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Heiter bis Stürmisch

Daniela Schoster

Ein Podcast übers Wetter

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07/12/20 • -1 min

Donner. Fast jeder Mensch auf der Welt kennt das Geräusch. Und wie unheimlich Gewitter sein können, wenn wir mitten drin stecken, auch wenn wir sicher untergekommen sind. Es ist daher nicht verwunderlich, dass es dazu schon sehr lange Geschichten gibt. Früher wurde der Donner oftmals als Zeichen der Götter gedeutet. Während sie Lichtblitze auf die Erde werfen, erklingt ihre Stimme durch ein Donnergrollen. Sei es der nordische Gott Thor, der griechische Gott Zeus oder auch der nigerianische Gott Shango. Da die Prozesse im Himmel als unergründliches Mysterium galten, gab es viele Theorien zur Entstehung von Blitz und Donner. Frühe Erklärungsversuche umfassen "die Luft prallt auf die Gewitterwolke und verursacht dabei den Donner und während die Luft sich durch die Wolke bewegt erzeugt sie dabei den Blitz". Eine weitere Theorie beschreibt die Ursache des Donners "durch Aneinanderreiben von Hagel und dem Entweichen der Luft aus der Wolke". Das Prinzip ist so ähnlich wie Luft, die beim Platzen eines Luftballons aus diesem entweicht. Der französische Philosoph und Naturwissenschaftler Descartes nahm 1637 noch an, dass der Donner eine Schwingung ist, die entsteht, wenn eine höher gelegene Wolke auf eine niedriger gelegene Wolke absinkt und beim Aufeinandertreffen einen Knall verursacht. Was alle Theorien vereint, ist die Annahme, dass der Donner durch Wolken und Luft hervorgerufen wird und nie mit dem Blitz in Verbindung gebracht wurde. Erst ein Jahrhundert später als der Wissenschaftler und Politiker Benjamin Franklin Elektrizität und den Lichtblitz erforschte und dabei den Blitzableiter erfand (1752), kam er zufällig auf den Zusammenhang von Blitz und Donner. Während der elektrischen Entladungen in seinem Labor hörte er auch immer ein lautes Geräusch. Daraus schloss er, dass auch in der Natur nach einem Blitz immer ein Donner zu hören sein sollte. Jedoch konnte er noch nicht ganz erklären warum das so ist. Er schrieb in einen Brief an den Londoner Gelehrten Peter Collinson, dass „das elektrische Feuer lautlos aus der Wolke abgeleitet werden könne“, wenn sich seine Hypothese von der elektrostatischen Aufladung der Gewitterwolken belegen ließe. Heute wissen wir, dass Donner durch eine explosionsartige Ausdehnung der Luft entsteht. Und das wird durch eine plötzliche Erhitzung der Luft im Blitzkanal verursacht. Der Blitz erhitzt die Luft auf bis zu 30 000°C. Gleichzeitig erhöht sich der Luftdruck aufgrund der starken Erhitzung schlagartig um das 10 bis 100 fache des Umgebungsdrucks. Dies hat zur Folge, dass sich die Luft mit Überschallgeschwindigkeit ausdehnt und dabei eine Schockwelle erzeugt. Das bemerkenswerte ist, fast 99% der Energie, die beim Blitz freigesetzt werden, erwärmen die Luft auf die hohen Temperaturwerte. Das restliche eine Prozent der Energie erzeugt den Donner. Die entstandene Schockwelle hören wir dann in Form des Donners. Die Schockwelle wird dabei schnell langsamer und breitet sich dann wie eine gewöhnliche akustische Welle mit Schallgeschwindigkeit aus. Mit einer Ausbreitungsgeschwindigkeit von rund 343 m/s kann die Entfernung des Blitzes ganz grob abgeschätzt werden. Der Schall legt in einer Sekunde 343 m zurück, das sind in einer Stunde 1,23 Millionen Meter und etwas einfacher ausgedrückt etwa 1.233 km. Wird die Zeitspanne zwischen Blitz und Donner durch 3 geteilt, ergibt sich die Entfernung des Blitzes in Kilometern. Liegen zwischen dem beobachteten Blitz und dem gehörten Donner etwa 10 Sekunden, dann befindet sich das Gewitter bzw. der Blitzschlag in etwa 3,4 Kilometer Entfernung. Weiter als 12 bis 15 Kilometer kann der Donner allerdings nicht mehr gehört werden, da er von der Luft und der Umgebung sozusagen absorbiert wurde. Vom Gewitter nehmen wir dann nur noch das sogenannte Wetterleuchten, also die Blitze war. Wie kommt es eigentlich, dass die Geräuschkulisse des Donners immer anders klingt? Die Ursache erklärt sich aus der Laufzeit des Schalls. Der Donner an sich ist immer ein lauter Knall. Zumindest klingt er so in nächster Nähe. Diese erste Klangart des Donners ist ein lauter knallartiger Schlag. Dies wird verursacht, wenn sich der Blitzkanal eher vertikal zum Hörer befindet und recht kurz ist. Die Schallwellen kommen alle etwa gleichzeitig an. Weiter weg vernehmen wir den Donner als rollendes und rumpelndes Poltern. Dann verläuft der Blitzkanal eher horizontal, er bleibt also zum Beispiel innerhalb der Wolke auf einer Ebene. Der Schall von einem zum anderen Ende des Blitzes erreicht uns als HörerIn nun zu unterschiedlichen Zeiten. Und je nach dem wie lang der Blitzkanal ist, nimmt auch das Donnergrollen an Dauer zu. Oftmals erklingt der Donner dann auch dumpfer und tiefer, da die hohen Frequenzen an den Wolken, dem Gelände und an Häusern gedämpft werden. Dieser Effekt wird durch Gebirge nochmals verstärkt, da die Schallwellen in einem Tal an den umliegenden Bergen mehrmals reflektiert werden können. In der Nacht erscheint die Geräuschkulisse des Donn...
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07/12/20 • -1 min

