Wissen – Polargebiete und Trockenwüsten

Wüsten – Klimate der Extreme
Prof. Dr. Wolf Dieter Blümel

Wüsten – ob heiß oder kalt – sind thermisch wie hygrisch extreme Klimate. Ihre individuelle Prägung erfolgt ganz entscheidend durch unterschiedliche Beleuchtungsverhältnisse, also durch die Dauer und Intensität der Sonneneinstrahlung. Randtropisch-subtropische Trockenwüsten, wie die Sahara, die Rub al-Khali, die iranische Lut oder die Namib, zeigen in der Mehrzahl ein thermisches Tageszeitenklima mit schwach ausgeprägten, unzuverlässigen hygrischen Jahreszeiten (Regen- und Trockenzeiten). Polare Eis- und Kältewüsten stehen hingegen für extreme thermische Jahreszeiten, insbesondere eisige Winter mit Tiefsttemperaturen, monatelanger Dunkelheit und relativ kalten Sommern.

TROCKENWÜSTEN

»Die Sahara ist ein heißes Land, in dem es sehr kalt wird.« Diese Umschreibung kennzeichnet treffend die für viele Trockenwüsten typische starke bis extreme Tag- und Nacht-Schwankung der Temperatur: Tagsüber klettert das Quecksilber bei steilem Sonnenwinkel meist über 30 Grad, nicht selten über 50 Grad Celsius, nachts fällt es bei klarem Himmel bis um 30 Grad. Für die saharischen Sommertage wurde eine Mitteltemperatur von 38 Grad Celsius bestimmt. Die Wintertage liegen im Tagesmittel bei 25 Grad, nachts kühlt es dann oft bis minus zehn Grad Celsius ab. Die höchsten, meteorologisch korrekt gemessenen Tagestemperaturen verzeichnen die Orte El Aziza in Nord-Libyen mit 58 Grad und In Salah in Algerien mit 59,4 Grad Celsius.

Auch wenn die Niederschläge generell gering sind, gliedern sie doch das Klima der Trockenwüsten in hygrische Jahreszeiten. Die Niederschläge aus der Frontalzone ebenso wie die tropischen, an den Zenitstand der Sonne gekoppelten fallen als Schauer oder Gewitter in kleinräumig-punktueller Verteilung. Kennzeichen dieser Regenfälle sind ihre hohe räumliche und zeitliche Variabilität sowie oft große Mengenunterschiede. Das hat teilweise starke Abweichungen vom langjährigen Mittelwert zur Folge. So fielen zum Beispiel am Ostrand der Namib in der Regenzeit 1973/74 nur 44 Millimeter Regen, im darauffolgenden Jahr hingegen 300 Millimeter – und das bei einem langjährigen Mittel von 100 Millimetern. Niederschläge können über Jahre ausbleiben und dann so üppig und zeitlich gut verteilt fallen, dass das Phänomen der »blühenden Wüste« auftritt oder mehrere Regenzeiten hintereinander das arithmetische Mittel weit übertreffen.

Derartige Ereignisse untermauern den oft kolportierten Spruch, dass in der Wüste mehr Menschen ertrinken als verdursten: In der Sahara wurde ein Starkregen von 93 Millimetern innerhalb von nur einer Stunde gemessen. Extreme Regenfälle verursachten im Herbst 1969 im tunesischen Maknassy beträchtliche Erosionsschäden: Hier fielen am 26. September 210 Millimeter – das langjährige September-Mittel liegt bei 15 Millimetern. Katastrophale Auswirkungen wurden 2006 aus Marokko gemeldet, als nach 20 Jahren Trockenheit sturzbachartige Regenfälle am Erg Chebbi die Wadis Ghris und Ziz zu reißenden Flüssen machten und zahlreiche Unterkünfte des lang gestreckten Touristenortes einstürzten.

