Was ist eine Wolke?
Wolken sind eine Masse aus sehr feinen, aber sichtbaren Wassertröpfchen oder Eiskristallen. Luftfeuchtigkeit (Luftfeuchte, Wasserdampf) dagegen besteht aus einzelnen Wassermolekülen, die man mit bloßem Auge nicht sieht. Zu erkennen sind Wolken, weil einfallendes Sonnenlicht an den Tröpfchen gestreut wird, so werden Milliarden von Partikeln zu kleinen diffusen Lichtquellen.
Wann sind Wolken weiß, grau oder bläulich?
Wolken von geringer Mächtigkeit sind weiß. Haben sie eine größere Mächtigkeit erreicht und viel Sonnenlicht absorbiert, sehen sie von unten grau aus. Leicht bläulich erscheinen Wolken, die das Licht hauptsächlich vom blauen Himmel erhalten. Bei Sonnenauf- oder -untergang können Wolken natürlich von dem in der Atmosphäre gestreuten und dadurch roten Licht angestrahlt sein. Von oben betrachtet, also vom Flugzeug oder Satellit, wirken Wolken wegen der Reflexion des Sonnenlichts immer weiß
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Wie entstehen Wolken?
Luft kann, abhängig von der Temperatur, nur eine bestimmte Menge an Wasserdampf aufnehmen – warme Luft mehr als kalte. Nimmt die Feuchtigkeit kräftig zu, etwa über einem warmen, dampfenden See, wird diese Aufnahmefähigkeit überschritten und der „Taupunkt“ ist erreicht. Dann ist die Luft wassergesättigt (relative Luftfeuchtigkeit = 100 Prozent). Dann bilden sich Wolken oder Nebel. Oder aber feuchte Luft kühlt sich ab, etwa in Aufwinden in große Höhen. Auch dann erreicht die Luft ihre Wasseraufnahmegrenze. Herrschen in einer Wolke starke Aufwinde, können die Tröpfchen oder Eiskristalle, die üblicherweise nur Bruchteile von Millimetern groß sind, zu millimeter- oder zentimetergroßen Tropfen oder Hagelkörnern anwachsen.
Warum kühlt sich Luft beim Aufsteigen überhaupt ab?
Die Dichte der Atmosphäre nimmt nach oben ab. Steigt Luft auf, dehnt sie sich deshalb aus, die Luftmoleküle sind dann dünner verteilt, stoßen seltener zusammen und bewegen sich langsamer. Das ist physikalisch dasselbe wie eine niedrigere Temperatur. Diesen physikalischen Effekt beobachtet man auch Aufpumpen eines Fahrradschlauches. Komprimiert man die Luft in der Pumpe wird sie – selbst ohne die Reibungswärme durch das Pumpen – warm, im Schlauch aber, wo sich die komprimierte Luft ausdehnt, kühlt sie wieder ab (fühlbar am Ventil).
Unter welchen Wetterbedingungen formieren sich Wolken?
Luftmassen erreichen Taupunkt und Wasserdampfsättigung (siehe „Wie entstehen Wolken?“) erstens, wenn die Luft über aufgeheizten Flächen aufsteigt, vor allem im Sommer (thermische Aufwinde). Oder wenn kalte (aus hohen Breiten) oder feuchte Luftmassen (vom Meer) einströmen und dadurch die relative Luftfeuchtigkeit bis auf 100 Prozent steigt. Oder aber wenn eine Warm- oder eine Kaltfront heranzieht und Luftmassen anhebt (siehe Grafiken). Jedes Anheben und dabei Abkühlen oder eine Feuchtigkeitszufuhr drängt Luftmassen in Richtung Wasserdampfsättigung und damit Wolkenbildung.
Was sind Kondensationskerne?
Kondensationskerne oder -keime sind feinste, feste oder flüssige und schwebende Partikel in der Luft, die notwendig sind, damit sich einzelne Wassermoleküle an ihnen anhaften und Tröpfchen oder Eiskristalle bilden können. Staub- und Sandkörnchen, Pollen, Meersalz- und andere Mineralpartikel können Kondensationskerne sein. Gibt es sie überhaupt nicht, wären die Wolken wasserdampfübersättigt und wolkenfrei. Das kommt tatsächlich gelegentlich vor, beispielsweise in großen Höhen oder in Polregionen.
Welche Typen gibt es?
