Schrägstellung der Erde

Was ist Erdschräge?

L'Schrägstellung der Erdeoder dieaxiale Neigungist dasEckezwischen der Rotationsachse der Erde und der Senkrechten zur Ebene ihrer Umlaufbahn um die Sonne (Ekliptik). Äquivalent dazu ist es der Winkel zwischen der Äquatorialebene der Erde und ihrer Orbitalebene. Derzeit beträgt dieser Winkel etwa ≈23,4 Grad. Im Sonnensystem bewegen sich die Planeten um die Sonne alle ungefähr in derselben Ebene, der Ekliptikebene.

Die Schiefe der Erde ist für die Jahreszeiten verantwortlich. Je offener der Winkel, desto ausgeprägter ist der Kontrast zwischen den Jahreszeiten. Wäre die Achsenneigung Null (0°), gäbe es keine Jahreszeit, die Temperatur wäre gleichmäßig über den gesamten Planeten verteilt. Da die Erdachse geneigt ist, erhalten verschiedene Teile des Planeten im Laufe des Jahres unterschiedliche Mengen an Sonnenstrahlung. Dies führt zu Schwankungen der Temperatur und der Tageslänge, wodurch die Jahreszeiten entstehen.

Was ist die Rotationsachse der Erde?

L'Rotationsachseist daLinieimaginäre Zeit, um die sich die Erde in 24 Stunden um ihre Achse dreht. Diese Achse kreuzt ungefähr den Nordpol und den Südpol, die sich auf der Erdoberfläche befinden. Die Äquatorebene steht senkrecht zur Rotationsachse der Erde. Die Himmelspole (Nord und Süd) sind imaginäre Punkte am Himmel, die die Verlängerungen der Rotationsachse der Erde im Weltraum markieren. Die Ebene des Himmelsäquators ist die imaginäre Verlängerung der Ebene des Erdäquators im Raum. Obwohl Bewegungen der Erdrotationsachse im Laufe der Zeit geringfügige Unterschiede zwischen den beiden Ebenen verursachen, sind diese Unterschiede winzig.

Variationen in der Schiefe der Erde

Die Schiefe oder Achsenneigung der Erde ist kein konstanter Winkel, sondern variiert leicht im Laufe der Zeit. Diese Bewegung wird durch Gravitationsstörungen verursacht, die von den anderen Planeten des Sonnensystems, insbesondere Jupiter und Saturn, ausgeübt werden. Die Neigung bleibt jedoch auf einen Wert zwischen 22,1° und 24,5° beschränkt. In den letzten 5 Millionen Jahren schwankte die Neigung der Erde zwischen 22°2'33" und 24°30'16", mit einem durchschnittlichen Zeitraum von 41.040 Jahren. Derzeit beträgt er 23,4361706743°, aber er nimmt langsam mit einer Rate von etwa 0,00013 Grad pro Jahr oder ≈46,8 Bogensekunden pro Jahrhundert ab. Mit anderen Worten, die Achse richtet sich über einen Zeitraum von ≈7692 Jahren mit einer Geschwindigkeit von etwa 1° in Richtung der Senkrechten aus.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Neigung der Erde von 22,1° auf 24,5° zunimmt und nach 41.000 Jahren wieder auf 22,1° zurückkehrt.

Variationen in der Rotationsachse der Erde

Die Rotationsachse der Erde beschreibt einen Kegel um die Senkrechte zur Ebene der Ekliptik. Diese Präzessionsbewegung wird durch die Gravitationskräfte verursacht, die Sonne und Mond auf die Äquatorwölbung der Erde ausüben. Der Zeitraum von 26.000 Jahren entspricht der Zeit, die die Rotationsachse der Erde benötigt, um einen vollständigen Umlauf um diesen Kegel zu vollenden. Das bedeutet, dass die Rotationsachse nach etwa 26.000 Jahren wieder in ihre Ausgangsposition relativ zu den Fixsternen zurückkehrt.

Überlagert mit der Präzession von 26.000 Jahren manifestiert sich eine weitere, schnellere und kleinere Schwingung namens Nutation durch periodische Schwankungen der Neigung der Rotationsachse der Erde. Die Nutation hat eine Hauptperiode von etwa 18,6 Jahren.

Faktoren, die Schwankungen der Erdschiefe beeinflussen

Die Neigung der Erde variiert aufgrund mehrerer komplexer Mechanismen. Diese Variationen sind das Ergebnis von Gravitationswechselwirkungen, internen Prozessen auf der Erde und astronomischen Phänomenen auf verschiedenen Zeitskalen.

1. Gravitationswechselwirkung des Mondes

DortMondspielt eine zentrale Rolle, da es einestabilisierender Einflussauf der Rotationsachse der Erde, wodurch Schiefschwingungen begrenzt werden. Es enthält die Erdschräge in einem relativ begrenzten Intervall zwischen 22,1° und 24,5°. Simulationen deuten darauf hin, dass sich die Neigung der Erde ohne den Mond chaotisch ändern und über einige Millionen Jahre hinweg zwischen 0° und 85° schwanken könnte.

