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Wolken und Niederschläge: Wasser in der Luft

Wo kommt eigentlich unser Regen her?

Das meiste Wasser, das als Regen oder Schnee auf die Erde fällt, ist zuvor als Wasserdampf aus dem Meer verdunstet. Das Regenwasser, das über Mitteleuropa niedergeht, stammt ursprünglich aus dem Atlantik. Dort ist es als Wasserdampf mit den Westwinden nach Europa verfrachtet worden. Ein Wassermolekül verweilt nach der Verdunstung im Durchschnitt neuneinhalb Tage als Wasserdampf in der Atmosphäre. Dort setzen sich die Wassermoleküle zu Wolken zusammen.

Woraus bestehen Wolken?

Wolken bestehen aus Luft, in der sich Wasserdampf zu Wasser verflüssigt bzw. zu Eis verfestigt hat.

Da die Sonnenstrahlen die Luft über dem Meer erwärmen und warme Luft relativ leicht ist, steigen Wassermoleküle mit der warmen Luft schnell auf. Mit zunehmender Höhe kühlt die Luft ab. Im Gegensatz zu warmer Luft vermag es kalte Luft nicht, große Mengen an Wasserdampf aufzunehmen und zu halten. Der Wasserdampf kondensiert zu flüssigem Wasser. Dabei lagern sich die Wassermoleküle an winzigen, in der Luft schwebenden Partikeln an und schließen sich zu Wassertropfen zusammen. Als diese sog. Kondensationskerne dienen z. B. Salze, die durch den Schaum von brechenden Meereswogen in die Atmosphäre geschleudert werden.

Wird es kälter, gefrieren die Wassertröpfchen zu Eis, oder es lagern sich Eiskristalle an die in der Luft schwebenden Partikel an, die dann als sog. Gefrierkerne dienen. Während Wasserdampf in der Luft unsichtbar ist, sind flüssiges Wasser und festes Eis in der Atmosphäre als Wolken sichtbar.

Wie schichten sich die Wolken?

Wie Wolkenkratzer können sich Wolken über mehrere Stockwerke erstrecken. Andere Wolken treten nur in bestimmten Stockwerken auf. Diese unterscheidet man in hohe, mittelhohe und tiefe Wolken.

Ganz oben dominieren die aus Eiskristallen bestehenden Eiswolken. Im mittleren Stockwerk gibt es Wolken aus unterkühltem Wasser und Mischwolken, die sich aus flüssigem und gefrorenem Wasser zusammensetzen. Im niedrigsten Wolkenstockwerk schließlich finden sich nur noch Wasserwolken. Je nach Höhe und Form unterscheidet man zehn Wolkengattungen.

Welches Wetter bringen Federwolken?

Entgegen landläufiger Meinung schönes und schlechtes Wetter. Vereinzelt ziehende, weiße Federwolken, sog. Cirren, kommen als hohe Wolken in Höhen von 5–13 km vor. Bei uns kündigen die aus Eiskristallen bestehenden Wolken oftmals die Warmfront eines Tiefdruckgebiets an. Allerdings können die kleinen Federwolken auch als Schönwettercirren bei ausgesprochen stabilen Wetterlagen auftreten.

Zu den hohen Wolken zählen auch die sog. Cirrostratuswolken. Das sind Schleierwolken, die einen durchscheinenden, weißlichen Wolkenschleier bilden. Durch sie können Sonne und Mond mit einem Halo erscheinen. Dieser weiße Ring umgibt die Himmelskörper, wenn sie durch die Wolken zu sehen sind.

Werfen alle Wolken Schatten?

Nein. Hohe Wolken werfen keine Schatten auf die Erdoberfläche. Dagegen halten die mittelhohen Wolken die Sonne vom Erdboden fern: Es ist im Wortsinn »bewölkt«. Die mittelhohen Wolken reichen in den gemäßigten Breiten in Höhen von 2–5 km. Zu ihnen zählen u. a. die Altocumuluswolken – grobe Schäfchenwolken aus weißen oder grauen Flecken. Altostratuswolken bilden graue oder bläuliche Wolkenfelder oder -schichten.

Wann ist das Wetter »grau in grau«?

Für »graues« Wetter sind Schicht- bzw. Stratuswolken verantwortlich. Sie entstehen, wenn warme, feuchte Luft bei ihrer horizontalen Bewegung auf ein Hindernis prallt und so zum Aufstieg gezwungen wird. Dadurch kühlt die Luft ab, und es bilden sich Schichtwolken.

Solche Wolken können sich horizontal über mehrere 1000 km² erstrecken. Aus der durchgehend grauen Wolkenschicht mit ihrer einheitlichen Untergrenze fallen Sprühregen, Eisprismen oder Schneegriesel.

Welche Wolken zeigen ein Gewitter an?

Cumulonimbuswolken. Massig und dicht erscheinen sie wie ein riesiges Himmelsgebirge. Der obere Teil breitet sich oftmals in der Form eines Ambosses aus. Die Gewitterwolke durchzieht alle drei Wolkenstockwerke.

Wärmegewitter entstehen durch starke Aufheizung an der Erdoberfläche bei gleichzeitig hoher Luftfeuchtigkeit. Deswegen treten sie in den gemäßigten Breiten nur im Sommer auf, in den Tropen dagegen ganzjährig. Durch die Erhitzung wird viel Luft nach oben getrieben, die in den höheren Regionen rasch abkühlt und dabei Wolken bildet. Dagegen bauen sich Frontgewitter unabhängig von der Erdoberfläche und deren Erhitzung auf.

Wie entstehen Blitz und Donner?

