Die Strahlung der Sonne ist nicht überall auf der Erde gleich stark. Wie intensiv sie die Erde erwärmt, hängt vom Winkel der Sonneneinstrahlung und damit vom Breitengrad ab. Weil die Sonne in der Nähe des Äquators das ganze Jahr über fast senkrecht steht, wird die Erde hier sehr stark aufgeheizt. In Richtung der Pole treffen die Sonnenstrahlen in einem immer flacheren Winkel auf: Die gleiche Sonnenenergie verteilt sich auf eine immer größere Fläche. Daher wird es umso kühler, je größer die Entfernung zum Äquator ist. So entstehen Regionen mit unterschiedlichem Klima, die Klimazonen.

Nach der Stärke der Sonneneinstrahlung lassen sich vier verschiedene Klimazonen auf dem Festland der Erde einteilen: Die Tropen rund um den Äquator, die Subtropen (vom lateinischen Wort „sub“ für „unter“) zwischen dem 23. und dem 40. Breitengrad, die gemäßigte Zone unserer Breiten und die Polargebiete um Nord- und Südpol. Wie Gürtel ziehen sie diese Klimazonen in Ost-West-Richtung um die Erde.

Das Klima hängt jedoch nicht nur vom Breitengrad ab, auch andere Einflüsse spielen eine Rolle. So liegt auf dem Kilimandscharo Schnee, obwohl er in den Tropen liegt. Dass sein Gipfel vereist ist liegt daran, dass die Temperatur mit zunehmender Höhe sinkt. Gebirgsklima ist also immer kühler als tiefer liegende Gebiete.

Auch die Entfernung zum Meer wirkt sich aufs Klima aus: Wasser kann Sonnenwärme länger speichern als das Festland. Außerdem wärmt es sich langsamer auf als das Land. Dadurch wirkt das Meerwasser wie ein Puffer auf die Temperaturen. In Küstennähe ist das Klima daher mild. Im Landesinneren fehlt dieser Wärmeausgleich und es herrscht kontinentales Klima, bei dem die Temperaturen viel stärker schwanken als im maritimen Klima in der Nähe des Meeres.

Ohne die Sonne gäbe es kein Leben auf diesem Planeten, jedenfalls nicht so wie wir es heute kennen. Die Sonne ist eine gigantische Energiequelle, die Licht und Wärme ins Weltall strahlt. Ein Teil ihrer Strahlung erreicht auch die Erde. Diese Energie erwärmt unsere Atmosphäre, den Erdboden und die Meere.

Am stärksten heizt die Sonne die Gegend um den Äquator auf, denn dort treffen ihre Strahlen senkrecht auf eine relativ kleine Fläche. Die Pole erreichen die Sonnenstrahlen dagegen in einem flacheren Winkel. Hier verteilt sich die Sonnenenergie daher auf eine größere Fläche; und in diesen Regionen bleibt es kühler. So sorgt die verschieden starke Sonneneinstrahlung für unterschiedliche Klimazonen. Auch Jahreszeiten und Wetter sind das Ergebnis von unterschiedlich starker Sonneneinstrahlung.

Würde die Erde die gesamte Sonnenenergie speichern, wäre es hier in kürzester Zeit unerträglich heiß. Das ist schon an einem heißen Sommertag zu spüren, wenn die Temperatur nach Sonnenaufgang in kürzester Zeit auf 30 Grad Celsius klettert. Damit das Klima über Jahrhunderte stabil bleiben kann, muss die Erde etwa die gleiche Menge der gelieferten Sonnenenergie auch wieder loswerden.

Das geschieht durch die Strahlung der Erde ins All. Etwa ein Drittel der Sonnenenergie wird von Atmosphäre, Landfläche, Gewässern und Eismassen sofort zurückreflektiert. Den Rest an Energie nimmt die Erde zunächst in Form von Wärme auf. Diese Wärme gibt sie dann langsam und in alle Himmelsrichtungen wieder an den Weltraum ab.