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HBS008 Der Blitz

Heiter bis Stürmisch

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06/28/20 • -1 min

Gewitter sind eines der beeindruckensten Naturschauspiele, die die Erde zu bieten hat. Im Schnitt blitzt es jede Sekunde bis zu Hundert mal, das macht bis zu zehn Millionen mal am Tag. Blitze wurden in der Antike als Zeichen der Götter gedeutet. Je nach Himmelsrichtung kamen den Blitzen bestimmte Deutungen zu. Befand sich ein Gewitter im Westen und verlagerte sich weiter nach Norden, so bedeutete dies Unheil. Wurde ein Gewitter jedoch im Osten beobachtet galt dies als positives Zeichen der Götter. Im Mittelalter hielt dieser Glaube weiterhin an. Martin Luther beispielsweise gehörte auch dazu. Als er eines Tages bei einem Spaziergang in ein heftiges Gewitter geriet, bangte er um sein Leben. Damals war die Gefahr von einem Blitz getroffen zu werden tatsächlich höher als heutzutage. Zum einen arbeiteten mehr Menschen auf dem Land und außerdem befanden sich an den Gebäuden noch keine Blitzableiter. Heutzutage treffen in Mitteleuropa nur etwa 35 von 100 Blitzen den Erdboden. 65% sind sogenannte Wolkenblitze. Die Wolkenbasis, also die untersten Schichten einer Gewitterwolke, muss eine bestimmte Höhe unterschreiten, damit eine Entladung zwischen Erdboden und Wolke statt findet. Natürlich gibt es hier auch Ausnahmen. In den Tropen befindet sich die Wolkenbasis einer Gewitterwolke, meist über 3 Kilometer Höhe. Das führt dazu, dass kaum ein Ladungsausgleich zwischen Erdboden und Wolke erfolgt und daher in den Tropen fast ausschließlich Wolkenblitze beobachtet werden und keine Blitze, die in den Erdboden oder in Gebäuden einschlagen. Daher sind Blitzableiter in den Tropen eher selten zu finden. Die Gewitterwolke selbst muss natürlich auch eine gewisse Mächtigkeit aufweisen, damit ein Blitz entstehen kann. Und Blitze sind nichts anderes als elektrische Ströme, die gegensätzliche Ladungen ausgleichen. Das hat der Naturwissenschaftler und Politiker Benjamin Franklin Mitte des 18. Jahrhunderts herausgefunden. Für den Ladungsausgleich muss erst einmal eine Ladungstrennung erfolgen. Die Wasser- und Eisteilchen der Gewitterwolke kollidieren und wechselwirken miteinander, wodurch sie sich unterschiedlich aufladen. Dabei sammeln sich die positive geladenen und leichteren Eisteilchen durch die starken vertikalen Aufwinde oben in der Wolke an und die negativ geladene Teilchen befinden sich eher im unteren Bereich der Wolke. An der Wolkenbasis, also am Fuß der Gewitterwolke gibt es einen weiteren schmalen Bereich mit positiver Ladung. Dieses tripole Ladungstheorie stammt von Simpson (1909) und Wilson (1929) Anfang des 20. Jahrhunderts. Als einfaches Modell kann die Tripol-Theorie immer noch herangezogen werden. In Wirklichkeit ist die Ladungsverteilung aber sehr kompliziert und immer noch nicht ganz verstanden, da sich die Messung der Ladung innerhalb einer Wolke als durchaus schwierig erweist. Daher wird oft immer noch auf das einfache Modell verwiesen, um zu verstehen wie die Ladungsverteilung aussieht und der Ausgleich durch Blitze überhaupt erst entsteht. Wurde eine entsprechend große Ladungstrennung (es wird auch von Potentialunterschied gesprochen) aufgebaut, können sich Blitze bilden. Die Blitze bestehen dabei aus mehreren Phasen. Zunächst erfolgen stufenweise Vorentladungen. Diese bauen den eigentlich leitenden Blitzkanal auf. Mit einem Sechstel der Lichtgeschwindigkeit pflanzen sich die Vorentladungen um etwa 50 m schrittweise fort. Oft entsteht eine vielfach verzweigte Zickzackbahn. Nach wenigen hundertstel Sekunden (10-20 ms und etwa 100-200 Schritte) wird die nächste Phase eingeleitet, die Hauptentladung. Wenn einer der Zweige sich dem Erdboden auf etwa 100 m genähert hat, dann baut sich vom Erdboden eine sogenannte Fangladung auf. Das sieht so aus, als ob vom Boden her ein Blitz dem entstehenden Blitz entgegen springt. Haben sich diese beiden getroffen, erfolgt die eigentliche Entladung im Hauptkanal, der einen Durchmesser von etwa 12 Millimeter hat und wird dann als Blitz wahrgenommen. Manchmal sind auch die vielen Verzweigungen zu sehen. Interessanteweise schießt der Blitz nicht vom Himmel herab, sondern die Entladung, also der Stromstoß fließt im Normalfall (85-90%) nach oben zur Wolke. Im Vergleich zur Erde ist die Wolke am unteren Rand nämlich negativ geladen. Und daher fließt der Strom vom Positiven zum negativen Bereich. Die Entladung erfolgt aber nicht unbedingt nur einmal, sondern kann auch in mehreren Stößen ausgeglichen werden. Im Mittel sind es 2 bis 5 Stöße, aber es wurden auch schon bis zu 42 Nachentladungen beobachtet. Da diese so schnell wieder vorbei sind, wird eine einzelne Entladung mit bloßem Auge meist nicht wahrgenommen. Denn diese dauert etwa 30 Mikrosekunden, das sind 0, 000 03 Sekunden, also 4 Nullen hinter dem Komma. Erst bei mehreren Einzelentladungen können wir den Blitz gut erkennen. Manchmal gibt es so viele, dass der Blitz für mehrere Sekunden zu sehen ist. Das erscheint dann wie ein Flackern. Der am längsten andauernde Blitz wurde in Südfrankreich am 30. August 2012 beobachtet....
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06/28/20 • -1 min

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HBS007 Der Geruch des Regens