Die Erde ist keine perfekte Kugel, sie ist an den Polen leicht abgeflacht und weist eine äquatoriale Ausbuchtung auf. Diese Ausbuchtung bedeutet, dass die Verteilung der Landmasse nicht isotrop (gleichmäßig in alle Richtungen) ist. Da die äquatoriale Ausbuchtung nicht auf die Richtung Erde-Mond ausgerichtet ist, erzeugt diese Wechselwirkung ein Gravitationsdrehmoment, das dazu neigt, die Rotationsachse der Erde in eine Position senkrecht zur Orbitalebene auszurichten. Dieses Paar kompensiert teilweise die Gravitationsstörungen anderer Planeten, insbesondere Jupiter und Saturn, die sonst dazu neigen würden, die Erdachse zu destabilisieren.

Der Mond übt eine Gravitationskraft auf die Erdwölbung aus, da er mit einer anderen Neigung zur Äquatorialebene der Erde umkreist und sich während seines monatlichen Umlaufzyklus über und unter dieser Ebene bewegt. Das bedeutet, dass der Mond nicht mit der äquatorialen Ausbuchtung der Erde in einer Linie bleibt. Diese Asymmetrie erzeugt ein Gravitationsdrehmoment, das für die Präzessionsbewegungen der Erdachse (Kreisbewegung um eine mittlere Richtung) verantwortlich ist.

2. Gravitationswechselwirkung von Riesenplaneten

Die Riesenplaneten (Jupiter und Saturn) verändern aufgrund ihrer hohen Masse die Form und Neigung der Erdumlaufbahn. Dies beeinflusst den Winkel zwischen der Rotationsachse der Erde und ihrer Orbitalebene. Diese Störungen verursachen über einen Zeitraum von etwa 41.000 Jahren zyklische Schwankungen der Schiefe.

3. Gravitationswechselwirkung der Sonne

Auch die Sonne übt eine Gravitationskraft auf die äquatoriale Ausbuchtung aus, diese ist jedoch aufgrund des Abstands Erde-Sonne weniger stabilisierend als die des Mondes.

4. Umverteilung der Landmassen

Auch Eisschmelze, tektonische Bewegungen und Erdgezeiten beeinflussen die Rotationsachse der Erde. Dieser Massentransfer verändert das Trägheitsmoment der Erde (analog zur Geschwindigkeitsänderung einer Skaterin, die ihre Arme näher oder weiter auseinander bewegt). Allerdings sind diese Variationen winzig und oszillierend, da die Umverteilung der Massen je nach Richtung der verschobenen Massen manchmal die Achse „begradigen“ (die Neigung verringern) oder „neigen“ (die Neigung vergrößern) kann.

Satellitenmessungen wie die GRACE-Missionen (Gravity Recovery and Climate Experiment) ermöglichen es, winzige, aber präzise Variationen der Erdrotationsachse, die Drift der geografischen Pole (~10 cm/Jahr) und Schwankungen der Tageslänge (einige Millisekunden) zu erfassen.

Hauptursachen für die abnormale geografische Abweichung im Jahr 2023

Die geografische Abweichung der Erdpole, oft auch „Polverschiebung“ oder „Poldrift“ genannt, ist ein komplexes Phänomen, an dem mehrere geophysikalische Faktoren beteiligt sind. Im Jahr 2023 lässt sich eine Abweichung von 31,5 Zoll (ca. 80 cm) durch eine Kombination dieser Faktoren erklären.

L'Chandler-Oszillationist ein Hauptbestandteil der Polarbewegung. Diese Schwingung hat eine Periode von etwa 433 Tagen und eine Amplitude von einigen Metern. Sie wird durch innere und äußere Störungen der Erde verursacht, wie etwa Erdbeben, Magmabewegungen sowie Schwankungen des Luftdrucks und der Gezeiten des Ozeans. Eine Abweichung von 80 cm konnte teilweise auf diese Schwingung zurückgeführt werden.

DERsaisonale Schwankungen in der Massenverteilungder Atmosphäre und der Ozeane verursachen eine jährliche Polarverschiebung. Diese Bewegung dauert ein Jahr und kann zu Polarabweichungen in der Größenordnung von einigen zehn Zentimetern führen.

DERVariationen in der Massenverteilung innerhalb der Erde, einschließlich großer geologischer Ereignisse wie Erdbeben, tektonische Plattenbewegungen und Magmaverschiebungen, können ebenfalls die Polarbewegung beeinflussen.

DERklimatische SchwankungenB. das Abschmelzen von Gletschern und Eiskappen, können die Verteilung der Erdmasse verändern und zur Polarbewegung und zur Ausrichtung der Rotationsachse beitragen.

Stapeleffekte

Wenn alle diese Faktoren zusammenkommen, kann es zu einer Verschiebung der geografischen Pole um etwa 80 cm kommen.
- Die Chandler-Schwingung könnte zu einer Abweichung von 30 bis 40 cm beitragen.
- Die jährliche Polbewegung könnte 10 bis 20 cm betragen.
- Schwankungen in der Landmassenverteilung könnten zu einer zusätzlichen Abweichung von 10 bis 20 cm führen.
- Äußere Kräfte und Klimaeffekte könnten noch ein paar Zentimeter hinzukommen.