Nach der Form unterscheiden Meteorologen Federwolken (Cirren, Einzahl Cirrus), Haufenwolken (Cumuli, Einzahl Cumulus) und Schichtwolken (Stratus). Außerdem gibt es eine Klassifikation nach der Höhe, in der man sie findet. Die Angaben beziehen sich aber nicht auf die Gesamthöhe der Wolke, sondern auf das Atmosphärenstockwerk, in dem man sie findet. Diese Bezeichnung ist dem eigentlichen Wolkennamen vorangestellt. Für das tiefe Stockwerk bis 2000 Meter werden die Namen ohne Vorsilbe benutzt, „Alto-„ steht für die mittelhohe Region bis 6000 Meter und „Cirro-“ meint die hohe Region bis zur Obergrenze der Wetterschicht in etwa zwölf Kilometer Höhe. Eine „Altocmulus-Wolke“ ist also eine mittelhohe Haufenwolke, eine „Cirrostratus“ eine hohe Schichtwolke. Davon abweichend gibt es zwei Wolkentypen mit sehr großer Ausdehnung durch alle drei „Stockwerke“: die Nimbostratus und die Cumulonimbus (siehe Wolkenfotos). Leider ist das Wettergeschehen hoch komplex, und Wolken sehen deshalb nicht immer eindeutig aus. Auch können mehrere Wolkentypen zu sehen sein. Hinweise zur Wetterprognose geben die beiden Grafiken.
Wie viel Wasser enthält eine Wolke?
Das ist stark von der Wolkengröße abhängig. Eine kleine sommerliche Schönwetter-Haufenwolke (Cumulus) enthält knapp 20 Tonnen Wasser, eine hoch aufgetürmte Cumulonimbus-Gewitterwolke dagegen etwa 100.000 Tonnen, errechnete Johannes Quaas, Professor für Theoretische Meteorologie an der Uni Leipzig. Aber Vorsicht: Die Angaben beziehen sich nur auf die sichtbaren Wolken. Der von der Luft getragene Wasserdampf, der nicht zu Wolken kondensiert ist, liegt zehnmal höher. Eine große Cumulonimbuswolke enthält also insgesamt etwa eine Million Tonnen Wasser.
Welche Rolle spielen Wolken im Klimageschehen?
Wolken reflektieren an der Oberseite Sonnenlicht zurück in den Weltraum, verringern also die (kurzwellige) Sonneneinstrahlung. Einiges Licht kommt dennoch am Boden an, wird dort absorbiert und ist dann als Wärme spürbar. Die Erde strahlt diese Wärmeenergie im langwelligen Wellenlängenspektrum (Infrarot) wieder ab. Luftfeuchtigkeit und Wolken nehmen sie aber auf und reflektieren sie wieder zum Boden. Weil Wolken die Wärme halten, sind Nächte mit Bewölkung wärmer, klare Nächte dagegen kälter. Unter dem Strich dämpfen Wolken die Energieeinstrahlung und die Wärme am Erdboden. Welche Rolle eine mögliche Wolkenzu- oder -abnahme im Klimawandel spielt, wird derzeit untersucht. Nach gegenwärtigem Stand des Wissens spielen Wolkenveränderungen keine große Rolle.
Welche Rolle spielen Kondensstreifen von Flugzeugen?
Auch sie haben einen geringen kühlenden Effekt. Exemplarisch zeigte das eine neue Studie von britischen Klimaexperten, die regionale meteorologische Effekte untersuchten. Demnach haben die oft mehr als tausend britischen Bomber, die ab 1943 im Pulk Richtung Deutschland flogen, mit ihren weißen Kondensstreifen die Temperaturen an der englischen Südostküste vorübergehend rasch und deutlich gesenkt.
Sind Wolken für Flugzeuge gefährlich?
Grundsätzlich nur eine: Cumulonimbus, die hoch reichende Gewitterwolke. In ihr folgt ein Blitz dem nächsten, starke Auf- und Abwinde bringen heftige Turbulenzen, hohe Luftfeuchtigkeit kann zu starken Vereisungen führen. Zwar schützen Flugzeugrümpfe aus Metall vor Blitzschlag, doch in die Außenhaut können doch kleine Löcher gebrannt werden, so dass anschließend Reparaturen oder zumindest Kontrollen nötig sind. Turbulenzen sind in größeren Höhen kein gravierendes fliegerisches Problem, weil auch bei starken Abwinden kein Aufprall auf dem Boden möglich ist. Da aber durch Gewitterwolken große Hagelkörner auf- und abtreiben können und Verkehrsmaschinen mit 800 Kilometer pro Stunde fliegen, nimmt die Flugzeugaußenhaut Schaden, und eine Reparatur ist erforderlich. Auch können die Blätter der Verdichter beschädigt werden. Dass jemals eine Frontscheibe zerstört worden wäre, solch ein Fall ist aber nicht dokumentiert.
