Dienstag, 19. November 2013

Deterministisches Chaos und Klimamodellierung.

Unsere Erde und die Klimabedingungen verändern sich ständig. Auch die Lage der Kontinente. Als Simulation hierzu gibt es auf Youtube ein kurzes Video (1:52 Min).
Die Klimasituation unserer Erde in der Vergangenheit lässt sich durch Eisbohrkerne bestimmen. Diese gewinnt man in Arktis und Antarktis, z.B. auf der Neumayerstation III. Daraus erhält man Informationen über die Lufttemperatur (über im Eis eingeschlossene Sauerstoff-Isotope), den Gasgehalt der Atmosphäre, also über die Konzentration von z.B. Sauerstoff, Kohlendioxyd, Methan, und über Aerosole. Alle diese Werte schwankten über die Jahrtausende, und die Wissenschaftler sind mit Hilfe dieser Daten in der Lage, die klimatische Geschichte unserer Erde bis zu 800.000 Jahre zurückzuverfolgen.
Die Klimazyklen, die man mit Hilfe der Daten aus dem Eis feststellen konnte, lassen sich als deterministisches Chaos beschreiben. Dazu habe ich folgendes notiert:
Chaotische Systeme

  1. sind deterministisch, ihr Verhalten beruht auf Bewegungsgleichungen (Newtonsche Gesetze)
  2. sind empfindliche auf Anfangsbedingungen (siehe Bild und Erklärung unten)
  3. verhalten sich nicht zufällig
Als Beispiel für deterministisches Chaos haben wir das magnetische Pendel betrachtet. Dabei pendelt eine magnetische Kugel an einem Faden über drei Magneten (drei in diesem Beispiel). Die Kugel kommt nach einigen Pendelbewegungen über einem der drei Magnete zum Stillstand. Über welchem, wird von der Ausgangsposition bestimmt. Dazu dieses Bild aus Wikipedia:
MagneticPendulum
Die drei Magnete sind durch die Farben grün, rot und blau bestimmt, Wird das Pendel über einem grünen Punkt losgelassen, kommt es über dem grünen Magneten zum Stillstand, startet es über einem roten Punkt, landet es über dem roten Magneten, und das gleiche gilt auch für die blauen Punkte sinngemäß. Auffällig ist, dass es im Zentrum, rund um die Magnete Zonen gibt, in denen das Pendel immer zu diesem Magneten zurückkehrt. In den Außenbereichen jedoch liegen die Farbzonen eng beieinander. Eine nur geringe Abweichung beim Start führt zu einem ganz anderen Landepunkt. Das ist mit der Eigenschaft 2. oben gemeint "sind empfindlich auf Anfangsbedingungen". Kleine Abweichung, große Änderung.

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