Wirbelstürme - Persen · bung des entstandenen tropischen Wirbelsturms einer großen Sogwirkung ausgesetzt ist. Je Je mehr Wärmeenergie in Gestalt von verdunsteten Wassermengen

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7.–10. Klasse

WirbelstürmeMaterialien und Hintergrundwissenfür Ihren Erdkundeunterricht

Lucia Winterberg

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1Lucia Winterberg: Wirbelstürme© Persen Verlag

u Lies den Text aufmerksam durch.

Tropische Wirbelstürme entstehen – wie der Name bereits vermuten lässt – hauptsächlich an der Mee-resoberfläche in den Tropen oder Subtropen. Sie benötigen zu ihrer Entstehung viel Feuchtigkeit und hohe Temperaturen. Die feuchten Luftmassen stei-gen auf, durch die Corioliskraft entsteht ein riesiger Wirbel – auf der Südhalbkugel bewegen sich die Luftmassen nach rechts, also im Uhrzeigersinn, und auf der Nordhalbkugel nach links, also entge-gen des Uhrzeigersinns. In dieser zyklonalen Rota-tion liegt auch die Ursache für die spiralförmig an-geordneten Wolkenbänder der tropischen Wirbel-stürme. Je nach ihrer Entstehungsregion tragen die tropischen Wirbelstürme unterschiedliche Bezeich-nungen. In Mittel- und Nordamerika treten sie hauptsächlich in der Zeit von Juni bis November auf – hier werden sie Hurrikane genannt. Im asiatischen Raum werden die Wirbelstürme als Taifune, im Indischen Ozean als Zyklone bezeichnet.

v Trage in die Tabelle die Entstehungsgebiete der tropischen Wirbelstürme ein und ergänze ihre jeweiligen Bezeichnungen (Hurrikan, Taifun, Zyklon). Beschrifte außerdem die Ozeane auf der Karte.

Entstehungsgebiet Bezeichnung des Wirbelsturms

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Abb. 1: Tropischer Wirbelsturm Epsilon über dem Atlantik am 03.12.2005

Entstehung und Einteilung tropischer Wirbelstürme

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w Lies den Text aufmerksam durch. Entwickle drei Fragen zu den Entstehungsbedingungen eines tropischen Wirbelsturms und lasse sie anschließend von deinem Sitznachbarn be-antworten.

Für die Entstehung eines tropi-schen Wirbelsturms sind wesentli-che Bedingungen notwendig. Die Wassertemperatur der Ozeane im Entstehungsgebiet muss mindes-tens 27 °C betragen – so steigen die warmen Luftmassen auf und ziehen weitere Luftmassen mit sich, bedingt durch dieses Tief-drucksystem entstehen erste Winde.

Der durch die Verdunstung ent-standene Wasserdampf ist die Energiequelle des tropischen Wir-belsturms: Die Luftmassen wer-den weiter erwärmt und steigen schneller nach oben. In der Höhe dürfen keine starken Windveränderungen vorhanden sein, die Umgebungswinde müssen eine ähnliche Stärke aufweisen und in annähernd gleiche Richtung wehen wie die Winde des entstandenen Wirbelsturms – sonst würde der aufsteigende Luftstrom abknicken. Die Aufwinde werden durch die Corioliskraft in Rotation gebracht, sodass die Umge-bung des entstandenen tropischen Wirbelsturms einer großen Sogwirkung ausgesetzt ist. Je mehr Wärmeenergie in Gestalt von verdunsteten Wassermengen in den Wirbelsturm aufgenom-men wird, umso schneller steigt die Luft nach oben und die Kraft des Sturms nimmt weiter zu. Die starken Aufwinde schrauben sich immer schneller nach oben.

Notiere hier deine Fragen:

x Überlege. Was passiert, wenn ein tropischer Wirbelsturm das Festland erreicht?

Entstehungsbedingungen tropischer Wirbelstürme

Abb. 2: Entstehungsschema eines tropischen Wirbelsturms


y a) Tropische Wirbelstürme können große Schäden anrichten. Informiere dich im Internet über die Ge-fahren und Auswirkungen von tropischen Wirbel-stürmen. Recherchiere anschließend die jüngs-ten drei tropischen Wir-belstürme. Bereite dich darauf vor, als Reporter aus dem Katastrophenge-biet zu berichten. Welche Auswirkungen hatte der tropische Wirbelsturm auf das Land? Fülle hierzu die folgende Tabelle aus.

