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Polargebiet
Die beiden Polargebiete – die Arktis im Norden und die Antarktis im Süden – liegen wie zwei Kappen auf der Erde – jeweils mit einem der beiden Pole im …
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Grundlagen und Abgrenzung
Die Polargebiete sind die Klimazonen um Nord- und Südpol: die Arktis im Norden und die Antarktis im Süden. Sie bilden zwei kappenartige Räume, an die sich äquatorwärts die kaltgemäßigten Zonen anschließen. Im weiteren Sinn bezeichnet „Polargebiet“ den gesamten geozonalen Naturraum mit Klima, Böden, Pflanzen, Tieren und menschlicher Nutzung.
Nach der solaren Definition verlaufen die Grenzen an den Polarkreisen bei 66° 33′ 55″ nördlicher und südlicher Breite. Kennzeichnend sind Polartag und Polarnacht: Die Sonne bleibt länger als 24 Stunden über beziehungsweise unter dem Horizont. Am Polarkreis dauert dies zur Sommer- oder Wintersonnenwende genau einen Tag, an den Polen fast ein halbes Jahr. Der höchste Einstrahlungswinkel sinkt von 47° an den Polarkreisen auf 23° an den Polen. Die mittlere jährliche Globalstrahlung, also die gesamte eintreffende Sonnenenergie, liegt unter 800 kWh/m². Während der Vegetationsperiode beträgt die mittlere Tageslänge 20 bis 24 Stunden; der mittägliche UV-Index liegt im Jahresmittel bei 0 bis unter 2.
Thermische, also temperaturbezogene Grenzen können deutlich von den Polarkreisen abweichen. Luft- und Meeresströmungen verteilen Wärme ungleichmäßig: Die Hudson Bay ist etwa ein halbes Jahr zugefroren, während der über 1000 Kilometer weiter nördlich gelegene Hafen von Hammerfest ganzjährig eisfrei bleibt. Deshalb verwenden Klimaklassifikationen unterschiedliche Schwellenwerte. Köppen ordnete 1884 Gebiete mit zwölf Monaten unter 10 °C der polaren Zone zu. Troll und Paffen verlangten 1964 einen wärmsten Monat unter 10 °C und fehlenden Baumwuchs. Schultz setzte 1988 höchstens 0, regional 1 Monat mit mindestens 10 °C an. Siegmund und Frankenberg verwendeten 1999/2006 eine Jahresmitteltemperatur unter −10 °C. Box definierte 2016 weniger als 30 Tage mit Tagesmitteln von mindestens 10 °C.
Klima, Wasserhaushalt und Wetter
Große Teile der Polarzonen sind ganzjährig eis- oder schneebedeckt und besitzen kontinuierlichen, tiefgründigen Permafrost, also dauerhaft gefrorenen Boden. Permafrost tritt auf mindestens 10 Prozent, meistens aber auf über 90 Prozent der Flächen auf. Die maximalen Bodentemperaturen liegen um 0 °C, im Gebietsmittel zwischen −7 und −14 °C und im Extrem bei −36 °C. Die durchschnittliche Jahresmitteltemperatur der bodennahen Luft beträgt für den gesamten Zonenraum −23 °C. Absolute Minima erreichen in der Arktis etwa −50 °C über Land und −30 °C über Meereis. In der Antarktis sinken sie wegen des bis zu 4897 m hohen Eisschildes unter −85 °C. Das Oberflächenwasser der polaren Meere ist im Mittel kälter als +3 °C.
Die hochpolaren Räume sind ganzjährig niederschlagsarm bis wüstenartig. Im subpolaren Übergangsraum und besonders an Küsten tritt Niederschlag häufiger, aber meist mit geringer Intensität auf. Die Jahresmengen reichen in der Arktis von 100 bis 600 mm und in der Antarktis von 0 bis 300 mm. Der größte Teil fällt als Schnee; etwa ein Drittel bis die Hälfte verdunstet wieder. Die Luftfeuchtigkeit ist allgemein gering, ausgenommen die kurzen, häufig nebligen Polarsommer. Trotzdem ist der Himmel im Mittel stark bewölkt.
Das Wetter wird durch die Polarzellen der planetarischen Luftzirkulation bestimmt. Kalte bodennahe Luft strömt aus stabilen Hochdruckgebieten an den Polen äquatorwärts. Durch die Erdrotation entstehen vorherrschende polare Ostwinde. Ab ungefähr 60° Breite steigt die erwärmte Luft in subpolaren Tiefdruckrinnen auf und fließt an der Tropopause zurück zu den Polen. An der Polarfront treffen polare Kaltluft und warme Luft aus den Tropen in den Mittelbreiten aufeinander. Wetterlagen halten meist lange an; möglich sind katabatische Winde, also hangabwärts strömende kalte Fallwinde, und hurrikanähnliche Polartiefs.
Kältewüsten und Tundren
Die Polargebiete umfassen zwei grundlegende Makroklimate: Eis- und Kältewüsten sowie Tundren. Ihre genaue räumliche Abgrenzung unterscheidet sich zwischen Klassifikationsmodellen.
