Das Klimasystem – Wasserkreislauf, Wind und Energietransport
In vielen vereinfachten Darstellungen zur Erklärung der Strahlungsprozesse entsteht der Eindruck, das Klima lasse sich im Wesentlichen über ein Strahlungsgleichgewicht erklären.
Tatsächlich ist die Atmosphäre jedoch ein hochdynamisches Strömungssystem, in dem enorme Mengen an Energie auf ganz unterschiedlichen Wegen und Prozessen absorbiert, gespeichert, transportiert und resorbiert werden. Dieses System umfasst:
- Evaporation (Verdunstung von enormen Wassermengen)
- Konvektion (aufsteigende und absinkende Luftmassen)
- Latente Wärme (im Wasserdampf gespeicherte Wärme)
- Advektion (horizontaler Transport von Energie und Feuchtigkeit durch Wind)
- Kondensation (Niederschlag)
⇒ Diese Prozesse sind nicht ergänzend, sie sind grundlegend und zentral und in der nachfolgenden Grafik zusammengefasst.
(© Brugger 2026)
Der unterschätzte Hauptprozess
⇒ Das Klimasystem wird primär durch den Wasserkreislauf reguliert und nicht durch Strahlung.
Verdunstung, Transport von Wasserdampf und Kondensation sind zentrale Prozesse des globalen Energiehaushalts. Enorm große Energiemengen werden dabei nicht als fühlbare Wärme, sondern als latente Wärme gespeichert, transportiert und wieder freigesetzt.
Dieser Mechanismus wirkt wie ein globales Ausgleichssystem:
- Energie wird an der Oberfläche aufgenommen (Verdunstungskälte)
- über große Distanzen transportiert (Atmosphäre/Wind)
- und an anderer Stelle wieder abgegeben (Kondensationswärme, Wolkenbildung)
⇒ Es ist auch genau dieser Prozess, der wesentlich zur Stabilisierung des Klimas beiträgt.
Ein anschauliches Beispiel sind die Tropen und die Wüsten:
Trotz sehr hoher Sonneneinstrahlung bleiben die Temperaturen in den Tropen über das Jahr hinweg vergleichsweise konstant (Siehe Beispiel Ecuador). Der Grund ist nicht fehlende Energiezufuhr, sondern ein sehr effizienter Energieabtransport durch den Wasserkreislauf (Regenwälder).
Demgegenüber stehen die trockenen Wüsten. Tagsüber wird es durch die Sonneneinstrahlung sehr heiß, nachts kühlt es sehr stark ab.
Evaporation
Unter Verdunstung über Wasserflächen versteht man den Phasenübergang von flüssigem Wasser in Wasserdampf unterhalb des Siedepunktes. Dieser Prozess ist ein zentraler Bestandteil des Wasserkreislaufs: Bis zu 90 % des atmosphärischen Wasserdampfs stammen (nach Angaben des USGS) aus der Verdunstung von Ozeanen, Meeren, Seen und Flüssen; der übrige Teil überwiegend aus der Transpiration der Pflanzen und (eine sehr geringe Menge) durch Sublimation.
Beim Wassermolekül (H₂O) sind die Atome in einer gewinkelten Anordnung verbunden, was zu einer Polarität führt. Diese Polarität bewirkt die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen, durch die sich die Wassermoleküle gegenseitig anziehen. Beim Verdunsten des Wassers müssen diese Bindungen überwunden werden.
Die Verdunstung über einer Wasserfläche wird dabei nicht nur von der Lufttemperatur beeinflusst, sondern von einem komplexen Zusammenspiel mehrerer Faktoren.
- Die Sonneneinstrahlung liefert die Energie für den Phasenübergang
- Die Wassertemperatur bestimmt den Sättigungsdampfdruck an der Wasseroberfläche
- Über der Wasseroberfläche bildet sich eine Zone hoher Luftfeuchtigkeit - je trockener die Luft, desto größer das Dampfdruckgefälle
- Wind transportiert die feuchte Grenzschicht ab.
- Die erforderliche Verdunstungswärme kühlt das Wasser ab.