Art des tropischen Wirbelsturms (Hurri-kan, Taifun, Zyklon)

Verbreitungs- gebiet

Auswirkungen/ Folgen

Name des tropischen

Wirbelsturms

Wenn du deinen Mitschülern von den Auswirkungen des tropischen Wirbelsturms be-

richtest, gib ihnen mindestens Informationen zu folgenden Fragen. Natürlich kannst du dir darüber hinaus noch weitere Informationen beschaffen und an deine Mitschüler weitergeben.

Wo trat der tropische Wirbelsturm auf, und wie wurde er demnach genannt?

Welche maximale Geschwindigkeit erreichte der Sturm?

Welche Schäden hat der Sturm angerichtet?

Welche Maßnahmen wurden ergriffen?

b) Für Interessierte: Recherchiere. Wie kommen die Wirbelstürme im Atlantik zu ihren „Vornamen“?

Forschungsauftrag: Tropische Wirbelstürme als Naturkatastrophe

Abb. 3: Auswirkungen des Hurrikans Sandy an der Ostküste der USA im Oktober 2012


U Bringe die Schnipselchen in die richtige Reihenfolge und du erfährst, wie sich Tornados – auch eine Art von Wirbelstürmen – von tropischen Wirbelstürmen unterscheiden. Die Gra-fik kann dir helfen. Das Internet oder das Schulbuch können dir zusätzliche Informationen liefern.

Tornados

Tornados haben größere Geschwindigkeiten

gibt es noch weitere Arten von Wirbelstürmen

bis zur Unterseite einer Gewitterwolke.

in entgegengesetzter Richtung zum Boden,

wodurch die aufsteigenden Warmluftmassen

wo feuchtwarme Luft vom Boden aufsteigt,

mit über 500km/h kann sich der Wirbelsturm

Neben den tropischen Wirbelstürmen

Tornados werden auch

welcher schnell rotiert und sich

um seine eigene Achse dreht.

über das Festland bewegen

Er reicht vom Erdboden

Wind- oder Wasserhose genannt.

in starke Rotation versetzt werden

einem sehr schmalen Luftwirbel,

Der Tornado ist ein Wirbelsturm mit

und erhebliche Schäden anrichten.

– der typische „Tornadorüssel“ entsteht.

Kaltluft trifft und kondensiert.

Der Tornado entsteht

mit zerstörerischer Kraft.

in der Höhe auf

als Hurrikans, Die kalte Luft strömt

über dem Festland,

Abb. 4: Luftströme in einem Tornado

Warmluft

Kaltluft


V Arbeite mit einem Partner zusammen. Der ältere von euch liest Text A, der andere Text B. In Text A geht es um die Entstehung und Verbreitung von Hurrikanen, Text B behandelt die Tornados. Tragt die Informationen aus eurem Text in eine Tabelle ein und stellt sie eurem Partner vor. (Stellt die folgenden Eigenschaften von Hurrikan und Tornado gegenüber: Größe/betroffene Region/Dauer/Geschwindigkeit/Gefahren/Zeit, in der der Sturm auftritt/Schutzmaßnahmen)

Text A

Hurrikane stellen mit hohen Windgeschwindigkeiten, Wellen und schweren Niederschlägen eine große Gefahr dar. Sie sind Tiefdruckgebiete mit einem Durchmesser von bis zu 100 km. Im„Auge“ des Hurrikans, dem Sturmzentrum, herrschen nur schwache Winde. Ein Hurrikan kann über meh-rere Stunden an einem Ort mit einer Rotationsgeschwindigkeit von bis zu 300 km/h wüten.

In den Monaten von Juli bis November bilden sich die meisten Hurrikane, hauptsächlich zwischen 10° und 20° nördlicher Brei-te im westlichen Atlantik, Karibik und Golf von Mexiko, nie in Äquatornähe. Ein Hurrikan kann über Wochen bestehen und da-bei Flächen von tausenden Quadratkilometern verwüsten, wäh-rend er sich mit 15 bis 50 km/h fortbewegt. Damit er erhalten bleibt, muss er sich über warmes Meerwasser bewegen, nur so entsteht ausreichend Energie in Form von aufsteigendem Was-serdampf. Über Land wird der Hurrikan zwar instabil, hat jedoch noch so viel Kraft, dass er in Küstennähe verheerende Schäden anrichtet – so richtete zum Beispiel der Hurrikan Katrina im Au-gust 2005 im Südosten der USA Schäden von etwa 81 Milliar-den Dollar an.