Andererseits unterstreichen Beispiele für lange Intervalle ohne Regen die außerordentliche Variabilität der Extremwüsten: So fiel in der Atacama bei Canchones in acht Jahren nur vier Mal messbarer Niederschlag mit insgesamt vier Millimetern, in der Colonia Pintados waren es in 13 Jahren insgesamt lediglich 3,1 Millimeter. Ebenso wird für die westliche Sahara bei In Salah berichtet, dass es zwischen 1903 und 1913 nur einmal regnete. Die biologischen Verhältnisse in Wüsten werden maßgeblich durch die Wasserbilanz bestimmt. Für den zentralen Bereich der Sahara gelten beispielsweise etwas weniger als 50 Millimeter als durchschnittlicher Jahresniederschlag. Bei Werten größer als 100 Millimeter pro Jahr herrschen meist die ökologischen Bedingungen einer weniger extremen Vollwüste. Generell übersteigt in heißen Wüsten die potenzielle Verdunstung das Niederschlagsangebot um ein Vielfaches. Als Faustregel gilt eine Spanne zwischen 2000 und 4000 Millimetern pro Jahr. In Teilen der Ost-Sahara steigt die Wasserverdunstung (Evaporation) mit über 6000 Millimetern pro Jahr auf Höchstwerte.

Nachfolgend soll auf die Ursachen der Trockenheit in den Wüsten eingegangen werden. Dabei muss man sich bewusst sein, dass es oftmals eine Kombination von Faktoren ist, die zu geringem oder fehlendem Niederschlag führt. Man unterscheidet gemäß den klimatischen Ursachen vier Wüstentypen.

Die bekanntesten Hitzewüsten liegen innerhalb des randtropischsubtropischen Hochdruckgürtels, die Wendekreis- oder Passatwüsten. Sie entstehen durch absteigende, sich erwärmende Luftmassen aus dem Passat-Kreislauf (Hadley-Zirkulation), die im Bereich des nördlichen und des südlichen Wendekreises für Wolkenauflösung und damit für intensive direkte Sonneneinstrahlung mit äußerst hoher Verdunstung sorgen. Die größte Wendekreiswüste ist die Sahara. Mit ihrer extremen Trockenheit auf einer Fläche von fast neun Millionen Quadratkilometern ist sie unter den globalen Wüsten unübertroffen. Ihre außerordentliche Aridität erklärt sich ergänzend aus der Lage zwischen der außertropischen Westwindzone, die im Norden unregelmäßige Winterniederschläge liefert, und den sommerlichen tropischen Monsunregen im Südteil. Beide Niederschlagsregime sind nur wenig ergiebig, zumal der riesige zentralsaharische Raum weit vom Meer entfernt liegt (Kontinentalität). Die Hyper-Aridität der Sahara und der Arabischen Halbinsel wird verstärkt durch den Einfluss des fernen, über 5000 Meter hohen Tibet-Plateaus. Dort entwickelt sich ein riesiges sommerliches Hitzetief, das feuchte Luftmassen des Südostpassats ansaugt – den indischen Südwestmonsun. Zeitgleich bildet sich in der höheren asiatischen Troposphäre ein kräftiges Hoch, dem ein Höhentief über dem Indischen Ozean gegenüberliegt. Durch die Coriolis-Ablenkung und Querzirkulationen ergibt sich daraus der tropische Ost-Jet, ein Höhen-Strahlstrom, der mit seinem »Delta« absteigender Luftmassen über dem nördlichen Afrika und Vorderasien die Trockenheit verstärkt.

Kontinentale Inlandwüsten (Binnenwüsten) sind meeresferne Räume; die Tiefdruckgebilde bringen nur noch wenige Niederschläge. Bekannteste Beispiele sind die innerasiatischen Wüsten Takla Makan und Gobi. Dort fallen durchschnittlich 25 Millimeter Jahresniederschlag; östlich des Tarim-Beckens sogar nur neun Millimeter. Dem steht eine potenzielle Verdunstung von 2500–3000 Millimetern pro Jahr bei zwei bis drei Prozent Luftfeuchte gegenüber. Binnenwüsten sind sommerheiß und sehr winterkalt. So liegen die mittleren Juli-Temperaturen bei 24–27 Grad Celsius, die des Januars zwischen minus sechs und minus zehn Grad Celsius bei einem Jahresmittel um zehn Grad. Extrem fallen ebenso die Tag- und Nacht-Schwankungen der Temperatur aus. Dazu kennzeichnen häufige Sand-, Staub- und Schneestürme das Witterungsgeschehen.

