 6 4 = 24 = 1 Tag. In diesem Schaltjahr hat der Februar 29 Tage und nicht wie sonst üblich nur 28 Tage. Ohne dieses Schaltjahr würde sich zum Beispiel der Frühlingsanfang (21.3.) immer weiter verschieben.

Wie entstehen die Jahreszeiten?

Nachdem wir die Schiefe der Ekliptik und die Erdrevolution kennengelernt haben, beschäftigen wir uns nun damit, was diese mit der Entstehung der Jahreszeiten zu tun haben.
Ausschlaggebend für unser globales Klima und Wettergeschehen ist der Einfluss der Sonne. Sie stellt die größte Kraft- und Energiequelle der Welt dar. Erreichen die Sonnenstrahlen die Erdoberfläche, werden diese in Wärme umgewandelt. Dabei ist es enorm wichtig, in welchem Winkel die Sonnenstrahlen auf unsere Erde auftreffen.
In Abbildung 2 ist das Auftreffen zweier Strahlenpakete beispielhaft dargestellt. Steht die Sonne im Zenit (links), d.h. treffen die Sonnenstrahlen senkrecht auf die Erdoberfläche, so bündelt sich die Energie auf eine kleine Fläche. Treffen die Sonnenstrahlen jedoch von einem kleineren Winkel (rechts) auf die Oberfläche, so verteilt sich die Energie (Wärme) auf eine größere Fläche. Das Ganze kannst du selbst ausprobieren, indem du den Strahl einer Taschenlampe zum einen senkrecht (90°) und zum anderen mit einem kleineren Winkel auf ein Blatt Papier auftreffen lässt.
Da die Erde rund ist, treffen die Sonnenstrahlen nicht mit demselbem Winkel und somit nicht mit gleicher Intensität auf und führen dazu, dass die Erdoberfläche unterschiedlich erwärmt wird.
Wie du in Abbildung 3 siehst sind alle drei Strahlungspakete, welche von der Sonne Richtung Erde strahlen, gleich groß. Erreichen diese jedoch die Erdoberfläche führt die Kugelgestalt der Erde dazu, dass sich diese Strahlungen auf eine unterschiedlich lange Fläche ausbreiten.
Strahlungspaket 1 trifft senkrecht auf den Äquator und führt zu einer hohen Strahlungsintensität. Bedingt duch die hohe Strahlungsintensität (-wärme) liegen am Äquator ganzjährig hohe Temperaturen vor.
Strahlungspaket 2 trifft hingegen mit einem geringeren Einfallswinkel auf die Erdoberfläche. Folgendermaßen verteilt sich die Strahlungswärme auf eine breitere Fläche. Bei unseren Breiten bringt dies ein gemäßigteres Klima mit sich.
Bei Strahlungspaket 3 sehen wir die größtmöglichste Flächeneausdehnung. Die Strahlungsenergie (-wärme) wird auf eine sehr große Fläche verteilt und führt dazu, dass wenig Energie pro Flächeneinheit auftritt. In der Nähe des Polarkreises (66,5°) finden wir somit ein kaltes und schneereiches Klima.
Zusammenfassend kann man sagen, dass sich die höchste Strahlungsintensität und somit Temperatur auf der Höhe des Äquators befindet und mit zunehmender Breite, d.h. in Richtung Nord- und Südpol, stetig abnimmt.
Neben der Strahlungsintensität spielt auch die Strahlungsdauer eine wichtige Rolle für die Jahreszeitenentstehung. Wenn die Erde auf ihrer elliptischen Umlaufbahn in 365 Tagen einmal die Sonne umkreist, bleibt die Erdachse (23,5°) immer in derselben Stellung. Das führt dazu, dass jeweils eine Erdhälfte für ein halbes Jahr der Sonne zugewandt ist und somit mehr erwärmt wird als die sonnenabgewandte Erdhälfte. Die Erde bewegt sich so, dass die Sonne zwischen den Wendekreisen im Zenit steht.
Am 21. Dezember steht die Sonne am südlichen Wendekreis (23,5° S) im Zenit und sorgt dort für die größte Strahlungsintensität. Auf der Südhalbkugel fängt der Sommer an, auf der Nordhalbkugel der Winter.
Am 21. März, dem Frühlingsanfang auf der Nordhalbkugel bzw. dem Herbstanfang auf der Südhalbkugel, steht die Sonne am Äquator (0°) im Zenit. Beide Erdhalbkugeln bekommen gleich viel Licht und Tag- und Nachtlänge sind an diesem Tag auf der ganzen Erde gleich lang. Im weiteren Verlauf wandert die Sonne Richtung nördlicher Wendekreis (23,5°N), auf welchem sie am 21. Juni im Zenit steht. Bei uns beginnt nun der Sommer, der Einstrahlungswinkel und die -intensität ist an diesem Tag für uns am höchsten. Weiter als am Wendekreis kommt der Zenitstand der Sonne jedoch nicht. In den nächsten drei Monaten wandert dieser wieder zurück zum Äquator, an welchem die Sonne am 23. September zum zweiten Mal im Zenit steht. Du kannst nun ganz einfach die Aussage: "Es war eine Mutter, die hatte vier Kinder: den Frühling, den Sommer, den Herbst und den Winter..." erklären. In unseren Breiten gibt es aufgrund der Schiefe der Ekliptik, der Bewegung der Erde sowie der Sonneneinstrahlung vier Jahreszeiten, während es in anderen Breiten gar keine gibt. Am 21. März beginnt der Frühling, am 21. Juni der Sommer, am 23. September der Herbst und am 21. Dezember der Winter.