Heiter bis Stürmisch

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06/14/20 • -1 min

"Uiuiui, da braucht sich ganz schön was zusammen. Ich kann den Regen schon riechen." Das ist kein alberner daher geholter Satz, sondern da ist tatsächlich etwas dran. Nähert sich nach einer langen trockenen Phase ein Regenschauer, ist das markante Aroma besonders intensiv. Wie kommt das und warum riechen wir Regen überhaupt? Wenn es regnet, fällt Wasser vom Himmel. Aber pures Wasser ist geruchlos, dennoch "verströmt" Regen einen Duft. Dieser Duft hat einen Namen und wird Petrichor genannt. Der Geruch des Regens. Oder etwas wortwörtlicher: Das Blut der Steine. Petrichor setzt sich aus den griechischen Wörtern Petra, was Stein bedeutet, und Ichor zusammen. Ichor beschreibt laut griechischer Mythologie, die Flüssigkeit, die in den Adern der griechischen Götter fließt. Der Begriff Petrichor wurde 1964 von den australischen ChemikerInnen Isabel J. Bear und Richard G. Thomas geprägt. Bear und Thomas waren aber nicht die ersten, die wissen wollten, wo das Aroma herkommt bzw. entsteht. Bereits 1865 hat der Chemiker TL Phispon einen Zusammenhang von organischen Substanzen und ätherischen Ölen erkannt, die von vielen Blumen abgesondert werden und in die Erde gelangen. Und erst bei Regen freigesetzt werden. Allerdings veröffentlichte er seine Aufzeichnungen erst 25 Jahre später als zwei französische Chemiker (Professor Berthelot und M. André) ihre Theorie über den "Duft der Erde" ("Sur l'Odeur propre de la Terre", 1891) publizierten. In langen Trockenperioden produzieren bestimmte Pflanzen ein gelbliches Öl. Und das wird wiederum von den Steinen und dem Erdboden absorbiert. Fällt nun der Regen auf die Gesteine, gelangt das ätherisch Öl in die Luft. Aber neben diesem gelblichen Öl wird auch ein weiterer Soff freigesetzt. Geosmin. Geosmin ist ein Alkohol, den Bakterien im Boden frei setzen. In einer Trockenperiode fahren die Bakterien ihre Aktivität runter und produzieren sehr wenig bis kein Geosim. Erst wenn es feuchter wird, steigt ihre Aktivität und sie setzen den Geruch Geosmin frei. Daher ist das Aroma manchmal sehr gut am frühen Morgen zu riechen, wenn der Boden von Tau bedeckt ist. Sie sind verantwortlich für den muffig-erdigen Duft, der der Bodengeruch Geosmin ausmacht. Diese beiden Duftstoffe Petrichor und Geosmin machen das markante Aroma des Regens aus. Das erklärt zwar was den Geruch ausmacht, jedoch noch nicht wie der Geruch genau in die Luft gelangt. Und nicht nur diese beiden Stoffe werden freigesetzt. Beispielsweise enthalten Aerosole auch Bakterien wie E. coli. Das macht es umso interessanter und auch wichtiger herauszufinden, wie genau die Aerosole in die Luft gelangen und weiter transportiert werden. Die Erkenntnis ließ einige Zeit auf sich warten. Erst vor wenigen Jahren wurde diese Frage geklärt. Im Jahr 2015 ist der Prozess der Freisetzung des Geruchs geklärt worden. Wissenschaftler um den damaligen Doktoranden Young Soo Joung sind der Ursache der Freisetzung/Verbreitung des Aromas auf die Spur gekommen. Sie filmten mit einer Hochgeschwindigkeitskamera den Moment, in dem ein Tropfen auf den Boden aufprallt. Zunächst wird der Tropfen beim Aufprall flach. Gleichzeitig lösen sich vom Boden winzige Luftbläschen unterhalb des Tropfen. Diese Luftbläschen enthalten Aerosole. Die in den Luftbläschen eingeschlossenen Aerosole befinden sich dann in diesem Tropfen. Platzt nun der Regentropfen und damit dann auch die kleinen Bläschen, werden die Duftstoffe freigesetzt und gelangen in die Luft. So gelangen in wenigen Mikrosekunden hunderte Aerosolpartikel in die Luft. Es bildet sich sozusagen eine Duftwolke, die wir dann wahrnehmen. Die Intensität des Geruchs hängt von drei Faktoren ab: Zum einen von der Porosität des Bodens. Hohlräume und eher lockerer Boden sind gut fürs Aroma. Vor allem in Wald- und Lehmböden ist die Erde oft schön locker und daher ist dort der muffige Geruch und Petrichor besonders intensiv zu riechen. Als zweiter Faktor spielt die Feuchtigkeit des Bodens eine Rolle. Auf trockenen Böden, wie nach langen Hitze- und Trockenperioden, werden mehr Duftstoffe freigesetzt als bei eh schon feuchten Böden. Der dritte und letzte Faktor ist die Intensität des Niederschlags. Bei leichtem oder mäßigem Regen kommt das Aroma besonders gut zum Vorschein. Bei starken Niederschlägen wird die Duftwolke hingegen nicht mehr so gut durch die Luft gewirbelt und kann nicht so gut weiter transportiert werden. Außerdem bilden sich auch weniger Luftbläschen. Manchmal kann man den Regen sogar schon aus der Ferne riechen. Dann kommt der erste Schwall eines herannahendes Schauers oder Gewitters an. Der kalte Ausfluss einer Gewitterlinie führt die Duftstoffe und damit den Regengeruch mit sich. Dabei wird der Regengeruch auch in Regionen transportiert, wo der Regen nicht unbedingt ankommt. Aber es erhöht sich dort trotzdem auch die Luftfeuchtigkeit. Damit werden auch die Poren von Steinen und der Erde feuchter. Und so wird der Regengeruch auch schon vor dem Regen in ger...
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06/14/20 • -1 min

