Warum ist es in der Tiefsee so kalt?
Die Temperatur der Tiefsee liegt bei -1 bis 4 °C. Die Temperatur tiefer Gesteinsschichten steigt aber, genau wie die der Luft, um etwa 0,6°C pro 100 Meter (Lageenergie wird in Temperatur umgewandelt). Die Ozeane werden nach unten aber nicht wärmer.
Das müsste an Wasserströmungen liegen, eiskaltes Wasser von den Polarregionen sinkt nach unten. Wie stark wirkt sich dieser Effekt auf die Oberflächentemperatur der Erde aus? Wie kalt/warm wäre Luft/Land, wenn es diese Konvektion nicht gäbe?
6 Antworten
In deiner Frage stimmt schon so einiges nicht.
- Der Wert der trockenadiabatischen Temperaturänderung beträgt lt. Wikipedia 0,976 K / 100 m.
- Lt. https://de.wikipedia.org/wiki/Geothermische_Tiefenstufe beträgt der Durchschnittswert für den Temperaturansstieg in der Erdkruste aber 3 K / 100 m, mit starken Abweichungen.
- Selbst wenn die Werte gleich wären, wäre das Zufall, denn sie entstehen aufgrund völlig anderer Prozesse.
Beim Meer ist es ein dritter Prozess, also weder eine adiabatische Temperaturänderung noch Wärmeleitung.
Hauptsächlich sind es Strömungen und der Wärmeaustausch an der Oberfläche (incl. Ein- und Ausstrahlung sowie Verdunstungs- und Schmelzwärme).
Die Strömungen beruhen auf der unterschiedlichen Dichte des Meerwassers - je nach Temperatur - und auf Winden.
Wenn du dir überlegen willst, was passierte, wenn der wichtigste Menchanismus nicht mehr wirkt, kannst du dir alles ausdenken.
Z.B. könnten die Polarmeere bis zum Grund durchfrieren und die tropischen bis in tiefste Tiefen > 20°C haben.
Dazu müsstest du aber die Meere durch gigantische Sperren voneinander abschotten.
Heutzutage bewegt sich doch alles unterhalb von Erd- oder Meeresboden doch praktisch nicht mehr.
Die Strömungen im Erdmantel haben eine Größenordnung von Zentimetern pro Jahr.
Und wenn es mal schneller geht, also bei einem Vulkanausbruch, ist das ein recht eng begrenztes Gebiet, dass nicht den Temperaturgradienten in der gesamten Erdhülle (Mantel und Kruste) beeinflusst.
Also ist natülich die Hitze im Erdinnern auf die Kompression zurückzuführen, allerdings wurde diese Wärme schon bei der Entstehung der Erde freigesetzt, und ist dort mehr oder weniger gefangen.
Z.T. wird sie auch gepuffert, und als Erstarrungswärme des flüssigen zum festen Kern frei.
Aber sie wird nur sehr langsam abgegeben, durch Wärmeleitung, die ist bei Entfernungen von 1000en km nicht sonderlich effektiv.
Dazu kommt ein geringer Austausch durch Konvektion, wie gesagt mit Geschwindigkeiten von Zentimetern pro Jahr.
Vielleicht ist ein Plume von der Kern/Mantel-Grenze etwas schneller unterwegs.
Zu der Restwärme aus der Entstehungszeit kommen noch Wärme aus dem radioaktiven Zerfall (wohl der größte Anteil) sowie aus der Gezeitenreibung.
Der Gradient in Erdmantel und -kruste entsteht nicht durch Konvektion, sondern allein deshalb, weil die Wärmeleitung ja von der Temperaturdifferenz abhängt.
In jedem Festkörper baut sich ein Temperaturgefälle zwischen der heißen und der kalten Seite auf, und das ist in einem einheitlichen Körper sehr gleichmäßig.
Im Übrigen hängt die adiabatische Temperaturänderung der Luft damit zusammen, dass sie gasförmig ist, also ihr Volumen ändern kann.
Wenn sich Luft ausgehnt, verrichtet sie Arbeit - sie muss sich ja ihren Platz erkämpfen.
