Die Corioliskraft – Ursache der Passate und Westwinde
Wäre die Erde eine unbewegte Kugel, würden sich die globalen Windsysteme vom Äquator zu den Polen hin ausrichten:
Die Sonneneinstrahlung ist am Äquator am höchsten. Die am Äquator auftretenden Strahlungsgewinne führen zur Erwärmung der Luft und lassen sie aufsteigen. Über dem äquatorialen Tiefdruckgebiet würde die Luft dann nord- und südwärts zu den Polen hin abströmen.
Durch die Erdrotation kann es aber einen solchen geschlossenen Kreislauf der Luftmassen zwischen Äquator und Polen, die sogenannte HEADLEY-Zelle, nicht geben. Die Zelle bzw. der Kreislauf existiert lediglich im Raum zwischen dem Äquator und etwa 30° nördlicher und südlicher Breite und wird als Passatzirkulation bezeichnet.
Die HEADLEY-Zelle ist allerdings nicht nur in ihrer Breitenausdehnung begrenzt. Durch die Erdrotation tritt zusätzlich eine scheinbare Kraft auf, die die auf der Nordhalbkugel vom Äquator weg wehenden Winde nach Osten und die zum Äquator hin wehenden Winde nach Westen ablenkt. Auf der Südhalbkugel sind die Verhältnisse entsprechend umgekehrt. Diese ablenkende Kraft heißt CORIOLIS-Kraft.
Die nach dem französischen Naturwissenschaftler GASPARD GUSTAVE DE CORIOLIS (1792-1843) benannte Kraft ist eine Trägheitskraft. Genauere Information über die Kraft sind unter diesem Stichwort auf der CD zu finden. Sie kann berechnet werden mit der Gleichung:
Die CORIOLIS-Kraft kann folgendermaßen veranschaulicht werden:
- Aufgrund der von der Breitenlage abhängigen unterschiedlichen Einstrahlung ist es auf der Erde am Äquator am wärmsten. Die warme Luft steigt in den äquatornahen Gebieten auf, und es bilden sich die äquatorialen Tiefdruckgebiete (T).
- Die über dem Äquator aufsteigende Luft strömt aus dem Tiefdruckgebiet heraus (auf der Nordhalbkugel) polwärts nach Norden bzw. (auf der Südhalbkugel) polwärts nach Süden, um in den an den Wendekreisen befindlichen Hochdruckgebieten (H) wieder abzusinken und bodennah äquatorwärts zu strömen. Dieser Kreislauf bzw. diese Zirkulation der Luft zwischen Äquator und Wendekreisen wird als HEADLEY-Zelle bezeichnet.
Trotzdem treten auf der Erde zwischen Äquator und Wendekreisen keine geradewegs nord- bzw. südwärts gerichteten Winde auf. Die Ursache dafür ist die ablenkende Wirkung der CORIOLIS-Kraft, die wiederum ihre Ursache in der Rotation der Erde um ihre eigene Achse hat:
- Der Erdumfang und folglich auch die Umdrehungsgeschwindigkeit der Erde sind am Äquator am höchsten. Ein vom Äquator startendes Luftpaket besitzt deshalb eine relativ hohe Eigengeschwindigkeit. Legt doch ein Punkt auf dem Äquator mit einer Erdumdrehung in den 24 Stunden eine viel größere Wegstrecke zurück als ein Punkt auf dem Pol, der sich ja nur um sich selbst dreht und folglich keinen Weg zurücklegt.
- Auf dem Weg nach Norden dreht sich die Erde unter dem Luftpaket von Osten nach Westen. Aufgrund des sich mit jedem Breitenkreis mehr verringernden Erdumfanges dreht sich die Erde aber zunehmend langsamer unter dem Luftpaket vorbei, das immer noch recht schnell ist. Ein Beobachter, beispielsweise in Nordafrika, der sich ja auch mit der Erde langsamer unter der Luftmasse vom Äquator bewegt, muss zwangsläufig zu dem Eindruck gelangen, die Luftmasse würde ihm vorauseilen und stetig schneller werden. Damit verspürt er einen von Westen nach Osten ausgelenkten Wind. Aus dem Südwind ist also ein Südwest- bzw. Westwind geworden.
- Von den Hochdruckgebieten an den Wendekreisen sinkt die Luftmasse ab und strömt nun bodennah wieder zu den Tiefdruckgebieten am Äquator hin, wo der Kreislauf geschlossen wird. Auf diesem Weg startet die Luftmasse jedoch mit einer niedrigen Anfangsgeschwindigkeit. Zum Äquator hin dreht sich die Erdoberfläche zunehmend schneller unter der Luftmasse vorbei. Ein in Äquatornähe befindlicher Beobachter muss folglich den Eindruck gewinnen, die Luftmasse würde hinter ihm zurückbleiben. Statt eines nördlichen Windes fühlt er einen aus Osten, genauer Nordosten heranwehenden Wind, den sogenannten Nordostpassat . Damit schließt sich das Zirkulationssystem, das auch als tropische Passatzirkulation bezeichnet wird.
