Corioliskraft

Corioliskraft – Definition

Im Jahr 1835 untersuchte Gaspard Gustave de Coriolis erstmals eine Kraft, die große Luft- und Meeresströmungen der Erde ablenkte – die Corioliskraft.

Abb. 1 - Portrait von Gaspard Gustave de Coriolis

Die Corioliskraft wirkt also auf unserer Erde und ist verantwortlich dafür, dass sich Luft- und Wassermassen nicht einfach von Nord nach Süd und umgekehrt bewegen, sondern in ihrer Bahn abgelenkt werden.

Die Corioliskraft wird als sogenannte Scheinkraft bezeichnet. Sie hängt also von einem Bezugssystem ab. Das Bezugssystem der Corioliskraft ist die sich drehende Erde und ihre sich ebenfalls mitdrehende Atmosphäre.

Corioliskraft – einfach erklärt

Ursache für die Corioliskraft ist die Rotation der Erde um ihre eigene Achse und die gleichzeitige Rotation der Atmosphäre. Denn durch die Gravitation – auch Erdanziehungskraft genannt – und die Reibung der in der Atmosphäre vorhandenen Luftteilchen an der Erdoberfläche dreht sich die Atmosphäre der Erde mit der Erde selbst mit.

Corioliskraft – Bahngeschwindigkeit

Die Erde und ihre Atmosphäre drehen sich innerhalb von 24 Stunden von West nach Ost einmal um die Erdachse. Die Geschwindigkeit, mit der sich Orte auf der Erde deshalb bewegen, nennt man Bahngeschwindigkeit. Sie berechnet sich aus der Zeit, die ein Ort für eine Erdumdrehung braucht, und der Strecke, die er dabei zurücklegt.

Da diese Zeit immer 24 Stunden entspricht, sich aber die zurückgelegte Strecke je nach Breitengrad unterscheidet, ist die Bahngeschwindigkeit von Orten auf verschiedenen Breitengraden der Erde auch unterschiedlich schnell.

Die Bahngeschwindigkeit nimmt also vom Äquator in Richtung der Pole durch den kleiner werdenden Erdumfang ab.

Corioliskraft – Entstehung

Die Bahngeschwindigkeit spielt bei der Entstehung der Corioliskraft die entscheidende Rolle.

Bewegen sich nämlich Objekte oder Luftteilchen parallel zu den Längengraden, also in Richtung Äquator oder in Richtung des Nord- oder Südpols, behalten sie immer die Bahngeschwindigkeit bei, die sie am Ursprungsort ihrer Bewegung hatten. Das liegt an der sogenannten Massenträgheit.

Das Objekt beziehungsweise die Teilchen behalten also trotz der Drehbewegung der Erde ihre ursprüngliche Geschwindigkeit bei.

Da nun aber die Bahngeschwindigkeit weiter polwärts geringer ist, sind Objekte oder Teilchen, die sich von den Polen in Richtung Äquator bewegen, in äquatornahen Gebieten langsamer als die Bahngeschwindigkeit dort. Sie bleiben deshalb sozusagen hinter der Erdrotation zurück und werden abgelenkt.

Teilchen und Objekte, die sich vom Äquator aus in Richtung der Pole bewegen, gelangen hingegen zu Breitengraden mit geringerer Bahngeschwindigkeit und sind sozusagen schneller als die Erdrotation – sie eilen voraus. Auch sie werden so abgelenkt.

Ob eine Ablenkung durch die Corioliskraft nach Osten oder Westen erfolgt, hängt von der Bewegungsrichtung der Objekte beziehungsweise Teilchen ab.

Bewegen die Teilchen sich polwärts, erfolgt eine Ablenkung nach Osten, denn sie eilen dann der Erdrotation von West nach Ost voraus.

Bewegen die Teilchen sich äquatorwärts folgt eine Ablenkung nach Westen, da sie jetzt hinter der Erdrotation in Richtung Westen zurückfallen.

Corioliskraft – Nordhalbkugel und Südhalbkugel

Die Corioliskraft wirkt sowohl auf der Nordhalbkugel als auch auf der Südhalbkugel. Allerdings werden Teilchen auf der Nordhalbkugel nach rechts abgelenkt, Teilchen auf der Südhalbkugel nach links.

Corioliskraft – Formel

Wie stark die Corioliskraft C an einem bestimmten Breitengrad auf sich bewegende Luftteilchen ist, kann mithilfe einer Formel berechnet werden:

C=2m*υ*ω*sin(φ)

Die Variablen in der Formel stehen dabei für:

• m: Luftmasse in Kilogramm
• υ: Windgeschwindigkeit in Meter pro Sekunde
• ω: Winkelgeschwindigkeit der Erde
• φ: Breitengrad

Corioliskraft – Beispiel

Ein beständiges und anschauliches Beispiel für die Wirkung der Corioliskraft auf Luftmassen sind die Passatwinde.

Die Passatwinde entstehen aufgrund der Innertropischen Konvergenzzone (kurz: ITC). Da die Sonne in den Tropen im Zenit steht – also senkrecht auf die Erde strahlt – erhitzt sich die bodennahe Luft dort stark. Wenn sie aufsteigt, bildet sich am Boden beim Äquator ein Tiefdruckgebiet, auch äquatoriale Tiefdruckrinne genannt.

Nachdem sie in der Höhe abgekühlt ist, sinkt die Luft etwa beim 30. Breitengrad Nord und Süd wieder ab, wodurch sich dort ein Hochdruckgebiet bildet – der subtropische Hochdruckgürtel.

Die Luft versucht nun, den Druckunterschied zwischen subtropischem Hochdruckgürtel und äquatorialer Tiefdruckrinne auszugleichen und strömt deshalb vom Hoch- zum Tiefdruckgebiet – es weht Wind von circa 30° Nord und Süd hin zum Äquator. Diese Winde auf der Nord- und Südhalbkugel werden Passatwinde genannt.

Die Passatwinde wehen jedoch nicht parallel zu den Längengraden in Richtung Äquator. Da sie vom 30. Breitengrad hin zum Äquator wehen, gelangen sie in ihrer Bewegung in Gebiete mit schnellerer Bahngeschwindigkeit nahe dem Äquator und bleiben deshalb hinter der Erdrotation zurück.

Die Passatwinde werden so von der Corioliskraft sowohl auf der Südhalbkugel als auch auf der Nordhalbkugel also nach Westen abgelenkt.

Auf der Nordhalbkugel entspricht das aus der Sicht des Windes einer Ablenkung nach rechts, der Passatwind auf der Südhalbkugel wird aus seiner Sicht nach links abgelenkt.

Durch ihre Ablenkung heißen die Passatwinde Nord-Ost-Passat auf der Nordhalbkugel und Süd-Ost-Passat auf der Südhalbkugel – denn sie wehen aus Nord-Osten beziehungsweise Süd-Osten.