Spektrum der Wissenschaft Spezial - Physik, Mathematik, Technik 2020 Nr 1.pdf

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SPEZIAL
Physik Mathematik Technik
SPEZIAL Physik Mathematik Technik
Erde im Wandel
Geophysik mit
menschlicher Einmischung
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SUPERVULKANE
Zeitbomben in der Tiefe
JETSTREAM
Gefährlicher Wetterverstärker
ARKTISCHER OZEAN
Rohstoffjagd unter dem tauenden Eis
EDITORIAL
DIE ZARTE SCHICHT HEIMAT
Von Mike Beckers, Redakteur dieses Hefts
beckers@spektrum.de
Wenn Sie daheim gerade einen Apfel zur Hand haben, schneiden Sie ihn
bitte in der Mitte durch. Erkennen Sie an der halbierten Frucht, wie dünn die
Schale ist? Die kaum ein Millimeter dicke, wachsige Schicht trennt das
empfindliche Innere von der unwirtlichen Außenwelt – etwa dem Sauerstoff, der
die Schnittfläche nun vor Ihren Augen braun werden lässt. Essen Sie den Apfel
bald, bevor die Schimmelsporen aus der Luft ans Werk gehen. Die übrigen,
intakten Exemplare im Obstkorb halten hingegen noch wochenlang. Das ist die
Macht dünner Schichten.
Wäre die Erde so groß wie ein Apfel, wäre die feste Erdkruste gerade mal
so dünn wie dessen Schale. Unter dem harten Gestein brodelt flüssiges – mit
einer unvorstellbaren Hitze und einer zerstörerischen Kraft, der wir glückli­
cherweise nur selten und an wenigen Stellen auf dem Planeten Zeugen
werden (S. 18). Währenddessen schirmt über uns eine Decke aus Luft die
Kälte des Weltalls ab. Auch die Atmosphärendicke verhält sich zum Erd­
durchmesser wie die Schale zum Apfel.
Ich finde es absolut erstaunlich, dass sich alles uns bekannte Leben zwi­
schen diesen irdischen Schichten abspielt (abgesehen von wenigen Organis­
men auf einer Raumstation). Beide sind außerdem in einem empfindlichen
Regelmechanismus miteinander verwoben: Die über Äonen immer wieder
aufbrechende und sich neu formende Erdkruste entsendet Gase wie Kohlen­
dioxid in die Atmosphäre, und Letztere wiederum sorgt mit Regen für Ver­
witterung, was die flüchtigen Substanzen erneut im Gestein bindet (S. 24).
Erst dieses Zusammenspiel hat ein stabiles Klima erzeugt, in dem sich Leben
entfalten konnte. Dessen erdgeschichtliche Anfänge sind freilich noch um­
stritten (S. 12).
Inzwischen greift die Menschheit so global und schwer wiegend in die
Kreisläufe des Planeten ein, dass sie zu einem eigenen geologischen Faktor
geworden ist. Die sozioökonomischen und technologischen Herausforde­
rungen, um die Folgen abzumildern, sind enorm (S. 42). Wir sind zugleich
Beobachter und Subjekte eines gewaltigen geophysikalischen Experiments
mit verschiedenen möglichen Ausgängen, je nachdem, zu welchen Ver­
änderungen wir selbst bereit sind.
Bei aller Unsicherheit, was unsere Zukunft angeht, ist diese für die Arktis
schon absehbar: Das Nordpolarmeer wird bald im Sommer eisfrei sein. An­
grenzende Nationen streiten bereits über die dann zugänglichen Rohstoffla­
gerstätten (S. 68). Bevor das passiert, untersuchen Forscherteams die dor­
tigen Ökosysteme und Wärmeflüsse derzeit besonders intensiv, so lange es
sie noch gibt. Zu dem Zweck läuft eine einzigartige Expedition (S. 76). Viel­
leicht ist sie das passende Symbol, um etwas Mut zu machen: Inmitten einer
geopolitisch und klimatisch instabilen Region demonstriert sie, was interna­
tionale Zusammenarbeit erreichen kann.
Das hofft auch für den Rest der Welt Ihr
Mike Beckers
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Spektrum KOMPAKT
»Plattentektonik«
Der Untergrund ist in ständiger Bewe-
gung. Doch erst im 20. Jahrhundert
konnte Alfred Wegener eine schlüssige
Theorie der Kontinentalverschiebung
vorlegen, die sich erst nach seinem Tod
durchsetzte. Bis heute füttern Geowis-
senschaftler wichtige Details nach und
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mischen Erde.