Solange der Sättigungsdampfdruck an der Wasseroberfläche größer ist, als der Dampfdruck der Umgebungsluft findet die Verdunstung statt. Ist die Luft unmittelbar über dem Wasser gesättigt und wird nicht ausgetauscht, kommt die Nettoverdunstung weitgehend zum Erliegen.
Warum Wind so wichtig ist
Diese sich direkt über der Wasseroberfläche bildende dünne, nahezu gesättigte Luftschicht stoppt die weitere Verdunstung, sofern diese nicht abgeführt wird.
Diesen Effekt kennen wir alle von der Wäschetrocknung an der Luft: Bei Wind trocknet die Wäsche deutlich schneller, als ohne.
→ Wind:
- trägt die wasserdampfgesättigte Luft ab,
- führt trockenere Umgebungsluft heran,
- erhöht den turbulenten Stoffaustausch,
- kann bei starkem Wind die Verdunstung deutlich verstärken.
Die Verdunstung über Wasserflächen ist also ein gekoppelter Energie- und Stofftransportprozess. Die Temperatur beeinflusst zwar den möglichen Sättigungsdampfdruck, bestimmt die tatsächliche Verdunstung aber nicht allein.
Wind ermöglicht nicht nur den horizontalen Weitertransport des entstandenen Wasserdampfs, sondern hält durch den Abtransport der feuchten Grenzschicht auch die Verdunstung selbst aufrecht. Eine Änderung der bodennahen Luftströmung kann daher sowohl die lokale Verdunstungsrate als auch die räumliche Verteilung des Wasserdampfs beeinflussen.
Größenordnungen der Energieflüsse
Um die Bedeutung dieser Prozesse einzuordnen, lohnt sich ein Blick auf die Größenordnungen der Energieflüsse im Wasserkreislauf:
- Nach allgemeinen Angaben befinden sich rund 13.000 km³ Wasser in der Atmosphäre. Multipliziert mit der Verdunstungswärme ergibt sich die latente Wärme zu 32.000 EJ.
- Das atmosphärische Wasser wird 38 bis 39-mal umgewälzt. Dies entspricht einem Wärmetransport von etwa 1.250.000 EJ. Diese Menge entspricht etwa einem Drittel der jährlich einstrahlenden Sonnenenergie.
- Bereits eine sehr kleine Veränderung der globalen Umwälzung von Wasserdampf – beispielsweise um nur 2,5 % – würde bedeuten, dass eine Energiemenge in der Größenordnung von etwa 32.000 EJ nicht mehr von der Erdoberfläche in die Atmosphäre transportiert wird.
Demgegenüber steht das atmosphärische Kohlenstoffdioxid:
- Um die Temperatur des gesamten atmosphärischen CO2 theoretisch um 1 °C zu erhöhen, wäre eine Energiemenge von etwa 2,8 Exajoule (EJ) erforderlich.
⇒ Diese Zahlen machen deutlich:
Die Energieflüsse mit dem Wasserkreislauf sind um mehrere Größenordnungen (Faktor 11.000) größer, als die rein thermische Speicherung in Spurengasen.
Fazit
Was folgt daraus?
⇒ Die Erde gibt ihre Energie über ein komplexes, dynamisches System ab, in dem
- Strahlung, Masse, Absorption und Desorbtion
- energiegeladene strömende Luft und Wärmetransport
- und vor allem der Wasserkreislauf
untrennbar miteinander verbunden sind. Ferner ist zu berücksichtigen, dass atmosphärische Strömungen Teil geschlossener Zirkulationssysteme sind.
Die von einem Gebiet in ein anderes transportierte Luftmasse muss durch entsprechende Rückströmungen ausgeglichen werden. Andernfalls entstünde am Ausgangsort ein Luftmassen-Defizit, während sich am Zielort ein Luftmassen-Überschuss aufbauen würde.
Die oft vereinfachte Darstellung des Treibhauseffekts greift deshalb zu kurz, wenn sie sich im Wesentlichen auf Strahlungsprozesse konzentriert.
⇒ Entscheidend für die Stabilität und Dynamik des Klimas ist der Wasserkreislauf als dominanter Energietransportmechanismus und Wind ist hierbei ein elementares Element des Wasserkreislaufs.