In Wirklichkeit steht die Sonne immer an der gleichen Stelle, im Mittelpunkt des Sonnensystems. Nur von unserem Standpunkt sieht es so aus, als ob die Sonne aus unterschiedlichen Richtungen kommt. Das liegt daran, dass wir auf einer Kugel leben.

Wie das Licht von der Sonne auf der Erdkugel ankommt, hängt davon ab, wo man auf dieser Kugel steht. Wenn man genau am „Bauch“ steht, also der Stelle, die genau zur Sonne hin gerichtet ist, treffen die Lichtstrahlen genau im rechten Winkel auf die Kugeloberfläche. Die Sonne steht also genau über einem am Himmel.

Wenn man von dort nach Norden geht, krümmt sich die Erdoberfläche von der Sonne weg. Deshalb treffen die Sonnenstrahlen nicht mehr im rechten Winkel auf, sondern schräg, aus südlicher Richtung. Von der Erde aus steht dann die Sonne nicht mehr genau über einem, sondern etwas im Süden.

Und je weiter man nach Norden geht, um so flacher treffen die Lichtstrahlen auf, das heißt: um so tiefer steht die Sonne über dem Horizont. Geht man dagegen vom „Bauch“ aus nach Süden, ist es genau umgekehrt: Die Sonne scheint von Norden zu kommen, und zwar um so flacher, je weiter man nach Süden geht.

Das ist aber noch nicht alles: Da die Erdachse schief steht, ändert sich unsere Stellung zur Sonne im Laufe eines Jahres. Im Sommer, wenn die Nordhalbkugel der Erde zur Sonne hingekippt ist, sind wir näher am „Bauch“. Die Sonnenstrahlen treffen daher in steilerem Winkel auf die Erde auf und die Sonne steht höher am Himmel. Im Winter dagegen ist die Nordhalbkugel von der Sonne weg gekippt und wir sind weiter vom „Bauch“ entfernt. Das Licht trifft dann flacher auf die Erde und die Sonne steht tiefer am Himmel.

Zusätzlich dreht sich die Erde auch noch, und so kommt jeden Tag noch eine zweite Bewegung dazu: Im Laufe des Tages wandert die Sonne von Osten nach Westen über den Himmel – und das eben je nach Jahreszeit mehr oder weniger hoch über dem Horizont.

Alles, was auf dieser Erde existiert, setzt sich aus winzigen Bausteinen zusammen, den Atomen. Auch bei reinem Wasser ist das so: Es ist eine Verbindung aus je zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Diese verknüpfen sich zu einem Wassermolekül, kurz H₂O. Die einzelnen Wassermoleküle sind dabei nur locker miteinander verbunden.

Dieser lockere Zusammenhalt sorgt dafür, dass bei hohen Temperaturen die Verbindung der Moleküle aufbricht: Das Wasser verdampft. Kühlt es dagegen stark ab, ordnen sich die Moleküle zu einem festen, regelmäßigen Gitter, dem Eis. Das Besondere: In fester Form besitzt Wasser ein größeres Volumen als in flüssigem Zustand.

Die Anordnung der Wassermoleküle sorgt noch für eine andere Eigenschaft: die Oberflächenspannung des Wassers. Wegen dieser Spannung können Wasserspinne und Wasserläufer mühelos auf einem Weiher spazieren gehen. Aber Wasser kann noch mehr: Es ist in der Lage Stoffe zu lösen. Kleine Salz- oder Zuckerkörnchen lösen sich in Wasser vollständig auf. Meerwasser zum Beispiel enthält große Mengen Salz, die wir schmecken, aber nicht sehen können.

Dass auf der Insel Mainau am Bodensee Zitronen reifen, verdanken wir noch einer anderen Fähigkeit von Wasser: Es kann Wärme speichern. Seen oder Meere heizen sich im Sommer auf und halten die Wärme noch lange Zeit. Darum schwanken die Temperaturen an der Küste weniger als im Landesinneren. Weit weg von der Küste sind die Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht und zwischen Sommer und Winter viel größer als in der Nähe des Meeres.