Um die Bevölkerung rechtzeitig warnen und evtl. evakuieren zu können, ist eine Vorhersage der Zugrichtung und der Stärke von Hurrikanen von hoher Bedeutung. Auf Satellitenbildern sind Hurrikane gut zu erkennen.

Text B

Tornados entstehen über dem Festland. Sie bilden sich, wenn feuchtwarme Bodenluft auf hoch-reichende Kaltluft trifft. Sie treten meist in der Zeit von April bis Juli auf.

Tornados haben einen Durchmesser von einigen Metern bis etwa 500 m und bewegen sich mit 50 bis 60 km/h über dem Land fort, sie können jedoch auch zeitweise still stehen oder eine Ge-schwindigkeit von 100 km/h erreichen. Im Schlauch des Tornados rotiert die Luft mit hohen Ge-schwindigkeiten, mit über 500 km/h können sie die Hurrikane übertreffen. Von der Wucht der Winde geht die größte Gefahr aus, durch den vom Unterdruck im Inneren des Tornados entste-henden Sog werden Autos und schwere Fahrzeuge in die Höhe geschleudert, Bäume entwurzelt und Hausdächer abgedeckt.

Die Lebensdauer eines Tornados beträgt zwischen weni-gen Sekunden bis mehr als eine Stunde, durchschnittlich liegt sie unter 10 Minuten. Am häufigsten entstehen Tor-nados im Mittleren Westen und im Süden der USA, wo kalte Polarluft aus dem Norden und die warm-feuchte subtropische Luft vom Golf von Mexiko aufeinandertref-fen. In den USA werden Tornados auch Twister genannt. In Europa treten ähnliche Wirbelstürme auf, diese soge-nannten Tromben haben jedoch eine geringere Kraft.

Tornados lassen sich aufgrund ihres relativ spontanen Entstehens nur schlecht vorhersagen, es besteht nur ein kleines Zeitfenster von etwa 20- bis 30-minütiger Vor-warnzeit.

Unterschied Tornado – Hurrikan

Abb. 5: Hurrikan Dennis 2005, Golf von Mexiko

Abb. 6: Tornado 2007, Manitoba/Kalifornien


Experiment: Der „Tornado-Rüssel“

W Führe gemeinsam mit einem Partner ein Experiment zur Entstehung des sogenannten „Tornado-Rüssels“ durch.

Hierzu benötigt ihr folgende Materialien:

– zwei PET-Flaschen mit je zwei Litern Fassungsvermögen

– Klebeband

– Wasser

– Eine Stoppuhr

– Einen Lappen

Vorbereitung:

Entfernt die Verschlüsse von beiden Flaschen. Füllt eine der beiden PET-Flaschen zu drei Viertel mit Wasser. Setzt die andere, leere Flasche mit der Öffnung nach unten auf die volle Flasche. Verbindet anschließend die beiden Öffnungen mit Klebeband mitein-ander – wickelt hierbei das Klebeband mehrmals um die Flaschenöffnungen, damit es gut hält.

Durchführung:

Stoppt nun die Zeit, die das Wasser braucht, um von der einen in die andere Flasche zu fließen. Dreht hierzu deine Konstruktion schnell um, so dass die gefüllte Flasche oben ist. Beobachtet das Verhaltens des Wassers, notiert anschließend eure Beobachtungen.

Führt das Experiment nun noch ein zweites Mal mit einer kleinen Änderung durch. Haltet die un-tere Flasche fest, während ihr die andere Flasche in eine schnelle Kreisbewegung versetzt. No-tiert euch wieder eure Beobachtungen bezüglich des Fließverhaltens und der Fließdauer des Wassers.

Überlegt in einem dritten Schritt: Wie kommt das unterschiedliche Fließverhalten des Wassers in den beiden Versuchen zustande?

Beobachtungen Durchführung 1:

Beobachtungen Durchführung 2:


Seite 1, Aufgabe v

Seite 2, Aufgabe xErreicht ein Hurrikan das Festland, schwächt sich dieser allmählich ab, da über dem Land keine weitere Feuch-tigkeit nachgeliefert wird und der Wirbel bricht zusammen.

Seite 3, Aufgabe y b)Seit 1953 werden alle Hurrikane im Atlantik nach einer Liste benannt, welches von einem internationalen Ko-mitee der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) erstellt wird. Auf dieser Liste stehen für jede Hurrikansai-son 21 alphabetisch angeordnete weibliche und männliche Vornamen. Vor 1979 waren es nur weibliche Na-men. Die Namen wiederholen sich alle 6 Jahre. Es können jedoch auch Namen von der Liste gestrichen und durch neue ersetzt werden. Dies wird bei zerstörerischen Hurrikanen, wie z. B. Katrina (2005) gemacht. Gibt es in einer Saison mehr als 21 Hurrikane, werden die folgenden nach griechischen Buchstaben benannt (Alpha, Beta, Gamma usw.).