Und Gefahren für Passagiere?
Die Auf-, Ab- und Scherwinde in einer Cumulonimbus beeinträchtigen empfindlich deren Bequemlichkeit (Reisekrankheit!). Wie wichtig die Beachtung der Anschnallzeichen ist, wird hierbei überdeutlich: nicht angeschnallte Passagiere können durch das Flugzeug geschleudert werden. Alle paar Jahre kommt es deshalb bei einem Flug zu Knochenbrüchen, Schädelverletzungen und selten sogar zu Todesfällen. „In einer Gewitterwolke kommt einiges an Risiken zusammen, weshalb der Pilot unbedingt ausweicht“, sagt Nikolai Pointner, Pilot bei der Lufthansa für die Airbus-Familie A320.
Kann der Pilot gut ausweichen?
Ja. Der Wetterradar in der „Nase“ jeder Verkehrsmaschine erkennt Gewitterwolken schon aus 200 Kilometer Entfernung, also etwa 15 Minuten vor einem möglichen Kontakt. Da Gewitterwolken horizontal nur wenige Kilometer Ausdehnung haben, kann der Pilot leicht ausweichen, sagt Pilot Pointner. „Er hat sie normalerweise in wenigen Minuten umflogen.“ Nur sehr selten gelingt das nicht. Hobbypiloten, die in kleinen Maschinen auf Sicht fliegen, meiden alle Wolken.
Kann man wirklich Wolken „impfen“ und zum Regnen bringen?
Von Bedeutung ist das, wenn man landwirtschaftliche Flächen vor Hagelschlag aus hohen Gewitterwolken schützen will. Indem man aus „Hagelfliegern“ eine Mischung aus Silberjodid und Aceton sprüht, liefert man die Kondensationskeime, an denen sich Eis niederschlagen kann. So erreicht der Hagelflieger, dass sich nur kleine Hagelkörner bilden und nicht – nach weiterer Feuchtigkeitszufuhr – große zerstörerische. Angewandt wird das Versprühen von Trockeneis (gefrorenes Kohlendioxid) oder Silberjodid auch zum frühzeitigen Abregnen von Regenwolken – entweder um trockene Gebiete gezielt mit Wasser zu versorgen oder um Gebiete vor Regen zu schützen. Praktiziert wurde die chemische Regensteuerung unter anderem vor militärischen Paraden in Moskau und bei den Olympischen Spielen in Peking, um dort für regenfreies strahlendes Wetter zu sorgen. Funktioniert die Methode wirklich? Einige Studien deuten darauf hin, dass sich Hagelschäden damit um bis zu 40 Prozent verringern lassen, gesicherte Ergebnisse gibt es allerdings nicht.
Was sind „Chemtrails“?
Seit Mitte der 90er-Jahre kursiert in Foren die Theorie, wonach manche Kondensstreifen von Flugzeugen, also künstliche Wolken, Chemikalien enthalten. Diese Streifen erkenne man an ihrer Langlebigkeit und großen Breite. Mal wird behauptet, das sei eine Form von gezielter Klimabeeinflussung („Geoengineering“), mal dass dies eine Form von chemischer Kriegsführung sei. Alle Experten sagen: Das ist falsch, niemand muss sich vor chemischer Beeinflussung vom Himmel sorgen. Geoengineering werde (noch) nicht betrieben. Und die Beeinflussung von Menschen durch Chemikalien aus großer Höhe hat keinen Sinn, der Verdünnungseffekt in den riesigen Luftmengen am Himmel wäre so enorm und der Aufwand so gigantisch, dass Chemtrails absolut unsinnig wären. Alle Kondensstreifen sind einfach nur wasserhaltige Abgase von Flugzeugen – Kerosin verbrennt mit Luft zu Wasser und Kohlendioxid. Ist die Luft in der Flughöhe ohnehin schon sehr feucht und kurz vor der Wolkenbildung, halten sich die Kondensstreifen länger und breiten sich weiter aus, bevor sie sich letztlich doch auflösen.