Im Regenschatten (Lee) hoch aufragender Gebirge innerhalb des globalen Trockengürtels entstehen Reliefwüsten, auch orografische Wüsten genannt. Das wohl bekannteste Beispiel ist das Death Valley in Kalifornien. Es liegt im Lee der teils über 4000 Meter hohen Sierra Nevada in einer Depression 86 Meter unter dem Niveau des Meeresspiegels. Beim Abstieg über mehrere Tausend Meter lösen sich die Wolken auf; die Luft erwärmt sich zunehmend und erreicht die Depression durch den Föhneffekt in sehr trockenem Zustand. Im langjährigen Mittel fallen so nur 45 Millimeter Niederschlag. Die potenzielle Verdunstung beträgt dagegen etwa 4000 Millimeter pro Jahr – das 88-Fache des mittleren Niederschlags. Damit ist das Tal des Todes der trockenste Ort der USA. Die starke Sonneneinstrahlung bewirkt Tagestemperaturen von oft über 40–50 Grad Celsius. In den Wintermonaten steigen die Temperaturen dagegen kaum über 20 Grad Celsius.

Küstenwüsten finden sich nur an den Westseiten von Afrika (Namib), Südamerika (Atacama) und Mittelamerika (Baja California). Die Existenz von Namib und Atacama ist an das Aufquellen antarktischen Kaltwassers geknüpft, das als Benguela- und Humboldt-Strom küstenparallel Richtung Äquator zieht. In Nordwest-Afrika intensiviert der kühle Kanaren-Strom die Trockenheit in Küstennähe. Die nahezu regenlosen Wüsten setzen unmittelbar an der Küste an und erstrecken sich rund 30–70 Kilometer landeinwärts. So weit reicht der trockenklimatische Effekt der kalten Strömung mit küstennahen Oberflächentemperaturen von etwa 13 Grad Celsius. Das unterkühlte Meereswasser verhindert die Bildung von Regenwolken. Es entsteht lediglich eine Nebeldecke, die tagsüber meist als Hochnebel über dem Meer liegt und nachts regional bis zu 60 Kilometer weit bodennah in die Wüste zieht. Mit der Morgensonne löst sich der Nebel rasch wieder auf. Die Nebelnässe ist für die Tier- und Pflanzenwelt äußerst bedeutsam. Die Mittlere Namib erhält vom Inland her nur weniger als 20 Millimeter Regen im Jahr; die chilenische Atacama ist durch den Anden-Lee-Effekt noch arider. Küstenwüsten sind trocken-kühl mit einer ausgeglichenen Jahresamplitude der Temperatur und nur geringen Tag-und-Nacht-Schwankungen.

ARKTISCHE UND ANTARKTISCHE KÄLTE- UND EISWÜSTEN

Unter dem Begriff Kältewüste werden die kältesten Bereiche der unvergletscherten Polarregionen (Periglazialgebiete) verstanden. Sie zeigen allenfalls sporadische Vegetation. Hier herrschen über das Jahr hinweg sehr gegensätzliche solare Beleuchtungsverhältnisse und damit ausgeprägte thermische Jahreszeiten mit eisigen Wintern und kühlen oder gar kalten Sommern. In der Arktis sind die Festlandsbereiche rund um das Polarmeer angeordnet. Die Kältewüsten nehmen darin die extremen, polnahen Geländeteile der kanadischen Arktis, Nord-Grönlands, Spitzbergens und einiger sibirischer Inseln ein. Aus ökologischer Sicht betrachtet sind diese kargen Bereiche »Wärmemangel-Wüsten«, das heißt, die kurze sommerliche Auftau- und Wachstumsperiode bietet eine zu geringe Wärmesumme für ein üppigeres Pflanzenwachstum.

