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Klimawissenschaft

Die Physik des Klimasystems der Erde — Treibhausgase, Rückkopplungsschleifen, Kohlenstoffkreisläufe und ihre Folgen.

KlimawandelTreibhauseffektKohlenstoffkreislaufMeeresspiegelAlbedoRückkopplungsschleifen

Die Klimawissenschaft erforscht die physikalischen Prozesse, die Temperatur und Wettermuster der Erde bestimmen. Der Treibhauseffekt, erstmals 1824 von Joseph Fourier beschrieben und 1896 von Svante Arrhenius quantifiziert, erklärt, wie bestimmte Gase die abgehende Infrarotstrahlung einfangen und so die Erdoberfläche erwärmen. Ohne den natürlichen Treibhauseffekt läge die Durchschnittstemperatur der Erde bei -18 °C statt bei +15 °C.

Menschliche Aktivitäten — vor allem die Verbrennung fossiler Brennstoffe und Entwaldung — haben den atmosphärischen CO₂-Gehalt von 280 ppm (vorindustriell) auf über 420 ppm heute erhöht. Dieser verstärkte Treibhauseffekt hat die globalen Temperaturen seit 1850 um etwa 1,2 °C ansteigen lassen, mit Folgen für den Meeresspiegel, Eisschilde, Wetterextreme und Ökosysteme.

Diese Simulationen lassen Sie die Schlüsselvariablen des Klimasystems manipulieren: Stellen Sie Treibhausgaskonzentrationen ein und beobachten Sie die Temperaturreaktion, verfolgen Sie Kohlenstoffströme durch das Erdsystem, sehen Sie, wie die Eis-Albedo-Rückkopplung die Erwärmung verstärkt, und projizieren Sie den Meeresspiegelanstieg unter verschiedenen Emissionsszenarien.

4 interaktive Simulationen

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Kohlenstoffkreislauf-Simulator

Modellieren Sie den globalen Kohlenstoffkreislauf als Boxmodell mit Atmosphäre, Ozean, Land und fossilen Reservoirs. Erkunden Sie, wie Emissionsraten, Ozeanaufnahme und Entwaldung die atmosphärische CO₂-Konzentration und den Luftanteil über die Zeit bestimmen.

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Treibhauseffekt-Simulator

Erkunden Sie, wie CO₂-Konzentration, Sonnenstrahlung und Albedo die Oberflächentemperatur der Erde durch den Treibhauseffekt bestimmen. Basierend auf dem Stefan-Boltzmann-Strahlungsgesetz mit optischer-Tiefe-Parametrisierung, erstmals von Arrhenius (1896) vorgeschlagen und in modernen Klimamodellen verfeinert.

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Eis-Albedo-Rückkopplungs-Simulator

Visualisieren Sie die positive Eis-Albedo-Rückkopplungsschleife: Erwärmung schmilzt Eis, legt dunklen Ozean und Landflächen frei, die mehr Strahlung absorbieren und weitere Erwärmung verursachen. Vergleichen Sie Temperaturverläufe mit und ohne Rückkopplung, um Verstärkungsfaktoren im Klimasystem zu verstehen.

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Meeresspiegelanstieg-Simulator

Modellieren Sie den Meeresspiegelanstieg aus mehreren Komponenten: thermische Ausdehnung, Gletscherschmelze und Eisschildzerfall. Visualisieren Sie, wie Erwärmungsszenarien in Küstenüberflutung münden, und verstehen Sie, warum Eisschildbeiträge oberhalb von Temperaturschwellen nichtlinear beschleunigen.