Pflanzen richten sich nach dem Klima: Wo welche Arten zu Hause sind, wird vor allem von der Temperatur und von der Niederschlagsmenge bestimmt. Darum gibt es auf der Erde viele verschiedene Regionen mit bestimmten Pflanzengemeinschaften: die Vegetationszonen. Weil die Art der Vegetation vom Klima abhängig ist, verlaufen diese Vegetationszonen, ähnlich den Klimazonen, ungefähr parallel zum Äquator.

Zu den typischen Vegetationszonen gehört zum Beispiel der Regenwald in den immerfeuchten Tropen. Mit zunehmender Entfernung vom Äquator sind die Graslandschaften der Savannen, auf denen vereinzelt auch Bäume und Sträucher gedeihen, die typische Vegetation. In Richtung der Pole folgen die Subtropen mit Wüsten und Halbwüsten, die besondere Gewächse der wechsel- und der immerfeuchten Subtropen, die Laub- und Mischwälder der gemäßigten Breiten und die Nadelwälder der kalt gemäßigten Zone. In den Gebieten um die Pole wachsen nur noch besonders abgehärtete Sträucher, Moose und Flechten. Diese letzte Vegetationszone vor der polaren Wüste aus Eis heißt Tundra.

Nicht immer sind die Grenzen der Vegetationszonen leicht zu erkennen, ihre Übergänge sind fließend. Das liegt auch daran, dass der Mensch Einfluss auf die Pflanzenwelt nimmt: Indem er Wälder rodet, das Land bewirtschaftet und Städte erbaut, verändert er die ursprüngliche Vegetation. Wer beschreiben möchte welche Pflanzen im Moment tatsächlich wachsen, spricht bei der Einteilung auch von Ökozonen.

Das Eis der Arktis rund um den Nordpol bedeckt im Winter einen großen Teil des Nordpolarmeers. Es erstreckt sich dann über eine Fläche von mehreren Millionen Quadratkilometern. Zum großen Teil handelt es sich dabei um eine Eisschicht, die auf dem Meer schwimmt. Außerdem bedeckt das arktische Eis die nördlichen Gebiete von Europa, Asien und Nordamerika.

Dagegen befindet sich der Südpol auf einem Kontinent, der Antarktis. Die Antarktis ist der kälteste Ort auf der Erde. Ihre Landmasse liegt fast völlig unter einem Panzer aus Eis und Schnee begraben, der bis zu 4 Kilometer dick ist. Fast drei Viertel des Süßwassers auf der Erde sind in diesem Eis gespeichert.

Menschen, Tiere und Pflanzen haben sich dem Leben im „ewigen Eis“ angepasst. Eisbären oder Rentiere schützen sich zum Beispiel mit einer Fettschicht und einem dichten Fell gegen die Kälte. Die Antarktis bewohnen nur wenige Menschen, die Arktis ist etwas stärker besiedelt. Die bekanntesten Bewohner der Arktis sind die Inuit in Nordamerika und Grönland, daneben gibt es auch die Lappen in Nordskandinavien und Naturvölker im nördlichen Sibirien. Früher lebten sie dort als Nomaden und bewegten sich mit Hundeschlitten fort. Heute benutzen sie Schneemobile und viele von ihnen leben in Städten.

In den Eiswüsten um die Pole wächst wegen der großen Kälte kaum etwas. Der Boden zwischen den Polregionen und der kalt-gemäßigten Zone ist bis in große Tiefe dauerhaft gefroren. Nach dem lateinischen Wort „permanere“ für „andauern“ nennt man diesen Untergrund daher auch Permafrost. Nur wenige Monate im Jahr taut er etwas auf. Dann können besonders abgehärtete Pflanzen wie Moose, Flechten oder Zwergsträucher darauf wachsen. Diese Region rund um die Polargebiete wird auch subpolare Tundra genannt.

Die Polarregionen sind die kältesten Gebiete der Erde. Gerade hier zeigt sich auch, dass sich die Erde aufheizt: Seit einigen Jahren beobachten Forscher, dass die Eismassen von Arktis und Antarktis schmelzen. Die Folgen dieser Erwärmung lassen sich noch nicht genau abschätzen. Klar ist aber schon jetzt, dass viele Lebensräume durch das Schmelzen der Pole bedroht sind.