Und wenn sie Arbeit leistet, wird ihe Energie entzogen.
Und dieser Verlust an Energie äußert sich in einer Abkühlung.
Bei Festkörpern und Flüssigkeiten ändert sich das Volumen praktisch nicht, und daher kannst du sie zusammenpressen wie du willst, ihre Temperatur bleibt konstant.
Es sind einfach völlig verschiedene Mechanismen, und es ist ein Holzweg, wenn du darauf beharrst, einen Vorgang mit einem völlig unpassenden Mechanismus zu beschreiben.
Nochmals:
Die Gravitation beschleunigt die Moleküle zur Erdmitte hin
NEIN, tut sich nicht, denn sie hängen starr an ihren Plätzen im Kristallgitter.Davon abgesehen, dass es keine Moleküle sind.
Du kannst dir das auch an Meeresstömungen klar machen:
Das an den Polen abgekühlte Wasser rauscht einfach runter bis zum Meeresboden, ohne sich dabei merklich zu erwärmen.
"Also ist natülich die Hitze im Erdinnern auf die Kompression
zurückzuführen, allerdings wurde diese Wärme schon bei der Entstehung der Erde freigesetzt, und ist dort mehr oder weniger gefangen."
Die entscheidende Frage ist doch: hat die Gravitation etwas mit diesem Wärmegefängnis zu tun?
Lageenergie und Temperatur werden ständig ineinander umgewandelt.
Unsere Athmosphäre saugt ständig Moleküle aus dem Weltall an, und verliert dorthin Moleküle. Die Athomsphäre hat keine feste Grenze.
Betrachte zur Vereinfachung ein Gasriese, der aus einer Art eines idealen Gases besteht.
Wenn in der Mitte eines Planeten ein Gasmolekül sehr schnell ist, stößt es an ein anderes Molekül, dieses stößt wieder an ein anderes Molekül usw., der Stoß behält also Richtung und Impuls (Kugelstoßpendel, Brownsche Molekularbewegung). So geht das bis an die Oberfläche des Planeten. Unterwegs wird dieser Stoß aber abgebremst durch die Schwerkraft, Bewegungsenergie wird in Lageenergie umgewandelt. Gelangt so ein Molekül in den Weltraum, hat es dort all seine Geschwindigkeit verloren und ist so kalt wie die anderen Moleküle im Weltraum. Wird ein Molekül im Weltraum von dem Planeten angezogen, fällt es immer schneller und schneller, stößt auf andere Gasmoleküle und gibt so seinen Stoß weiter, bis hin zum Mittelpunkt des Planeten, ab dort geht der Stoß dann wieder hoch bis in den Weltraum wie am Anfang betrachtet.
Ideales Gas + Gravitation
Betrachte
Du hast mir keine Ratschläge zu geben, was ich betrachten soll.
Du bist einfach nur ein trotziges Kleinkind, ein jugendlicher Halbstarker oder ein erwachsener (W)Irrkopf oder schlicht geisteskrank.
Das ist meine laienhafte Deutung, bin weder Psychologe noch Pssychiater.
Wenn du nicht von Dingen sprächest, von denen du offensichtlich keine Ahnung hast, und wo es egal ist, ob du eine Ahnung hast, hättest du in Minuten Besuch und wärest Minuten später in einer Klinik.
Man kann eben alles so falsch sehen wie man will, solange keine offensichtliche Selbst- oder Fremdgefährdung angenommen wird.
Du meine Güte, du bist scheinbar ziemlich genervt. Habe ich einen wunden Punkt getroffen?
Eine wissenschaftliche Diskussion sollte sachlich geführt werden, es ist wohl besser jetzt abzubrechen damit sich die Gemüter abkühlen können.
Ich danke dir für deine Informationen. Ich wusste noch nicht, das Meereswasser die größte Dichte bei -2°C hat und nicht bei +4°C (was auch ein Grund war für diese Frage). Und die geothermische Tiefenstufe von 3°K/100m war auch neu. Daher trotzdem die hilfreichste Antwort von mir, auch wenn die anderen Antworten auch nicht schlecht waren.