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05/31/20 • -1 min

In der letzten Folge habe ich erzählt, wie schwer Luft ist und wie der Luftdruck von der Lufttemperatur abhängt. Ungeklärt blieb aber die Frage wie der Luftdruck mit dem Wetter verbunden ist und welche Auswirkungen das hat. Für die Wettervorhersage ist es daher wichtig den Luftdruck zu kennen. Und noch eine andere spannendere Frage bleibt: Wie kann aus Luftdruckveränderungen Rückschlüsse auf das kommende Wetter gezogen werden? Wer schon mal Wetterkarten gesehen hat, erinnert sich vielleicht an die Linien, die die Bereiche mit gleichem Luftdruck darstellen. Das sind die sogenannten Isobaren. Mithilfe der Isobaren auf den Karten ist dann zu sehen, wo sich Hoch- und Tiefdruckgebiete befinden. Bei Hochdruckgebieten ist dabei der Luftdruck im Zentrum am höchsten und im Umkreis niedriger. Hochs werden meist mit schönem Wetter in Verbindung gebracht. Oft kommt es zur Wolkenauflösung und daher viel Sonne. Das liegt an der Bewegung der Luft. In Hochdruckgebieten sinkt die Luft zu Boden, erwärmt sich und nimmt somit mehr Wasserdampf auf. Und das hat die Wolkenauflösung zur Folge. In einem Tief ist es hingegen genau umgekehrt. Der Druck im Zentrum des Tiefs ist am niedrigsten und steigt in der Umgebung rasch an. In einem Tief steigt die Luft auf und kühlt sich dabei ab. Irgendwann kondensiert der Wasserdampf, es bilden sich Wolken, die dann gegebenenfalls Regen bringen. Die Lage von Hoch- und Tiefdruckgebieten ist daher schon mal ein guter Indikator wie das Wetter an den jeweiligen Orten ist. Wer ein Barometer zu Hause hat oder eine App, die den Luftdruck anzeigt, kann damit schon erste Erkenntnisse ziehen wie das Wetter ist. Ist der Luftdruck eher tief, wie zum Beispiel um 990 hPa, ist das Wetter wahrscheinlich wechselhafter. Das spricht für eher stürmisches und regnerisches Wetter. Zeigt das Barometer bei uns tendenziell hohe Werte wie 1030 hPa an, ist eher mit sonnigem und trockenen Wetter zu rechnen. Nun ist es zwar ganz nützlich den momentanen "Absolutwert" des Luftdrucks zu kennen. Aber das ist nicht sehr aussagekräftig. Entscheidend für das kommende Wetter ist eher die Luftdruckänderung bzw. die Luftdrucktendenz. Die Luftdrucktendenz gibt die Änderung des Luftdrucks in einem bestimmten Zeitintervall an. In der Wettervorhersage wird oft die Luftdrucktendenz der letzten 3 Stunden zuhilfe genommen. Es wird verglichen wie der Luftdruck zur aktuellen Stunde ist und wie er vor drei Stunden war. Mithilfe der Luftdrucktendenz werden Fronten analysiert und Frontdurchgänge prognostiziert. Auch die Verlagerung von Druckgebieten kann damit untersucht werden. Aus der Art der Änderung sowie deren Betrag können verschiedene Schlussfolgerungen gezogen werden. Die erste Möglichkeit ist der Luftdruck bleibt gleich bzw. konstant. Gleichbleibender Luftdruck über mehrere Tage, manchmal auch nur Stunden, tritt während eines Hochdruckgebietes auf. Das bedeutet aber nicht unbedingt, dass der Wert immer derselbe ist und konstant bleibt. Typische Luftdruckschwankungen um etwa 1 hPa innerhalb von 12 Stunden sind normal und entsprechen dem Tagesgang. Gleichbleibender Luftdruck ist ein Zeichen für stabiles und gleichbleibendes Wetter. Im Sommer ist das vielleicht ganz schön, weil oftmals die Sonne scheint und nur wenig Wolken vorhanden sind. Dann steigt allerdings auch die Trockenheit. In den Übergangsmonaten kann langes stabiles Wetter auch unangenehm sein. Bildet sich zum Beispiel Hochnebel, hat das einen eher grauen und trüben Himmel zur Folge, der dann über mehrere Tage oder sogar Wochen so bleibt. Und das ist dann nicht unbedingt "gutes" Wetter. Erst wenn der Luftdruck steigt oder fällt, kommt es zu einer Wetteränderung. Ansteigender Luftdruck spricht für eine Wetterbesserung. Ist der Anstieg des Luftdrucks eher langsam und stetig deutet das auf eine langfristige Wetterbesserung hin. Ein starker Anstieg wie zum Beispiel 1 hPa pro Stunde ist eher ein Zeichen für eine kurzfristige Wetterbesserung. Obwohl das Wetter dann "schöner" ist, kann immer noch ziemlich heftiger Wind wehen. Auch in der Wettervorhersage bzw. Wetteranalyse ist ansteigender Druck bzw. eine positive Luftdrucktendenz wichtig. Denn das ist ein Zeichen, dass die Front nun an diesem Ort durchgezogen ist. Nähert sich zum Beispiel eine Kaltfront, fällt der Luftdruck zunächst. Ist die Kaltfront vorübergezogen, steigt der Luftdruck wieder. Nach dem Regen der Front lösen sich dann oft die Wolken auf und die Sonne scheint. Dann ist es für einige Zeit schön bei meist kühleren Temperaturen und eventuell böigen Wind. Mit fallendem Luftdruck ist vielleicht das interessanteste Ereignis verbunden. Ein langsamer stetiger Luftdruckabfall deutet auf eine Wetterveränderung hin. War es beispielsweise über lange Zeit sonnig mit wenig Wolken, ist das ein Zeichen, das diese (Schönwetter-)phase sich dem Ende neigt. Das ist manchmal nicht so leicht zu erkennen, wenn die Luftdruckveränderung von Schwankungen überlagert ist. Ein stark fallender Luftdru...
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05/31/20 • -1 min