Auf der Nordhalbkugel sind West- und Mitteleuropa ein Teil der gemäßigten Breiten, außerdem der mittlere Teil Nordamerikas und Mittelasien. Eine viel kleinere Fläche besitzt diese Klimazone auf der Südhalbkugel: Neuseeland, Südost-Australien, der Süden Afrikas und Südamerikas gehören dazu. In den gemäßigten Breiten lebt über ein Drittel der Weltbevölkerung, vor allem die hoch entwickelten Industrienationen wie die USA, Japan, China und viele Staaten Europas.

Frühling, Sommer, Herbst und Winter – ausgeprägte Jahreszeiten sind ein besonderes Kennzeichen der gemäßigten Zone. Weil die Temperaturen im Rhythmus der Jahreszeiten wechseln, hat sich die Vegetation angepasst. Um den Frost im Winter zu überleben, werfen die Laubbäume im Herbst ihre Blätter ab und bilden im Frühjahr neue. Nadelbäume sind durch die Wachsschicht ihrer Nadeln besonders gut gegen große Kälte geschützt. Laub- und Mischwälder sind die in den gemäßigten Breiten typische Vegetation.

Je weiter wir uns den Polen nähern, desto kälter wird es. In dieser kalt-gemäßigten Zone mit ihren langen Wintern wachsen vor allem Nadelbäume, weil sie besonders gut an eisige Temperaturen angepasst sind. Auf der Nordhalbkugel gibt es daher einen breiten Gürtel von Nadelwäldern in weiten Teilen Kanadas und Russlands, die auch als Taiga bekannt sind.

Typisch für die gemäßigte Zone ist: Je weiter man ins Landesinnere gelangt, desto trockener wird es. Während es im französischen Brest am Atlantischen Ozean das ganze Jahr über viel regnet, ist es in Sibirien weit im Inneren des Kontinents viel trockener. Dort sind auch die Temperaturunterschiede zwischen Sommer und Winter viel höher. Bei einem solchen trockenen Klima mit starken Temperaturschwankungen spricht man von Kontinentalklima. Wegen der großen Trockenheit wächst hier kaum Wald. Dagegen sind vermehrt Steppen zu finden – je nach Region auch Prärie (Nordamerika) oder Pampa (Südamerika) genannt. An manchen Orten ist es sogar so trocken, dass sich Halbwüsten und Wüsten, wie die Gobi in Zentralasien, gebildet haben.

In den trockenen Subtropen nahe dem Äquator regnet es kaum. Wegen der großen Trockenheit wächst hier außer extrem angepassten Pflanzen wie Kakteen fast nichts. In dieser Zone finden sich große Wüsten wie die Sahara in Nordafrika, die Atacama im Norden Chiles oder die Namib an der Westküste Afrikas.

In Richtung der Pole wird es feuchter: Der Mittelmeerraum ist zwar im Sommer recht trocken, doch im Winter ziehen Regengebiete aus dem Westen herein. Frost gibt es allerdings auch in der kalten Jahreszeit kaum. Dieses subtropische Winterregenklima an den Westseiten der Kontinente findet sich übrigens nicht nur am Mittelmeer. Auch Kalifornien oder Südafrika haben ein mediterranes Klima. Die Vegetation hat sich an die klimatische Situation angepasst. Typisch sind Gewächse, die auch im Winter ihr Laub behalten können. Ihre ledrigen Blätter können das Wasser gut speichern und in Trockenzeiten davon zehren. Zu diesen Hartlaubgewächsen gehören zum Beispiel Rosmarin und Olivenbaum.