Kältewüstenklimate herrschen in hochpolaren Tiefländern und auf den Polkappen. Ihre Jahresmitteltemperatur liegt normalerweise unter −17 °C; nur an 0 bis 40 Tagen steigen die mittleren Tagestemperaturen über den Gefrierpunkt. Nach Troll bleibt der wärmste Monat unter 6 °C. Meist fallen weniger als 200 mm Niederschlag pro Jahr, fast immer als Schnee. Trotz der geringen Niederschläge sind diese Gebiete wegen der äußerst schwachen Verdunstung gewöhnlich 10 bis 12 Monate vollhumid, also ausreichend feucht; eine Ausnahme bilden die (hyper)ariden antarktischen Trockentäler. Die Wachstumsperiode dauert meist weniger als 30 Tage. Auf eisfreien Frostschuttflächen wachsen nur lückenhaft Flechten, Moose und einige Gräser; Blütenpflanzen sind selten, Gehölze fehlen. Die Kurzcharakteristik lautet: „Dauerfrost; keine oder geringe Sommerwärme“. Entsprechende Klassen sind I 1 und I 2 bei Troll & Paffen, EF bei Köppen & Geiger sowie Fi bei Trewartha.
Tundrenklimate kommen geozonal bis etwa 600 m Höhe vor. Ihre Jahresmitteltemperaturen liegen zwischen −15 und −4 °C; an 40 bis 140 Tagen herrschen Tagesmittel über 0 °C. Nach Troll erreicht der wärmste Monat 6 bis 10 °C, der kälteste bleibt unter −8 °C. Die Jahresniederschläge betragen 80 bis 450 mm und fallen mindestens neun Monate lang als Schnee. Wegen Biotemperaturen von nur 1,5 bis 3 °C ist die Verdunstung so gering, dass meist 10 bis 12 humide Monate auftreten. Die Vegetationsperiode dauert 30 bis 90 Tage. Mitternachtssonne und häufige Temperaturen über +5 °C ermöglichen eine geschlossene Pflanzendecke aus Flechten, Moosen, Gräsern, Blütenpflanzen sowie zum Polarkreis hin Zwergsträuchern und Sträuchern. Für Bäume bleibt es zu kalt. Die Kurzcharakteristik lautet: „milde Sommer, große Winterkälte; zu kalt für Bäume“. Die Klassen heißen I 3, ET und Ft. Große Tundren liegen an den nördlichen Rändern Nordamerikas und Asiens sowie auf arktischen Inseln; in der Antarktis sind sie klein.
Wintermilde Tundren und Höhenklimate
Ein Sonderfall sind wintermilde Tundrenklimate auf ozeanischen Inseln. Obwohl viele dieser Gebiete solar bereits in kalt- oder kühlgemäßigten Zonen liegen, hält polarer Einfluss die Sommermittel unter 10 °C. Gleichzeitig verhindert die Wärmespeicherung des Meeres, dass die Wintertemperaturen weit unter 0 °C fallen. Die Jahresmittel liegen bei 0 bis 7 °C, und an 200 bis 280 Tagen werden Temperaturen über dem Gefrierpunkt erreicht. Nach Troll beträgt das Mittel des wärmsten Monats 5 bis 12 °C und das des kältesten −8 bis +2 °C; die jährliche Spanne der Monatsmittel bleibt unter 13, meist sogar unter 10 Kelvin.
Mit 600 bis 1800 mm sind die Jahresniederschläge für Polargebiete hoch. In vier bis acht Monaten fällt Schnee. Wegen der geringen Verdunstung ist das Klima überall vollhumid. Trotzdem wachsen keine Bäume, sondern Wiesen-, Strauch- oder Moortundren. Die Kurzcharakteristik lautet: „milde Sommer, milde Winter; jedoch zu kalt für Bäume“. Beispiele liegen unter anderem auf den Kerguelen, den Falklandinseln, in Feuerland, auf Island, den Aleuten, Jan Mayen und der Bäreninsel. Im Wesentlichen entspricht nur I 4 nach Troll & Paffen genau diesem Typ; Köppens Cfc schließt auch Teile gemäßigter Regenwaldklimate ein.
Alpine bis nivale Höhenstufen anderer Klimazonen ähneln dem Polarklima durch niedrige Durchschnittstemperaturen und Permafrost. Sie unterscheiden sich aber in Monats- und Höchsttemperaturen sowie teilweise durch erheblich höhere Niederschläge. Je näher ein Hochgebirge am Äquator liegt, desto größer werden wegen des Tageszeitenklimas die Unterschiede zu echten Polargebieten.
Naturraum und räumliche Ausdehnung
Ökologisch reicht die polare beziehungsweise subpolare Zone häufig bis zur polaren Baumgrenze. Eis und Schnee bedecken 90 Prozent dieses Naturraums; den Rest bilden vegetationsfreie Felsgebiete und relativ gleichförmige Tundren. Die Böden gehören überwiegend zur „Gelic Regosol-Gelic, Gleysol-Zone“. Polarlichter treten besonders häufig auf.