Ich hab' mir vieles selbst beigebracht.
Zwar hab ich Bio und Chemie studiert, aber Physik hatte ich seit der 11. Klasse nicht mehr.
Und mir das beizubringen, war mühsame Kleinarbeit.
Ich hatte ja keine Lehrer, und Internet gab's damals noch nicht.
Da reagiere ich auch mal ungehalten, wenn jemand so unbescheiden ist, irgendwelche Regeln, die in speziellen Fällen gelten, mal locker auf die ganze Welt überträgt, als hätte er die Weisheit mit Löffeln gefressen.
Es dauert eben auch Tage bis Jahre, um zu erkennen, dass es nicht so einfach ist.
Klar, im Studium dauert es Stunden bis Wochen, oder du bist weg.
Aber darum geht es hier nicht.
Es gibt hier durchaus einige, die das wesentlich besser d'raufhaben, also das Thema. Studierte Physiker.
Und du kannst davon ausgehen, dass einige die Frage und unsere Diskussion verfolgt haben.
Sie haben sich deswegen nicht eingemischt, weil schon eine gute Antwort vorhanden war.
So halte ich das zumindest in meinen Fachgebieten, und oft genug bekomme oder teile ich dies auch mir, durch DaumenHochs.
Meine Antwort war sicher nicht falsch, über den Stil kann man streiten.
Es geht mir auch nicht darum, andere niederzumachen oder herabzusetzen, sondern sie zu Sorgfalt zu ermahnen.
Man darf einfach keine Themen oder auch nur Worte durcheinander würfeln, wenn man im Verstandnis weiterkommen will.
Und das ist eher eine attestierte Persönlichkeitsstörung als ein wunder Punkt.
Und wenn du neben/nach unserem Streitgespräch die menschliche Größe hast, meine Antwort auszuzeichnen, werde ich das nicht als Streit in Erinnerung behalten, sondern als eine Zick-Zack-Annäherung mit deutlichen Worten.
Ich habe fast endlose Geduld, dir deine Fehler zu zeigen, dann kannst du doch auch wohl etwas Nachsicht für meine (vielleicht) etwas schroffe Art haben ;-)
Und das war jetzt mit Smiley!
Ich sehe ja keinen vor mir, und wie er auf meine Art reagiert.
Und ich kann mir das auch schlecht vorstellen, das wäre eine zweite attestierte Persönlichkeitsstörung, bin halt Nerd.
Aber Nicht-Nerds sind hier auch eher selten, oder wenn nicht, zu zwei Dritteln Mitschüler, die mal irgendwann das in der Schule hatten, oder so.
Also Peace, Alda!
Dass es in der Tiefsee Wassertemperaturen von etwa vier Grad gibt, liegt daran dass Wasser bei dieser Temperatur die grösste Dichte hat.
Strömung und Konvektion an der Oberfläche haben natürlich grösste Auswirkung auf das Wetter, und damit auf die Landtemperatur. (siehe El Nino) Ob aber so genau zu bestimmen wäre, wie es ohne das wäre bezweifle ich.
Dass die Temperatur meistens so ist, liegt daran, dass Wasser mit 4°C am schwersten ist und nach unten sinkt.
Normalerweise kühlt die kalte Strömung den Meeresboden so stark ab, dass man dort nichts von der Erdwärme spürt.
An einigen Stellen am Meersesboden gelangt heißes Magma aber bis kurz unter den Meeresboden und dort herrschen dann auch höhere Temperaturen. Bei schwarzen Rauchern, wo durch die Erdwärme erhitztes Wasser austritt, können Temperaturen von über 400°C auftreten.
Die zunehmende Temperatur bei größerer Tiefe liegt an der Energie, die aus dem extrem heißen Erdkern (ca. 6000° C) nach außen dringt.
Das kalte Wasser der Tiefsee gelangt mit Meeresströmungen irgendwann an die Oberfläche. Dort, wo sie auf warmes Wasser trifft, gibt es normalerweise sehr viel Leben, da das kalte Wasser sehr viel Krill enthält und damit den Beginn einer langen Nahrungskette darstellt.