In den immerfeuchten Subtropen fallen dagegen das ganze Jahr über Niederschläge. Besonders heftig regnet es im Sommer. Dann wehen von Osten her Monsunwinde, die über dem Meer viel Feuchtigkeit aufgenommen haben und diese über dem Land wieder abregnen. Wegen der hohen Niederschläge wachsen die Pflanzen dort sehr üppig: Die subtropischen Feuchtwälder ähneln dem tropischen Regenwald. Ursprünglich gab es solche Feuchtwälder im Südosten der USA, in Ostasien oder im nördlichen Argentinien. Allerdings wurden große Teile dieser Wälder gerodet, um Platz für die Landwirtschaft zu gewinnen.

Die Tropen bilden einen breiten Gürtel beiderseits des Äquators und werden durch die Wendekreise auf etwa 23 Grad nördlicher und südlicher Breite begrenzt. Typisch für die Tropen ist, dass die Temperaturen im Verlauf eines Tages stärker schwanken als im Lauf eines Jahres. Weil der Sonnenstand das ganze Jahr über fast gleichmäßig hoch ist, gibt es keine Jahreszeiten wie bei uns. Auch die Länge der Tage schwankt mit 10 bis 13 Stunden über das Jahr hinweg nur wenig.

In den Tropen gibt es verschiedene Vegetationszonen. Nahe des Äquators liegen die schon geschilderten immerfeuchten Tropen mit ihren täglichen Regengüssen und einem üppigen tropischen Regenwald. In Richtung der Wendekreise wird es immer trockener. In dieser Region zwischen Regenwald und Wüste liegen weite Grasländer: die Savannen. Je nach Regenmenge gedeihen noch Bäume oder, mit steigender Trockenheit, nur noch vereinzelte Sträucher und Dornbüsche. Diese Savannen sind vor allem in Afrika stark verbreitet.

Eine besonders bekannte Savanne ist die Serengeti in Tansania und Kenia. Neben den typischen Savannenpflanzen leben hier eindrucksvolle Tierarten. Pflanzenfresser wie Giraffe, Zebra und Elefant oder die Raubkatzen Gepard und Löwe sind in der Serengeti zu Hause.

Mit zunehmender Höhe sinkt die Temperatur, und zwar um etwa 6 Grad Celsius pro 1000 Höhenmeter. So kann es sein, dass auf der Zugspitze in 2.962 Meter Höhe über dem Meeresspiegel nur -1°C gemessen wird. Gleichzeitig steigt in München, auf 519 Meter Höhe, das Thermometer auf 14° C. In Gebirgsregionen ist es wegen der großen Höhe viel kälter als in tiefer gelegenen Regionen des gleichen Breitengrades. Und noch etwas ändert sich mit der Höhe, nämlich die Niederschläge. Weil kalte Luft weniger Feuchtigkeit speichern kann als warme, regnet oder schneit es oben mehr als unten. Selbst in den Tropen liegt deshalb auf Hochgebirgen wie den Anden oder dem Kilimandscharo Schnee.

Abhängig von den sinkenden Temperaturen und dem steigenden Niederschlag wechselt auch die Art der Vegetation. So bilden sich im Gebirge auf kleinem Raum verschiedene Vegetationszonen, die Höhenstufen genannt werden. Teilweise sind die Grenzen dieser Höhenstufen deutlich zu erkennen, zum Beispiel die Baum- oder die Schneegrenze.

In den Alpen und anderen Hochgebirgen der gemäßigten Breiten beginnen die Höhenstufen mit der sogenannten Hügellandstufe, in der noch Landwirtschaft betrieben wird. In Richtung Gipfel folgt die Bergstufe mit Misch- und Nadelwäldern. Oberhalb der Baumgrenze gedeihen nur noch verschiedene Zwergsträucher und Wiesen, die im Sommer oft als Viehweide für die Almwirtschaft genutzt werden. Über der Schneegrenze fehlt die Vegetation völlig, weil Kälte, Schnee und Eis das Pflanzenwachstum verhindern.

Auch in anderen Klimazonen besitzen Gebirge solche Höhenstufen. Dort gedeihen jedoch andere Pflanzengemeinschaften und die Höhenstufen sind verschoben: So liegt die Schneegrenze in den Tropen viel höher als etwa in den Alpen.