Aufgrund des 24-Stunden-Tags tritt zwar in der sommerlichen Kältewüste kein Frostwechsel auf und es ist für etwa zwei bis drei Monate durchgehend Fotosynthese möglich. Dennoch können nur sporadisch niedere Pflanzen wie Moose und Flechten oder vereinzelt Blütenpflanzen wachsen, da die Sommermonate das Temperaturmittel von fünf Grad Celsius nicht übersteigen.

Die eher geringen Niederschläge aus wandernden Tiefdruckgebieten fallen vor allem als Schnee. Regional sind es sogar weniger als 100 Millimeter Wasseräquivalent; damit scheint eine Analogie zu den Trockenwüsten zu bestehen. Jedoch ist wegen der kühlen Atmosphäre und trotz der trockenen Ostwinde die Verdunstung schwach, sodass letztlich Wasserüberschuss und damit durchgreifende Bodenfeuchte daraus resultieren.

Im Untergrund der Kältewüsten existiert flächendeckender Permafrost, für dessen Existenz tiefe Jahresmitteltemperaturen von mindestens minus sieben oder minus acht Grad Celsius erforderlich sind. In den polaren Kältewüsten Nordgrönlands oder der kanadischen Arktis liegen die entsprechenden Werte weit darüber im Bereich von minus zwölf bis minus 17 Grad Celsius. Die Januartemperaturen betragen etwa minus 32 Grad Celsius, die des Julis wenige Grad über null. Regional mildert ozeanischer Einfluss die klimatischen Rahmenbedingungen.

In der Antarktis existieren klimatisch zwei Typen von Kältewüste: Auf der Antarktischen Halbinsel mit ihrem ozeanisch gemäßigten Klima hat der kälteste Monat eine Durchschnittstemperatur von minus neun Grad Celsius. Die beiden Sommermonate Januar und Februar erreichen im Mittel nicht mehr als 1,5 bis zwei Grad Celsius. Das Jahresmittel liegt bei minus 2,7 Grad Celsius. Da der Nordteil der Antarktischen Halbinsel noch unterhalb des Polarkreises liegt und damit kurze sommerliche Nächte auftreten, gibt es im Sommer etwa 50 Prozent Frostwechseltage. Die Witterung bei stets hoher Luftfeuchte ist windig-stürmisch mit Schnee- und Regenniederschlägen von 300–600 Millimetern im Jahr.

Demgegenüber zeigen sich die eisfreien Trockentäler der Ostantarktis (Dry Valleys, Viktorialand) als extrem-aride Wüstenlandschaft häufig bei klarem Himmel. In den Wintermonaten können die Temperaturen auf bis zu minus 50 Grad Celsius fallen. Auch im Polarsommer bleiben die Lufttemperaturen niedrig bei etwa minus zehn Grad Celsius; nur selten werden kurzfristig Anstiege um den Nullpunkt erreicht. Die Luft ist außerordentlich trocken, bedingt durch teilweise orkanartige Fallwinde, die vom Polarplateau herunterströmen. Nur gelegentlich führen sie etwas Treibschnee mit sich.

Der populäre Begriff Eiswüste umschreibt einerseits riesige Meereisflächen, andererseits weiträumige Festlandvergletscherungen wie die der Antarktis und Grönlands sowie die kleineren Plateau-Gletscher und Eisstromnetze des kanadischen Archipels, Spitzbergens oder der sibirischen Inseln Franz-Josef-Land, Nowaja und Sewernaja Semlja. Mit weitem Abstand führt die Antarktis die Liste der Eiswüsten an: Hier sind auf etwa 13,6 Millionen Quadratkilometern Fläche 26,4 Millionen Kubikmeter Eis, das bedeutet 90 Prozent der globalen Eismassen und 80 Prozent des globalen Süßwassers, konzentriert. Stellenweise übersteigt der Eispanzer 4000 Meter Mächtigkeit. Mit durchschnittlich 2040 Metern Meereshöhe ist Antarktika der höchste Kontinent.

