Die Sonne ist die zentrale Energiequelle für das gesamte Klimasystem der Erde. Nahezu alle atmosphärischen Prozesse, wie Temperaturverteilung, Luftdruckunterschiede, Windströmungen und der globale Wasserkreislauf, werden durch die einfallende Sonnenenergie angetrieben. Strömungen von Wind und Wasser werden zusätzlich durch die Erdrotation beeinflusst.
Ohne die kontinuierliche Energiezufuhr der Sonne gäbe es weder Wind noch Niederschlag. Das gesamte Wettergeschehen ist letztlich eine Folge der ungleichmäßigen Erwärmung der Erdoberfläche durch die Sonne.
Damit wird deutlich: Das Klimasystem der Erde ist in erster Linie ein durch Sonnenenergie gesteuertes dynamisches Strömungssystem.
Welche Energiemenge kommt von der Sonne auf der Erde an?
Die Strahlungsleistung der Sonne beträgt an ihrer Oberfläche rund 63.000 kW/m². An der Obergrenze der Atmosphäre beträgt die mittlere Sonneneinstrahlung etwa
1.365 W/m²
Diese Leistung wird als Solarkonstante bezeichnet. Da die Erde eine Kugel ist und nur eine Halbkugel gleichzeitig bestrahlt wird, verteilt sich diese Energie über die gesamte Erdoberfläche. Die höchste Einstrahlung erfolgt in Äquatornähe, die geringste an den Polen. Zusätzlich werden etwa 30 % der eingestrahlten Energie durch Wolken, Eisflächen und helle Oberflächen reflektiert (Albedo).
Im globalen Mittel verbleiben daher nur etwa
240 W/m²
als tatsächlich einstrahlende und absorbierbare Sonnenenergie.
Von dieser Energie fließt ein Teil in die Photosynthese und ein Teil erwärmt die Erdoberfläche, die Ozeane und die Atmosphäre und treibt damit sämtliche dynamischen Prozesse im Klimasystem an.
Wie viel Energie kommt pro Stunde auf der Erde an?
Die Oberfläche der Erde beträgt
AE = 5,067 * 1014 m²
Diese Fläche AE multipliziert mit der mittleren Einstrahlung PE = 240W/m² ergibt eine globale Leistung von
1,216 * 1017 W
In einem Jahr entspricht dies einer Energiemenge von etwa
3,835 * 106 EJ (Exajoule).
Pro Stunde beträgt der durchschnittliche Energieeintrag von der Sonne auf die Erde damit etwa
438 EJ
Diese kontinuierlich fließende Energiemenge ist enorm.
Zum Vergleich:
Der gesamte jährliche Energieverbrauch der Menschheit in Höhe von etwa 650 EJ ist dagegen verschwindend klein (Faktor 5.900). Die pro Stunde ankommende Energiemenge durch die Sonnenstrahlung entspricht etwa 68 % des weltweiten jährlichen Energieverbrauchs.
Der direkte anthropogene Energieeintrag spielt daher im Vergleich zur solaren Energiezufuhr praktisch keine Rolle.
Die entscheidende Größe für das Klima ist nicht der zusätzliche Energieeintrag des Menschen, sondern die Verteilung der vorhandenen Sonnenenergie innerhalb des atmosphärischen Systems.
Nur ein sehr kleiner Teil wird zu Wind
Nur ein kleiner Bruchteil der eingestrahlten Sonnenenergie wird überhaupt in Bewegungsenergie der Atmosphäre umgewandelt. Schätzungen gehen davon aus, dass lediglich etwa
1–2 % der Sonnenenergie
in kinetische Energie der Luftmassen übergehen. Ein Teil dieser Energie treibt die vertikale Konvektion an oder wird durch Wellen und Reibung dissipiert. Für die großräumigen horizontalen Windströmungen verbleibt sogar nur etwa
0,5–1 % der ursprünglichen Sonnenenergie.
Diese scheinbar kleine Energiemenge hat jedoch eine zentrale Bedeutung: Sie treibt die großräumigen Luftströmungen an, welche Wärme und Feuchtigkeit über den Planeten transportieren.
Wind als zentraler Klimaregulator
Wind ist der Mechanismus, der die durch die Sonne eingebrachte Energie verteilt. Er transportiert Wärme von den Tropen in höhere Breiten und Feuchtigkeit von den Ozeanen auf die Kontinente.
Damit steuert die atmosphärische Zirkulation den globalen Wasserkreislauf. Ohne diese Luftbewegungen würden sich extreme Temperaturunterschiede und massive Niederschlagsungleichgewichte ausbilden.
Wind ist somit ein entscheidender Bestandteil des natürlichen Klimagleichgewichts. Mehr hierzu auf den Seiten Windenergie und globaler Wasserkreislauf.
Wie Sonnenenergie möglichst effektiv genutzt werden kann, wird auf der Seite Seite Sonnenenergie nutzen dargestellt.
