Wirbelstürme

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Lucia Winterberg
Wirbelstürme
Materialien und Hintergrundwissen
für Ihren Erdkundeunterricht
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Nutzung ist nur für den genannten Zweck gestattet, nicht jedoch für einen
schulweiten Einsatz und Gebrauch, für die Weiterleitung an Dritte (einschließlich,
aber nicht beschränkt auf Kollegen), für die Veröffentlichung im Internet oder in
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Eine über den genannten Zweck hinausgehende Nutzung bedarf in jedem Fall
der vorherigen schriftlichen Zustimmung des Verlages.
Verstöße gegen diese Lizenzbedingungen werden strafrechtlich verfolgt.
Entstehung und Einteilung tropischer Wirbelstürme
u Lies den Text aufmerksam durch.
Tropische Wirbelstürme entstehen – wie der Name
bereits vermuten lässt – hauptsächlich an der Meeresoberfläche in den Tropen oder Subtropen. Sie
benötigen zu ihrer Entstehung viel Feuchtigkeit und
hohe Temperaturen. Die feuchten Luftmassen steigen 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 entgegen des Uhrzeigersinns. In dieser zyklonalen Rotation liegt auch die Ursache für die spiralförmig angeordneten Wolkenbänder der tropischen Wirbel- Abb. 1: Tropischer Wirbelsturm Epsilon über dem Atlantik
stürme. Je nach ihrer Entstehungsregion tragen die am 03.12.2005
tropischen Wirbelstürme unterschiedliche Bezeichnungen. 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.
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Entstehungsgebiet
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Bezeichnung des Wirbelsturms
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Lucia Winterberg: Wirbelstürme
© Persen Verlag
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Entstehungsbedingungen tropischer Wirbelstürme
w Lies den Text aufmerksam durch. Entwickle drei Fragen zu den Entstehungsbedingungen
eines tropischen Wirbelsturms und lasse sie anschließend von deinem Sitznachbarn beantworten.
Für die Entstehung eines tropischen Wirbelsturms sind wesentliche Bedingungen notwendig. Die
Wassertemperatur der Ozeane im
Entstehungsgebiet muss mindestens 27 °C betragen – so steigen
die warmen Luftmassen auf und
ziehen weitere Luftmassen mit
sich, bedingt durch dieses Tiefdrucksystem entstehen erste
­Winde.
Der durch die Verdunstung entstandene Wasserdampf ist die
Energiequelle des tropischen Wirbelsturms: Die Luftmassen wer- Abb. 2: Entstehungsschema eines tropischen Wirbelsturms
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 Umgebung des entstandenen tropischen Wirbelsturms einer großen Sogwirkung ausgesetzt ist. Je
mehr Wärmeenergie in Gestalt von verdunsteten Wassermengen in den Wirbelsturm aufgenommen 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?
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Forschungsauftrag: Tropische Wirbelstürme als Naturkatastrophe
y a)Tropische Wirbelstürme
können große Schäden
anrichten. Informiere dich
im Internet über die Gefahren und Auswirkungen
von tropischen Wirbelstürmen.
Recherchiere
anschließend die jüngsten drei tropischen Wirbelstürme. Bereite dich
darauf vor, als Reporter
aus dem Katastrophengebiet zu berichten. Welche
Auswirkungen hatte der
tropische Wirbelsturm auf
das Land? Fülle hierzu
die folgende Tabelle aus.
Abb. 3: Auswirkungen des Hurrikans Sandy an der Ostküste der USA
im Oktober 2012
Art des tropischen
Wirbelsturms (Hurrikan, Taifun, Zyklon)
Verbreitungsgebiet
Auswirkungen/
Folgen
Name des
tropischen
Wirbelsturms
Wenn du deinen Mitschülern von den Auswirkungen des tropischen Wirbelsturms berichtest, 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“?
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Tornados
U Bringe die Schnipselchen in die richtige Reihenfolge und du erfährst, wie sich Tornados –
auch eine Art von Wirbelstürmen – von tropischen Wirbelstürmen unterscheiden. Die Grafik kann dir helfen. Das Internet oder das Schulbuch können dir zusätzliche Informationen
liefern.
gibt es noch weitere Arten von Wirbelstürmen
einem sehr schmalen Luftwirbel,
wodurch die aufsteigenden Warmluftmassen
Neben den tropischen Wirbelstürmen
Wind- oder Wasserhose genannt.
und erhebliche Schäden anrichten.