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HBS005 Wie schwer ist Luft

Heiter bis Stürmisch

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05/17/20 • -1 min

Der Luftdruck ist eines der geläufigsten Begriffe in der Wettervorhersage. Täglich begegnet er uns in den Wetterberichten. Aber was ist der Luftdruck eigentlich und was bewirkt er? Die Erde ist umgeben von einer Menge Luft. Die Luft ist aber nicht schwerelos, sondern wiegt auch etwas. Unsere Atmosphäre drückt mit einem bestimmten Gewicht auf die Erde. Allgemein beschreibt der Druck mit welcher Kraft ein Körper auf eine Fläche von einem Quadratmeter wirkt. Was heißt das für den Luftdruck? In diesem Fall beschreibt das Gewicht der Atmosphäre die Kraft, mit der ein Körper, hier unsere Luft, auf einen Quadratmeter Fläche wirkt. Da der Begriff Luft recht allgemein ist, wird eher von einer Luftsäule gesprochen. Diese Luftsäule reicht vom Erdboden bis zum äußersten Rand der Atmosphäre. Der Luftdruck lässt sich nun als das Gewicht einer Luftsäule verstehen, die senkrecht auf eine gewisse Fläche drückt. Hochgerechnet wiegt die gesamte Atmosphäre ungefähr 5 Billiarden Tonnen. Das ist eine recht unanschauliche Zahl. Etwas greifbarer sieht das so aus: Auf von unseren Schultern lastet ein Gewicht von etwa drei afrikanischen Elefantenbullen, das entspricht 17 Tonnen. Warum wird der menschliche Körper oder auch ein Hausdach nicht von dem enormen Gewicht zerdrückt? Nun, zum einen umgibt uns der Druck von allen Seiten und nicht nur von oben. Und außerdem haben wir uns als Mensch dem bodennahen Druckniveau angepasst. Der Mensch hat einen Körper-Innendruck, der von innen nach außen gegen den Luftdruck drückt. Und das Hausdach stürzt nicht durch die Last von oben ein, da der Luftdruck auch von unten gegen das Hausdach drückt. Auch hat der Mensch kein Sinnesorgan, um den Luftdruck wahrzunehmen. Es gibt allerdings Situationen, in denen wir den Luftdruck doch spüren. Sitzen wir zum Beispiel in einem Flugzeug, das startet oder landet, sind wir starken Luftdruckänderungen ausgeliefert. Diese spüren wir dann durch ein Druck oder Knacken im Ohr. Der Luftdruck bzw. seine Veränderung wird auch bemerkbar, wenn wir zum Beispiel einen Berg emporklimmen. Irgendwann fällt es uns schwer zu atmen. Und wenn wir eine bestimmte Höhe erreicht haben, benötigen BergsteigerInnen sogar eine Sauerstoffmaske. Ab diesen Höhen ist die Luft zu dünn, um die Lunge ausreichend mit Sauerstoff zu füllen. Es drückt einfach nicht genug Luft in die Lunge. Der Luftdruck ist im Vergleich zum Boden teilweise schon sehr stark reduziert. Auf dem Mont Blanc beispielsweise entspricht der Luftdruck nur noch 50% von dem am Boden und auf der Spitze des Mount Everest ist es nur noch ein drittel. Man kann auch noch eine weitere spannende Beobachtung auf den Bergen machen. Die Siedetemperatur des Wassers ist nämlich abhängig vom Luftdruck. Das bedeutet, das Wasser fängt nicht bei 100 Grad Celsius an zu kochen, sondern schon bei geringeren Temperaturen. Wird auf der Zugspitze noch etwa 90 Grad Celsius benötigt, um das Wasser zum kochen zu bringen, sind es auf dem Mount Everest nur noch ungefähr 70 Grad Celsius. Der Siedepunkt nimmt pro 300 m um etwa ein Grad ab. Natürlich spielt auch das Wetter auf den Bergen eine Rolle und auch dort kommen Luftdruckschwankungen vor. Deshalb kann man ohne den genauen Luftdruck zu kennen keine genaue Angabe über die Siedetemperatur machen. Noch mal zurück zum Luftdruck an sich: Der Luftdruck ist ja etwas unanschaulich, wir können ihn weder sehen noch anfassen. Um den Luftdruck etwas besser zu verstehen, stelle sich jede ein Glas mit Wasser vor. Am Boden des Glases ist der Wasserdruck am größten, denn das darüber liegende Wasser drückt nach unten. Nach oben hin nimmt der Wasserdruck weiter ab bis er an der Wasseroberfläche komplett verschwindet. So ähnlich ist es auch in der Atmosphäre. Dabei wird nun eine Luftsäule statt ein Glas Wasser betrachtet. Auch in der Luftsäule nimmt der Luftdruck mit der Höhe ab. Das Gewicht der Luft drückt von oben auf die darunter liegende Luft. Je höher man kommt, desto weniger Luft befindet sich darüber und der Luftdruck wird geringer. Nun nimmt der Luftdruck mit der Höhe aber nicht gleichmäßig ab. Die Luftdruckabnahme am Boden erfolgt recht schnell und wird nach oben hin immer langsamer. Der Luftdruck ist vom Gewicht der darüber liegenden Luft abhängig. Das bedeutet, die vertikale Luftdruckabnahme ist selbst auch vom Luftdruck abhängig. Das macht die Sache etwas komplizierter, ist aber nicht unlösbar. Um den Luftdruck in verschiedenen Höhen auszurechnen, gibt es die sogenannte Barometrische Höhenformel. Das ist eine der grundlegenden Gleichungen, die es in der Meteorologie gibt. Sie liefert einen Verlauf der Höhenkurve des Luftdrucks. Demnach gehen wir am Boden von einem Standarddruck von 1013 hPa aus. In 5,5 km Höhe hat sich der Luftdruck bereits halbiert und beträgt etwa 500 hPa. Das ist eine der wichtigsten Höhen für die Wettervorhersage. Weitere 5 km höher hat sich der Luftdruck nochmals halbiert und beträgt in etwa 11 km nur noch 250 hPa. So geht das in etwa weiter. Doch haben wir bei Luft keine f...
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05/17/20 • -1 min