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Spektrum
SPEZIAL Physik Mathematik Technik 1.20
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INHALT
LITHOSPHÄRE
6 PLANETENFORSCHUNG
STREIT UM DIE FRÜHE ERDE
Ein heftiger Asteroidensturm hat die junge irdische
Oberfläche regelrecht sterilisiert – so steht es in
den Lehrbüchern. Doch nun mehren sich Zweifel.
Von Adam Mann
12 EVOLUTION
AUF DEN SPUREN DER
ÄLTESTEN FOSSILIEN
Existierte vor vier Milliarden Jahren bereits Leben?
Umstrittene Interpretationen versteinerter Abla­
gerungen fordern bisherige Vorstellungen heraus.
Von Rebecca Boyle
ANGIE DIEFENBACH, USGS
18
SUPERVULKAN
INFERNO AUS DER TIEFE
18 SUPERVULKAN
INFERNO AUS DER TIEFE
Unter einem Bergsee in den Anden wächst ein
riesiger Vulkankomplex heran. Forscher erkunden
den ungewöhnlichen Mechanismus.
Von Shannon Hall
24 GEOLOGIE
DER THERMOSTAT DER ERDE
Ein faszinierender Regelkreislauf hält natürliche
Emissionen von CO
2
und dessen Verbrauch
durch Gesteinsverwitterung in einer Balance.
Von Friedhelm von Blanckenburg
CARSTEN SCHERTZER / GETTY IMAGES / ISTOCK
ATMOSPHÄRE
34 KLIMAWANDEL
GEFÄHRLICHER WETTERVERSTÄRKER
Auf der Nordhalbkugel nehmen Hitzewellen und
andere Extremlagen zu, da der Jetstream schwä­
cher wird und große Kurven beschreibt.
Von Michael E. Mann
34
KLIMAWANDEL
GEFÄHRLICHER WETTERVERSTÄRKER
42 KOHLENDIOXID
DAS KLIMAGAS VERGRABEN
Es gibt verschiedene technische Ansätze zur
Einlagerung von CO
2
. Im Kampf gegen die globale
Erwärmung gilt es, den besten Mix zu finden.
Von Richard Conniff
42
KOHLENDIOXID
DAS KLIMAGAS VERGRABEN
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Spektrum
SPEZIAL Physik Mathematik Technik 1.20
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LIZ TORMES
50 FEINSTAUB
DER WOLKENSTAUBSAUGER VON
SPITZBERGEN
Messungen in der saubersten Luft der Welt sollen dazu
beitragen, die Prozesse der Wolkenbildung besser zu
verstehen.
Von Tamara Worzewski
55 STRATOSPHÄRISCHE WINDE
RICHTUNGSWECHSEL IN GROSSER HÖHE
Regelmäßige Strömungen weit oben über dem
Äquator gaben lange Rätsel auf. Computersimulati­
onen helfen jetzt bei der Suche nach den Ursachen.
Von Louis-Alexandre Couston, Benjamin Favier, Michael Le Bars
NORDPOLARMEER
62 ARKTIS
AUF DÜNNEM EIS
Das Klima im Norden verändert sich rapide und bringt
einen Extremwert nach dem anderen hervor – mit
Folgen rund um den Globus.
Von Jennifer A. Francis
KENCANNING / GETTY IMAGES / ISTOCK
62
ARKTIS
AUF DÜNNEM EIS
68 ARKTISCHER OZEAN
TEILE ODER HERRSCHE
Benachbarte Staaten beanspruchen Ressourcen im
bald zugänglichen Meeresboden. Dabei sind politische
und wissenschaftliche Argumente abzuwägen.
Von Mark Fischetti
76 INTERVIEW
DIE VERMESSUNG DER ARKTIS
76
PHASENPORTEÄITS
KOMPLEXE SCHÖNHEITEN
Ein Jahr lang driftet ein Forschungsschiff eingefroren
über den Nordpol. Vor ihrem Beginn erläuterte Expe­
ditionsleiter Markus Rex Ablauf und Ziele der Mission.
Von Verena Tang
3 EDITORIAL ∙ 75 IMPRESSUM ∙ 82 VORSCHAU
Titelbild: Giuseppe / stock.adobe.com;
Bearbeitung: Spektrum der Wissenschaft
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68
ARKTISCHER OZEAN
TEILE ODER HERRSCHE
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