Bei solarer Abgrenzung beträgt der Abstand zwischen Pol und Polarkreis etwa 2600 km. Beide Polargebiete umfassen jeweils rund 20 Mio. km² und zusammen ungefähr 8 Prozent der Erdoberfläche. Unter Berücksichtigung thermischer Verschiebungen sind es eher 11 Prozent. Gut 40 Prozent der Polarregionen bestehen aus Land. Dort liegen 15 Prozent der irdischen Landoberfläche: 5 Prozent in der Arktis und 10 Prozent in der Antarktis.
Die Arktis enthält im Zentrum das größtenteils vereiste Nordpolarmeer. An ihren Rändern liegen die Vereinigten Staaten mit Alaska, Kanada, Dänemark mit Grönland, Island, Norwegen, Schweden, Finnland und Russland. Ihre Ausdehnung vom Pol beträgt je nach Richtung 1700 bis 4000 km. Der warme Nordatlantikstrom verschiebt die Klimagrenze in der Grönlandsee nach Norden; Beringmeer, Hudson Bay und der kalte Labradorstrom verlagern sie dagegen nach Süden.
Die Antarktis umfasst den eisbedeckten Kontinent Antarktika sowie antarktische und einige subantarktische Inseln. Als äußere Nordgrenze gilt häufig die antarktische Konvergenz, an der kaltes antarktisches Wasser auf wärmere Ozeanwassermassen trifft. Der Radius des südlichen Polarklimas beträgt 3800 bis über 4500 km. Die Antarktis besitzt keine staatlichen Hoheitsgebiete, sondern Gebietsansprüche, deren Status der Antarktis-Vertrag regelt.
Lebewelt, Besiedlung und Klimawandel
An Land ist die biologische Vielfalt wegen der extremen Bedingungen sehr gering. In Eis- und Kältewüsten kommen auf jeweils 10.000 km² weniger als 100 Gefäßpflanzenarten vor, in Zwergstrauchtundren einige hundert. Bäume fehlen. Die polaren Meere sind dagegen mäßig bis artenreich, besonders die südpolaren Gewässer. Plankton wie Krill bildet die Grundlage der Nahrungsketten; verbreitet sind Wale, Robben und Seevögel.
In eisfreien Bereichen wachsen Flechten, Moose, Gräser und wenige Blütenpflanzen. Stickstoff und Phosphor sind knapp, können aber durch Vogelkot, den Guano, angereichert werden. Auf einer kleinen arktischen Insel wurden 90 Blütenpflanzenarten gezählt, in der Antarktis insgesamt nur zwei. Selbst Schnee und Eis bilden als „Kryal“ einen Lebensraum: Zur Kryoflora gehören Schneealgen, Pilze und Bakterien, zur Kryofauna vor allem Springschwänze und Schneemücken. Im Lake Whillans unter dem antarktischen Eis wurden 2013 erstmals mehr als 3900 Arten von Mikroorganismen nachgewiesen, die Energie aus Ammoniak und Methan gewinnen.
Typische Tiere sind Eisbären in der Arktis und Pinguine in der Antarktis. In der Südpolarregion fehlen heimische Landsäugetiere. Eingeschleppte Rentiere, Hausratten und Mäuse verursachten auf Südgeorgien schwere ökologische Schäden und wurden wieder entfernt. In der Arktis leben unter anderem Moschusochsen, Eisfüchse, Polar- oder Tundrawölfe, Schnee- und Polarhasen sowie Lemminge. Pflanzenfresser erhalten dort den Mineralstoffkreislauf aufrecht, weil die mikrobielle Zersetzung bei niedrigen Temperaturen zu langsam ist.
Eis- und Kältewüsten bis zu Flechtentundren sind nicht dauerhaft bewohnbare Anökumene; die Antarktis ist außerhalb von Wetter- und Forschungsstationen unbesiedelt. In arktischen Tundren leben unter anderem indigene Eskimovölker, Samen, Nenzen, Ewenen und Tschuktschen. Alert in Nunavut bei 82°28′ nördlicher Breite ist die nördlichste dauerhaft besetzte Ansiedlung. Insgesamt gelten 99 Prozent der Polarregionen noch als Wildnis. Genutzt werden Fisch- und Meerestierbestände sowie große Erdöl-, Erdgas- und Kohlevorkommen in Nordsibirien und Alaska.
Die globale Erwärmung verschiebt die Klimazonen. Durch polare Verstärkung erwärmen sich Arktis und Antarktis zusätzlich, wodurch Eiskappen schneller schmelzen und Permafrostböden auftauen. Auf der Nordhalbkugel dringen Gehölze vor, Tundren schrumpfen und die Artenvielfalt wird bedroht. Zugleich werden Rohstoffgebiete leichter erreichbar, sodass der Nutzungsdruck voraussichtlich steigt.