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HBS004 Der Regenbogen

Heiter bis Stürmisch

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05/03/20 • -1 min

Optische Erscheinungen sind eines der schönsten Wetterphänomene, die beobachtet werden können. Zu den bekanntesten gehört wohl der Regenbogen. Er ist nicht nur Symbol vieler Mythen, sondern auch physikalisch sehr interessant. Wer die Ursachen und Bedingungen für einen Regenbogen kennt, hat die Möglichkeit gezielt nach einem Ausschau zu halten. Und muss nicht drauf warten den Regenbogen zufällig zu beobachten. Einige kennen die Erklärung vielleicht noch aus der Schule. Das Licht wird an den Wassertropfen gebrochen und in seine Farben aufgeteilt. Die sehen wir dann in Form des Regenbogens. Aber wann genau sehen wir denn einen Regenbogen? Klar, es muss die Sonne scheinen und auch gleichzeitig regnen. Sichtbar wird der Regenbogen dann gegenüber der Sonne, am Sonnengegenpunkt. Allerdings auch nicht immer. Denn die Sonne darf nicht zu hoch am Himmel stehen, sonst verschwindet der Regenbogen sozusagen im Boden bzw. hinter dem Horizont. Nur wenn die Sonne tiefer als 42 Grad steht, haben wir die Chance einen Regenbogen zu beobachten. Im Sommer steht die Sonne bei uns besonders hoch. Zur Mittagszeit ist es daher nicht möglich einen Regenbogen zu beobachten. Dann müssen wir geduldig bis zu den Abend- bzw. Morgenstunden warten. Im Winter hingegen haben wir den ganzen Tag über die Möglichkeit nach einem Regenbogen Ausschau zu halten. Am besten ist der Regenbogen am Morgen und am Abend zu beobachten, denn dann steht die Sonne besonders tief. Und je tiefer die Sonne, desto höher ist der Regenbogen am Himmel sichtbar. Dabei ist noch was spannendes zu beobachten. Der Regenbogen hat nicht immer die gleiche Größe. Steht die Sonne tiefer, wird der Regenbogen größer. Der Regenbogen ist nämlich nicht einfach nur ein Bogen, der einen Anfang und ein Ende hat. Er ist Teil eines Kreisbogens. Allerdings ist der untere Teil des Kreises oftmals nicht zu sehen, da er sozusagen im Boden ist. Je höher der Regenbogen steht, desto mehr können wir vom Kreis sehen und desto runder und breiter erscheint er. Es gibt noch eine andere Möglichkeit die Größe eines Regenbogens zu ändern. Und das können wir selbst tun. Wenn wir uns hoch genug befinden, zum Beispiel in einem Hochhaus, auf einer Brücke oder auch im Flugzeug, können wir den Regenbogen in seiner vollen Pracht und als kompletten großen Kreis beobachten. Der englische Physiker Isaac Newton lieferte 1704 als erster die richtige Erklärung für das typische Farbspektrum. Vor Newton glaubte man noch, dass Regentropfen oder Prismen das Licht (aktiv) verändern und auf irgendeine (noch unbekannte) Weise in Farben umwandelt. Heute wissen wir, dass das Licht nur in seine Bestandteile zerlegt wird und nicht aktiv verändert wird. Vor dem Eintritt in Prismen besitzt das Licht auch schon die Farbanteile. Das ursprünglich weiße Licht wird also auf seinem Weg durch das Prisma in seine Spektralfarben zerlegt. Die Farben reichen dabei von innen nach außen von violett und blau, über grün und gelb bis rot. Trifft ein Lichtstrahl auf ein dichteres Medium wie ein Regentropfen wird es gebrochen. Je nach Wellenlänge der einzelnen Spektralfarben wird der Lichtstrahl unterschiedlich stark (abgebremst und) gebrochen. Der violette und blaue Anteil wird dabei stärker gebrochen als der gelbe oder rote Anteil des Lichts. An der inneren Rückseite des Regentropfens wird das Licht nun wie bei einem Spiegel reflektiert. Und beim Verlassen des Tropfens wird das Licht nochmals gebrochen. Das sind die 3 entscheidenden Eigenschaften. Brechung, Reflexion, Brechung. Der Lichtstrahl kann nun von oben, unten oder seitlich auf den Regentropfen treffen und auch wieder in alle Richtungen austreten. Aber eben nur ein bestimmter Winkel erzeugt für uns die schöne Farbenpracht. Nur wenn uns die Lichtstrahlen in einem Winkel von etwa 42 Grad erreichen, können wir einen Regenbogen sehen. Man kann sich das wie einen Kegel vorstellen. Die Spitze des Kegels befindet sich in unserem Auge und die Öffnung zeigt in Richtung Himmel. Der Öffnungswinkel beträgt 42 Grad. Wir können genau das Licht der Tropfen sehen, die sich entlang der Kegeloberfläche befinden also auf dem Rand und das Licht so in unser Auge lenken. Ist der Tropfen zu weit außer- oder innerhalb des Kegels können wir keine Aufspaltung der Farben sehen und somit auch keinen Regenbogen. Das ist auch der Grund warum ein Regenbogen rund ist. Nun reicht ein einzelner Regentropfen nicht für einen kompletten Regenbogen, sondern ganz ganz viele. Nur die vielen Reflexionen der verschiedenen Regentropfen ergeben das Gesamtbild des Regenbogens. Das bedeutet auch, dass jeder Mensch seinen ganz eigenen Regenbogen sieht, da jeder einen etwas anderen Beobachtungspunkt bzw. Blickwinkel zu den Tropfen und damit zu dem reflektierten Licht hat. Zudem ist ein Regenbogen ja nichts festes und beständiges. Ständig fallen neue Tropfen nach und reflektieren das Licht, der Regenbogen wird also ständig neu erzeugt. Auch wenn es für uns nicht so aussieht. Denn jeder Tropfen ist auf seinem Weg nach unt...
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05/03/20 • -1 min

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HBS003 Wie entsteht Regen

Heiter bis Stürmisch

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04/19/20 • -1 min

Ob es sich nun um einen kräftigen Schauer, lang anhaltenden Landregen oder um kleintropfigen Niesel handelt, der Entstehungsmechanismus der fallenden Tropfen ist recht ähnlich. Wie kommt es eigentlich, dass dieser überhaupt vom Himmel fällt? Zunächst einmal benötigen wir Luft, die erwärmt wurde wie zum Beispiel von der Sonne und aufsteigt. In der Luft ist auch immer ein gewisser Teil an Wasser enthalten, also Wasser in seinem gasförmigen Zustand. Erst wenn der Wasserdampf wieder flüssig wird, können wir ihn sehen, und zwar in Form von Wolken. Vorher ist der Wasserdampf ein unsichtbares Gas und sollte daher nicht mit einer Wolke verwechselt werden. Grundsätzlich gilt (für Luft): Warme Luft nimmt mehr Wasser(dampf) auf als kalte Luft. Das kann man mit der sogenannten idealen Gasgleichung ausrechnen. Im Prinzip geht das ganz leicht und mit einer kurzen Rechnung ergibt dann beispielsweise Folgendes: Nehmen wir an die Luft soll komplett mit Wasser gefüllt sein, man spricht auch von gesättigter Luft, dann beträgt die relative Luftfeuchte 100%. Die Luft kann dann nicht mehr Wasserdampf aufnehmen. In dem Fall, dass die Luft doch noch mehr Wasserdampf aufnimmt, kondensiert der Wasserdampf und es entstehen kleine Wassertröpfchen. Nehmen wir nun weiter an draußen sind es 20 Grad Celsius, eine schön warme Frühlingstemperatur. Nach der idealen Gleichung kann die Luft dann 17,5 g Wasser pro Kubikmeter speichern. Bei 40 Grad Celsius also bei doppelten Temperaturwerten wird das dreifache an Wasserdampf von der Luft aufgenommen (genauer sind das 54,6 g Wasser pro Kubikmeter Luft) bevor der Wasserdampf kondensiert. Je wärmer es ist, desto mehr Wasser wird also von der Luft gehalten. Kommen wir nun zu unserer aufsteigenden Luft zurück. Auf dem Weg nach oben wird es immer kälter. Denn mit der Höhe nimmt auch die Temperatur ab. Je weiter die Luft also aufsteigt und sich abkühlt, desto weniger Wasser kann sie tragen. Die aufsteigende Luft erreicht so irgendwann ihren Sättigungspunkt. Dann ist die Luft mit Wasserdampf gefüllt und kann keinen weiteren Wasserdampf aufnehmen. An den sogenannten Kondenstationskernen lagert sich nun der Wasserdampf an. Kondensationskerne sind zum Beispiel Staub, Salz- oder Rußpartikel aber auch Pollen gehören dazu. Die nun mit Wasser umgebenen Kondensationskerne sind nun sogenannte Wolkentröpfchen. Wolkentröpfchen sind wirklich ziemlich winzig und sehr leicht. Ihre Größe bewegt sich im hundertstel Millimeterbereich und sind damit im Bereich von dem Durchmesser eines Spinnenfadens. Das macht sie sehr leicht und fast schwerelos und bleiben problemlos in der Schwebe. Somit ist der erste Schritt für die Entstehung von Regen erreicht. Wir haben Wolken. Die nächste Frage ist jetzt: Was passiert in der Wolke, damit es regnet? Eine Idee ist, dass die Wolkentröpfchen immer mehr werden. Durch weiteres Ansammeln von Wasserdampf werden die Wolkentröpfchen größer und führen irgendwann zu Regen. Dieser Prozess dauert allerdings in der Regel sehr lange. Viel zu lange, um so zum Regen zu führen. Das Ansammeln von Wasserdampf kann daher praktisch als Niederschlagsgrund ausgeschlossen werden. Es muss also noch etwas weiteres geben, dass das Anwachsen der kleinen Wolkentropfen herbeiruft und schließlich den Regen verursacht. Bei der Entstehung des Regens spielt der kompliziert klingende Prozess der Koalezsenz eine wichtige Rolle. Bei der Koalezsenz stoßen die kleinen Wassertröpfchen zufällig zusammen und verbinden sich dabei ab und zu. Der Grund für das Zusammenfließen der Wolkentröpfchen liegt in der Oberflächenspannung der Tropfen. Die versuchen nämlich ihre Oberfläche möglichst gering zu halten. Zwei kleinere Tröpfchen haben zusammen eine größere Oberfläche, als das aus ihnen entstehende einzelne größere Tröpfchen. Weil so die Oberfläche kleiner ist, verbinden sie sich. Das größere aber immer noch sehr kleine Tröpfchen ist nun etwas schwerer und sinkt in der Wolke in Richtung Boden. Auf dem Weg durch die Wolke nimmt es entweder weitere kleine Tröpfchen auf und wächst weiter an oder aber das Tröpfchen leiten die anderen Tröpfchen einfach um sich herum. Damit unser kleines Wolkentröpfchen die Größe eines Regentropfens erreicht, muss es etwa eine Million Wolkentropfen aufnehmen. Es hat also einen langen Wachstumsprozess vor sich. Erst wenn das Wolkentröpfchen weit genug angewachsen ist um nicht mehr in der Schwebe gehalten zu werden, wird es zu schwer und fällt zu Boden. Und wenn es aus der Wolke raus fällt, ist es ein Regentropfen. Der auf diese Art entstehende Regen, kommt vor allem bei Nieselregen bzw. dem Sprühregen vor. Hierbei gibt es oft viele Kondensationskerne, die sehr viele kleine Wolkentröpfchen bilden statt wenige große Tropfen. Ein weiterer Grund warum durch das Zusammenfließen bzw. der Koalezsenz nur Sprühregen entsteht, ist der Feuchtegehalt der Luft. In den außertropischen Breiten wie zum Beispiel bei uns ist der Feuchtegehalt einfach zu gering, um großtropfigen Regen wie bei einem Schauer e...
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04/19/20 • -1 min