Seite 4, Aufgabe U

Neben den tropischen Wirbelstürmen gibt es noch weitere Arten von Wirbelstürmen mit zerstörerischer Kraft. Der Tornado ist ein Wirbelsturm mit einem sehr schmalen Luftwirbel, welcher schnell rotiert und sich um seine eigene Achse dreht. Er reicht vom Erdboden bis zur Unterseite einer Gewitterwolke. Der Tornado entsteht über dem Festland, wo feuchtwarme Luft vom Boden aufsteigt, in der Höhe auf Kaltluft trifft und kondensiert. Die kalte Luft strömt in entgegengesetzter Richtung zum Boden, wodurch die aufsteigenden Warmluftmassen in starke Rotation versetzt werden – der typische „Tornado-Rüssel“ entsteht. Tornados haben größere Geschwin-digkeiten als Hurrikans, mit über 500 km/h kann sich der Wirbelsturm über das Festland bewegen und erheb-liche Schäden anrichten. Tornados werden auch Wind- oder Wasserhose genannt.

Seite 5, Aufgabe V Hurrikan TornadoGröße: Bis zu 100 km/h Einige Meter bis 500 Meter

Betroffene Region: hauptsächlich Südosten der USA

hauptsächlich Mittlerer Westen und Süden der USA

Dauer: Können über Wochen bestehen Durchschnittlich 10 Minuten

Geschwindigkeit: 15 bis 50 km/h über dem Meer 50 bis 60 km/h, es können auch Geschwin-digkeiten von bis zu 100 km/h auftreten

Gefahren: Verheerende Schäden in Küstennähe

Der starke Sog eines Tornados kann große Schäden auf dem Festland anrichten.

Zeit, in der der Sturm auftritt: Juli bis November April bis Juli

Schutzmaßnahmen: Vorhersage anhand von Satellitenbildern gut möglich

Nur Vorwarnzeiten von 20 – 30min

Seite 6, Experiment:Beobachtungen Durchführung 1: Es fließt kein Wasser in die untere Flasche.Beobachtungen Durchführung 2: Das Wasser fließt aus der oberen in die untere Flasche. Dabei entsteht ein

trichterförmiger Wasserstrudel.Erklärung: Im ersten Versuch kann kein Wasser aus der oberen in die untere Flasche laufen, da die Luft in der unteren Flasche keine Möglichkeit zum Entweichen hat. Die schnelle Kreisbewegung im zweiten Versuch drückt das Wasser ein wenig an die Außenwand der Flasche, ein Luftkanal entsteht und die Luft aus der un-teren Flasche kann nach oben steigen. Tornados entstehen ähnlich – die warme Luft steigt auf und wird durch starke Winde in Rotation versetzt.

Lösungen

Hurrikane Hurrikane Zyklone

Zyklone

Taifune

TaifuneTaifune

Äquator

PazifischerOzean

Pazifi-scherOzean

AtlantischerOzean Indischer Ozean

Bildquellen:

Coverabbildung, Kopfzeile und Seite 1: Tropischer Wirbelsturm Epsilon über dem Atlantik, 03.12.2005: gemeinfrei.URL: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Epsilon_ISS012-E-10097.jpg

Seite 2: Schema tropischer Wirbelsturm: gemeinfrei. URL: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hurr_cross.jpg

Seite 2: Karte mit Gebieten tropischer Wirbelstürme: © Marion El-Khalafawi

Seite 3: Hurrikan Sandy: gemeinfrei. URL: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:North_docks_79st_Boat_Basin_Sandy_jeh.jpg?uselang=de

Seite 4: Schema: Luftströme in einem Tornado: © Marion El-Khalafawi

Seite 5: Hurrikan Dennis 2005: gemeinfrei. URL: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hurricane_Dennis_on_July_7_2005_1550_UTC.jpg

Seite 5: Tornado in Manitoba, Kalifornien 2007: © Justin 1569. This file is licensed under the Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported license. URL: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:F5_tornado_Elie_Manitoba_2007.jpg

Seite 6: PET-Flasche: © akiyoko – Fotolia.com

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Satz: Graph & Glyphe

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