Dort, wo die kalten Strömungen an die Oberfläche treten, haben sie häufig direkten Einfluss auf das örtliche Klima. Das ist z.B. vor der Atacama- oder Namib-Wüste der Fall. Dort führen die näheren Umstände dazu, dass praktisch nie Regen fällt sondern es höchstens reichlich Nebel gibt. .
Das stimmt so nicht, weil die 2. Anomalie des Wassers - die größte Dichte bei 4°C - nur für Süßwasser gilt.
Meerwasser hat die größte Dichte beim Schmelzpunkt, ca. -2°C.
Da wird keine Lageenergie in Wärme umgewandelt, die Temperatur in tiefem Gestein kommt schlicht us dem heißen Erdinneren. Es dürfte ja bekannt sein dass es da unten zimlich heiß wird. Genauso bekannt ist es auch dass kaltes Wasser spezifisch schwerer ist als warmes. Also setzt es sich am Meeresgrund ab und es ist deshalb dort kälter. Es gibt genug kaltes Wasser dass von dne Polen her absinkt und sich auf dem Meeresgrund ausbreitet.
Nach der Energieerhaltung muss die Lageenergie in irgendwas umgewandelt werden. In welche Energieform sonst?
Das ist ein Folge der Dichteanomalie des Wassers. https://de.wikipedia.org/wiki/Dichteanomalie
Dadurch sortiert sich das Wasser mit der niedrigsten Dichte unten ein. Das ist übrigens eine der wichtigsten Grundlagen für das Leben, wie wir es auf
der Erde kennen.
Auf die Oberflächentemperaturen der Welt haben aber eher die Temperaturen der Meeresoberfläche und der regelmäßig durchmischten 700m der Ozeane einen Einfluss. Deshlab macht sich ja auch El Nino, der wärmeres Wasser an die Oberfläche des Pazifiks bringt und La Nina, die das mit kaltem Wasser macht, so stark bemerkbar.
Der Großteil der gloablen Erwämung, die aus dem verstärkten Treibhauseffekt aufgrund der menschlichen Treibhausgasfreisetzungen erfolgt, geht übrigens in die Meere.
"Selbst wenn die Werte gleich wären, wäre das Zufall, denn sie entstehen aufgrund völlig anderer Prozesse."
Gerade das interessiert mich. Wie funktionieren die Prozesse, die die Temperaturverteilung auf der Erde bewirken?
Die Gravitation beschleunigt die Atome, dadurch steigt Druck und Temperatur eines Planeten zur Mitte hin. Das müsste nicht nur für Gasriesen wie Jupiter gelten, sondern auch für die Erde, auch für Gestein. Einfach aufgrund der Energieerhaltung. Aber diesen Ansatz sehe ich nirgendswo, überall steht nur etwas von Restwärme aus der Entstehung der Erde oder radioaktiven Zerfall. Also mache ich mir halt selbst Gedanken darüber.
Druck und Temperatur hängen direkt mit der Geschwindigkeit der Moleküle zusammen, in der diese sich hin- und herbewegen. Die Gravitation beschleunigt die Moleküle zur Erdmitte hin. Also werden sie umso schneller, umso tiefer man kommt. Bei der Luft müsste der trockenadibatische Temperaturgradient auch dadurch zu ermitteln sein, wenn man berechnet wie viel schneller ein Molekül auf 100 Metern Fall wird, und ob das der Temperaturerhöhung entspricht. Ist dies der Fall?
In sehr großer Höhe ist die Temperatur größer, aber die Zusammensetzung der Luft ändert sich auch, es gibt mehr leichte Moleküle. Leichte Kugeln bewegen sich schneller als schwere, wenn sie auf einem Billardtisch liegen und sich gegenseitig anstoßen.
Im Gestein nimmt die Temperatur pro 100 Meter stärker zu, als an Luft. Warum? Hängt das an der größeren Atommasse im Gestein im Vergleich zur Luft? Passt das zu den gemessenen Werten? Sind die Atome im Gestein etwa 3mal so schwer als die Atome in trockener Luft?