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HBS002 Die Farben des Himmels

Heiter bis Stürmisch

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04/04/20 • -1 min

Die Atmosphäre der Erde ist großartig. Sie ermöglicht nicht nur Leben auf unserem Planeten, sondern lässt den Himmel durch die Zusammensetzung der Luft auch in den verschiedensten Farben erscheinen. Die Luft besteht aus vielen kleinen Molekülen. Neben den Molekülen sind in der Atmosphäre auch größere Partikel wie Aerosole, Ruß, Staub oder auch Wolken enthalten. Wenn das Licht die Atmosphäre durchquert, trifft es auf diese verschieden Teilchen. Dabei wird das Licht teilweise gestreut, reflektiert oder auch absorbiert. Schauen wir in den Himmel erscheint dieser blau. Die Vorraussetzung für den blauen Himmel ist die Streuung des Sonnenlichts. Das Sonnenlicht wird von der Atmosphäre an den kleinsten Partikeln gestreut. Auch das gestreute Licht kann wieder auf weitere Luftpartikel treffen und erneut gestreut werden. Daher erfüllt das mehrfach gestreute Licht den ganzen Luftraum und kommmt bei uns bzw. beim Betrachter von allen Seiten in unserem Auge an. Das Licht an sich ist weiß, besteht aber aus verschiedenen Farben. Es reicht von violett über blau, grün und gelb bis rot. Ganz besonders gut kann man das bei einem Regenbogen beobachten. Dabei besitzt jede Farbe ihre eigene Wellenlänge. Die kürzeste Wellenlänge hat blaues Licht. Grünes hat eine kürzere Wellenlänge als gelbes und das hat eine kürzere Wellenlänge als rotes Licht. Rotes Licht hat die längste Wellenglänge des sichtbaren Lichts. Noch größere Wellenlängen führen zur Infrarot-Strahlung und werden diese noch wesentlich länger, kommen wir zum Beispiel in den Radiowellenbereich. Ob das Licht gestreut wird, ist abhängig von der Größe des Partikels. Die Partikel müssen um den Faktor 1000 kleiner sein als die Wellenlänge des Lichtes. Bei diesem Größenverhältnis ist die Streuung wellenlängenabhängig. Für die, die es ganz genau wissen wollen: Die Streuung erfolgt dann umgekehrt proportional zur 4. Potenz der Wellenlänge. Diese Art der Streuung, wenn das Licht auf sehr viel kleinere Teilchen trifft als dessen Wellenlänge, wird als Rayleigh-Streuung bezeichnet. Die Rayleigh-Streuung geht auf den britischen Physiker Lord Rayleigh im Jahr 1870 zurück. Zu den kleinsten Teilchen gehört zum Beispiel auch Stickstoff, der etwa 78 Prozent der Atmosphäre ausmacht. Nun werden kurze Wellenlängen, also das blaue Licht stärker gestreut als die längeren Wellenlängen. Das blaue Licht trifft somit viel häufiger auf Luftpartikel. Im Vergleich zum roten Licht wird das blaue Licht etwa 4 mal so oft gestreut. Lassen wir unseren Blick weg von der Sonne in den Himmel schweifen, kommt das blaue Licht wesentlich öfter in unserem Auge an. Das lässt den Himmel blau erscheinen. Der Himmel erscheint besonders blau in frischer Polarluft. Denn je trockener und sauberer die Luft ist, desto blauer scheint die Luft zu sein. Richten wir den Blick zur Sonne, aber ACHTUNG niemals ohne Schutz direkt in die Sonne gucken, erscheint diese gelb. Die Sonne sendet allerdings nicht gelbes Licht aus, sondern Weißes. Das können alle Astronautinnen und Astronauten bestätigen. Ob vom Mond oder von der Internationalen Raumstation aus, die Sterne erscheinen weiß. Dort gibt es nämlich keine Atmosphäre oder Luftpartikel, die das Licht streuen können. Denn von der Erde aus betrachtet, erscheint es uns nur so, dass die Sonne gelb ist. Die Ursache liegt in dem vielfach gestreuten blauen Licht. Der blaue Anteil des direkten Lichts/Sonnenstrahls ist geringer, da es häufiger gestreut wurde. Im sichtbaren Spektrum fehlt nun sozusagen das blaue Licht. Damit verschiebt sich das farbliche Spektrum. Der höhere grüne, gelbe und rote Anteil des Lichtes lässt die Sonne nun gelb erscheinen. Die Effekte kann jede in einem einfachen Experiment überprüfen. Dazu wird ein Glas mit Wasser und etwas Milch benötigt. Die Milch stellt die Luftpartikel dar, an denen die Sonnenstrahlen gestreut werden. Nun leuchtet man das Glas von unten mit einer Taschenlampe an. Sie stellt das Sonnenlicht dar. Bei seitlichem Blick ins Glas leuchtet die Mischung in einem leicht bläulichen Licht. Das kurzwellige blaue Licht wird hier an den Fett-Tröpfchen der Milch zur Seite gestreut. Das rote langwelligere Licht hingegen scheint geradeaus und fehlt beim seitlichen Blick ins Glas. Das gleiche passiert auch in der Atmosphäre. Aber der Himmel erscheint nicht nur blau. Bei Sonnenauf- oder -untergängen leuchtet der Himmel manchmal in einem strahlenden orange. Die Sonne steht hier noch nicht bzw. nicht mehr ganz so hoch am Horizont und legt damit einen etwa 30 mal so langen Weg durch die Atmosphäre zurück. Bei einem längeren Weg durch die Atmosphäre, nimmt auch der Rotanteil des Lichtes zu. Warum ist das so? Das Licht trifft nun auf noch mehr Moleküle. So wird noch mehr vom blauen Licht in alle Richtungen gestreut. Das bedeutet, dass das uns treffende Licht nur noch einen sehr geringen Anteil vom blauen Licht hat. Der Blauanteil wurde praktisch vorher weggestreut. Es bleibt nur noch das rote bzw. das langwellige sichtbare Licht übrig. Das erklärt wa...
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04/04/20 • -1 min