Gewitter sind stets an Cumulonimbuswolken gebunden. Durch heftige Aufwinde reichen diese Quellwolken sehr hoch. Die oberen Wolkenschichten vereisen, wodurch sich Ladungsdifferenzen zwischen den oberen, positiv geladenen und den unteren, negativ geladenen Wolkenteilen aufbauen. Die Gewitterelektrizität entlädt sich in Blitzen.

Wolkenblitze zucken innerhalb der Gewitterwolke, Erdblitze zwischen der Wolke und der Erde. Selten sind Kugelblitze, eine kugelförmige leuchtende Masse, die sich mit mäßiger Geschwindigkeit nahe der Erdoberfläche fortbewegt. Die Blitzenergie verursacht eine schlagartige Erhitzung in der Blitzbahn. Dabei dehnen sich die Luftmassen explosionsartig aus. Die Druckwelle pflanzt sich als rollendes oder krachendes Geräusch fort – der Donner ist weithin hörbar.

Können Wolken bis auf die Erde herabsinken?

Ja, denn Nebel ist nichts anderes als eine auf dem Boden liegende Wolke.

Winzig kleine Wassertröpfchen schweben in der Luft und lassen die relative Luftfeuchtigkeit auf nahezu 100 % ansteigen. Der weit verbreitete Strahlungsnebel entsteht, wenn durch starke Ausstrahlung – etwa in sternenklaren Nächten – die Temperaturen der bodennahen Luft kräftig zurückgehen. Die kalte Luft kann den Wasserdampf nicht mehr halten, und die Feuchtigkeit kondensiert zu kleinen Tröpfchen. Besonders häufig entsteht Strahlungsnebel in der Nacht oder in den frühen Morgenstunden relativ windstiller Herbst- oder Wintertage. Erwärmt sich die Luft bei Tag, löst sich der Nebel rasch wieder auf.

Wie groß werden Hagelkörner?

In den gemäßigten Breiten erreichen sie Durchmesser von bis zu 55 mm, in den Tropen können sie sogar bis auf 12 cm anwachsen. Hagel und Graupeln, beides Wasser in fester Form, entstehen durch mehrmaliges Auf- und Absteigen innerhalb von hoch türmenden Wolken.

Reifgraupeln sind undurchsichtige Bällchen mit schneeartiger Beschaffenheit, die mehrere Millimeter groß werden können. Sie entstehen bei der Bildung weit verzweigter Schneesterne. Griesel sind eine Vorstufe von Reifgraupeln – sie werden nicht größer als 1 mm. Lagern sich unterkühlte Wassertröpfchen an die Reifgraupeln, entstehen Frostgraupeln. Sie sind halb durchsichtig und haben einen weißen Kern.

Alle Graupelarten können nur aus Quellwolken fallen, denn nur dort wachsen sie durch mehrmaliges Auf- und Absteigen innerhalb der Wolke heran. In stark aufgetürmten Cumulonimben werden durch Aufwind immer neue Schichten an Frostgraupeln angelagert: Es entstehen Hagelkörner.

Wann wird Tau zu Reif?

Tau und Reif können nur entstehen, wenn Wasserdampf auf eine kalte Oberfläche trifft, die ihre Kälte an die Umgebung abgibt. Dadurch kondensiert der Wasserdampf der umgebenden Luft zu Wassertropfen, der sich als Tau auf den kalten Gegenstand niederschlägt. Liegt die Lufttemperatur unter dem Gefrierpunkt, bilden feine Eiskristalle Reif.

Raureif entsteht, wenn es bei hoher Luftfeuchtigkeit – z. B. bei Nebel – friert. Die kleinen Eisnadeln wachsen stets dem Wind entgegen, denn mit diesem wird neue feuchte Luft zugeführt, aus der die Eisnadeln die Feuchtigkeit »aussaugen« und zu Eis verwandeln. Weht dabei ein kräftiger, kalter Wind, entsteht Raufrost.

Wussten Sie, dass …

sich die meisten Wolken auflösen, ohne dass aus ihnen Regen oder Schnee gefallen ist? Tatsächlich muss sich eine Wolke etwa zehnmal neu bilden, bis die Tropfen so groß geworden sind, dass sie zu Regentropfen werden.

Wassertröpfchen in den Wolken teilweise bei –25 °C noch flüssig sind? Man spricht dann von unterkühltem Wasser.

die höchste Niederschlagsmenge, die bisher innerhalb von 24 Stunden gemessen wurde, mit 1870 mm im März 1952 auf die Insel Réunion fiel? Die größte Jahresmenge wurde 1860/61 in Cherrapunji in Indien gemessen: 26 461 mm!

Wie schnell sind Regentropfen?

Das hängt von ihrer Größe ab. Bei Regenschauern variiert die Größe der Tropfen zwischen 0,5 mm und 5 mm. Größere Tropfen werden bei ihrem Fall durch den Luftwiderstand auseinandergerissen. Die dicksten Tropfen sausen mit 9 m/s der Erde entgegen. Dagegen bringen es Tropfen mit 1 mm Durchmesser auf nur 5 m/s. Die Tröpfchen von Niesel- oder Sprühregen sind mit 0,05–0,25 mm winzig klein und erreichen gerade mal eine Geschwindigkeit von 20 cm pro Sekunde.

Wie wird Niederschlag gemessen?

Die Niederschlagsmenge in einer Region wird in Millimeter pro Zeitraum und Fläche berechnet: Die Zahl gibt also an, wie hoch eine Wassersäule auf einem Quadratmeter in einem bestimmten Zeitraum steht. Wegen des Flächenmaßes von einem Quadratmeter liefert die Zahl bei den Millimetern automatisch auch die Literzahl an Niederschlag. Für Berlin mit einem Jahresniederschlag von etwa 600 mm bedeutet dies, dass statistisch auf einen Quadratmeter in Berlin pro Jahr 600 Liter Niederschlag fallen.

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