Über diesem riesigen Eisdom erstreckt sich eine bis zu 2000 Meter hohe, äußerst kalte, trockene Luftmasse – das südpolare Kältehoch. Hier liegt der Ursprung unvermittelt losbrechender katabatischer Winde: In der Küstenregion erreichen die Fallwinde ihre höchsten Geschwindigkeiten, oft in Sturmstärken von mehr als 180– 200 Stundenkilometern. 1972 wurde mit 327 Stundenkilometern der bisher stärkste Orkan gemessen.

Das Wasseräquivalent des hier fallenden Schnees liegt niedriger als 50 Millimeter, regional sogar bei nur 13 Millimetern. Mit Annäherung an die Küste nehmen die Schneefälle deutlich auf 200–400 Millimeter zu. Sie stammen vor allem aus den winterlichen Tiefdruckwirbeln, die den Kontinent umkreisen und auf den Eispanzer aufbranden. Die regionale Niederschlagsverteilung zu ermitteln ist kaum möglich, da heftige Winde und Stürme das Wettergeschehen dominieren und für eine weiträumige Verdriftung des Schnees sorgen.

Ganzjährig klirrende Kälte beherrscht das riesige innere Antarktik-Plateau. Am Südpol beträgt die Jahresmitteltemperatur minus 49 Grad Celsius. In den dunklen Wintermonaten liegt die durchschnittliche Monatstemperatur bei minus 58 Grad Celsius. Im Jahr 1983 registrierte man bei der Station Wostok minus 89,2 Grad Celsius – den bisherigen weltweiten Kälterekord. Für die beiden Hochsommermonate Dezember und Januar werden minus 29 Grad Celsius als Mittelwert angegeben.

Der geografische Nordpol dagegen liegt auf einer riesigen Meereisfläche über dem 4000 Meter tiefen Arktischen Ozean. Damit werden mangels Höhenlage nicht annähernd die Kälterekorde wie auf dem antarktischen Eisdom erreicht, zumal das Nordpolarmeer als mildernde Wärmequelle wirkt. In der winterlichen Polarnacht fallen die Temperaturen öfter unter minus 40 Grad Celsius, im Sommer dagegen wird gelegentlich die Null-Grad-Grenze überschritten. Das Jahresmittel bewegt sich zwischen minus 15 und minus 20 Grad Celsius. Von dem permanenten Kältehoch strömen die trockenen Ostwinde ab, die in den angrenzenden Kältewüsten für die relativ trockenen Bedingungen verantwortlich sind.

Das bis zu 3725 Meter über Meereshöhe aufgewölbte Inlandeis Grönlands erreicht ebenfalls nicht das Kälteniveau der Antarktis, ist aber im Nordwinter minus 45–50 Grad Celsius kalt. Somit entwickeln sich auch hier heftige katabatische Stürme, die in alle Richtungen abströmen. Im Sommer misst man auf dem Höhenplateau etwa minus zehn Grad Celsius. Die Null-Grad-Isotherme liegt rund um die Insel weiter inländisch, sodass vor allem die Westflanke besiedelbar ist und der Name »Grönland« verständlich wird. (Bereits die Wikinger trafen im 11. Jahrhundert während der mittelalterlichen Wärmeperiode hier auf siedlungsfähiges »grünes« Land und vergaben diesen Namen.) Von der 2,1 Millionen Quadratkilometer großen Insel sind etwa 19 Prozent eisfreies Gebiet. An der Nordflanke und im Nordosten bleiben die Sommer unterkühlt; es kann sich nur eine Kältewüste einstellen. Derzeit ist im Zuge der globalen Erwärmung eine kräftige Gletscherschmelze in Gang gekommen. Die Vegetation in den eisfreien Gebieten an der Westküste und der wirtschaftende Mensch profitieren zwar von dieser Entwicklung, aber global gesehen geht von der rapiden Eisschmelze eine wachsende Bedrohung für Küstentiefländer und flache Inseln durch den spürbaren Anstieg des Meeresspiegels aus.