Kaltluft
welcher schnell rotiert und sich
Warmluft
Er reicht vom Erdboden
über dem Festland,
Tornados werden auch
um seine eigene Achse dreht.
Kaltluft trifft und kondensiert.
d bewegen
über das Festlan
mit zerstörerischer Kraft.
Die kalte Luft strömt
als Hurrikans,
in der Höhe auf
Der Tornado entsteht
Abb. 4: Luftströme in einem Tornado
– der typische „Tornadorüssel“ entsteht.
in starke Rotation versetzt werden
wo feuchtwarme Luft vom Boden aufsteigt,
Tornados haben größere Geschwindigkeiten
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bis zur Unterseite einer Gewitterwolke.
mit über 500km/h kann sich der Wirbelsturm
Der Tornado ist ein Wirbelsturm mit
in entgegengesetzter Richtung zum Boden,
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Unterschied Tornado – Hurrikan
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 mehrere 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 Breite im westlichen Atlantik, Karibik und Golf von Mexiko, nie in
Äquatornähe. Ein Hurrikan kann über Wochen bestehen und dabei Flächen von tausenden Quadratkilometern verwüsten, während 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 Wasserdampf. 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 August 2005 im Südosten der USA Schäden von etwa 81 Milliarden 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.
Abb. 5: Hurrikan Dennis 2005, Golf von
Mexiko
Text B
Tornados entstehen über dem Festland. Sie bilden sich, wenn feuchtwarme Bodenluft auf hochreichende 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 Geschwindigkeit von 100 km/h erreichen. Im Schlauch des Tornados rotiert die Luft mit hohen Geschwindigkeiten, 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 entstehenden Sog werden Autos und schwere Fahrzeuge in die Höhe geschleudert, Bäume entwurzelt
und Hausdächer abgedeckt.
Die Lebensdauer eines Tornados beträgt zwischen wenigen Sekunden bis mehr als eine Stunde, durchschnittlich
liegt sie unter 10 Minuten. Am häufigsten entstehen Tornados im Mittleren Westen und im Süden der USA, wo
kalte Polarluft aus dem Norden und die warm-feuchte
subtropische Luft vom Golf von Mexiko aufeinandertreffen. In den USA werden Tornados auch Twister genannt.
In Europa treten ähnliche Wirbelstürme auf, diese sogenannten Tromben haben jedoch eine geringere Kraft.
Abb. 6: Tornado 2007, Manitoba/Kalifornien
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Tornados lassen sich aufgrund ihres relativ spontanen
Entstehens nur schlecht vorhersagen, es besteht nur ein
kleines Zeitfenster von etwa 20- bis 30-minütiger Vorwarnzeit.
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Experiment: Der „Tornado-Rüssel“
WFühre 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 miteinander – 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 untere Flasche fest, während ihr die andere Flasche in eine schnelle Kreisbewegung versetzt. Notiert 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:
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Lösungen
Seite 1, Aufgabe v
Hurrikane
Hurrikane
Zyklone
Taifune
Pazifischer
Ozean
Äquator
Pazifischer
Ozean
Atlantischer
Ozean
Indischer Ozean
Taifune
Zyklone
Taifune
Seite 2, Aufgabe x
Erreicht ein Hurrikan das Festland, schwächt sich dieser allmählich ab, da über dem Land keine weitere Feuchtigkeit 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 Komitee der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) erstellt wird. Auf dieser Liste stehen für jede Hurrikansaison 21 alphabetisch angeordnete weibliche und männliche Vornamen. Vor 1979 waren es nur weibliche Namen. 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 Geschwindigkeiten als Hurrikans, mit über 500 km/h kann sich der Wirbelsturm über das Festland bewegen und erhebliche Schäden anrichten. Tornados werden auch Wind- oder Wasserhose genannt.
Seite 5, Aufgabe V
Hurrikan
Tornado
Größe:
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 Geschwindigkeiten 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:
Nur Vorwarnzeiten von 20 – 30min
Vorhersage anhand von
Satellitenbildern gut möglich
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 unteren Flasche kann nach oben steigen. Tornados entstehen ähnlich – die warme Luft steigt auf und wird durch
starke Winde in Rotation versetzt.
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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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