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03/22/20 • -1 min

Nicht nur heutzutage haben Wolken eine faszinierende Wirkung auf viele Menschen. Schon vor Hunderten von Jahren schrieb Aristophanes 423 v. Christus, "Wolken seien die Götter der neuen Zeit, denn die Wolken verkörpern „die Gedanken und Ideen, die uns Dialektik und Logik verleihen". Ein weiterer großer Künstler, den Wolken, deren Formation und Veränderung begeisterte, war kein anderer als Johann Wolfgang von Goethe. Daher war er sehr von dem Mann angetan, der als erster den Wolken eine Klassifikation zuordnen sollte. Denn zur damaligen Zeit, wurden die Wolken als zu vielgestaltig, komplex und kurzlebig angesehen, als sie wissenschaftlich untersuchen und kategorisieren zu können. Bereits als junges Schulkind war Luke Howard fasziniert von Wolken und beobachtete diese ständig. In seinem späteren Buch gestand er, statt dem Unterricht zu folgen, habe er lieber aus dem Fenster geguckt und sich in den Wolken verloren. Wie alle anderen auch, wusste er nicht wie diese entstehen oder überhaupt in der Luft schweben bleiben können. Den gelernten Pharmakologen und Apotheker ließen die Wolken auch im späteren Leben nicht los und so veröffentlichte er 1803 im Alter von 31 Jahren die weltweit erste Wolkenklassifikation. Seine Wolkenbeobachtung während des Unterrichts und die daher langjährige Erfahrung halfen ihm dabei eine Typisierung zu finden. Er hat erkannt, dass Wolken viele verschiedene Erscheinungmöglichkeiten, jedoch nur wenige grundlegende Formen haben. Dabei unterschied er zwischen vier Wolkentypen. Den ersten Wolkentyp stellen die hohen Wolken, den Cirrus, dar. Neben diesem unterschied Howard zwischen dem Stratus, einer schichtförmigen Wolkengestalt, und dem Cumulus, den haufenförmigen Wolken. Der vierte Typ, die Regenwolke, ist der komplizierte Name Cumulo-cirro-stratus, der heute unter dem verständlicheren Namen Nimbus bekannt ist. Da Wolken sich in ständiger Veränderung befinden, aufsteigen, absinken und von der einen Art in eine andere übergehen können, wollte Howard diesen Veränderungsprozeß auch in der Namensgebung mit beachten. Und genau das ist der schlaue Gedanke Howards gewesen. Die Namen können je nach Entwicklung kombiniert werden. So sollte aus Gruppen einzelner flauschiger Cumuli, die sich verbanden und ausbreiteten, schichtförmige Stratocumulus-Wolken werden. Seine Publikation wurde von Wissenchaftlern brennend diskutiert und sättigte das Bedürfnis vieler nach einer Ordnung des Himmelsbildes. Ein halbes Jahrhundert vor dem Telegramm wurde seine Veröffentlichung für die damalige Zeit rasend schnell verbreitet. Man kann sagen, sie ging viral. Seiner plötzlichen wissenschaftichen Berühmtheit und dem vielen Lob stand Luke Howard etwas zwiespältig gegenüber. Obwohl in der Wissenschaft zunehmend lateinische Bezeichnungen Verwendung fanden, stand er zunächst unter heftiger Kritik, nicht englische Namen verwendet zu haben. So hat zum Beispiel der bekannte französische Botaniker Jean-Baptiste de Lamarck eine fachlich bessere Typisierung heraus gebracht, doch gab Lamarck den Wolkentypen französische Namen. Diese waren wesentlich umständlicher zu merken und spiegelten nicht den genialen Gedanken der Wandlungsfähigkeit der Wolken wider. Zudem wurde Lamarcks Idee durch die zunehmenden Unterstützer Howards verworfen. Zu den Unterstützern zählte auch der deutsche Dichter und Naturforscher Johann Wolfgang von Goethe. Da sich Goethe zur selben Zeit intensiv mit dem Wetter beschäftigte, hörte er bald von Howard. Die Einteilung der Wolken gefiel Goethe so gut, dass er ihn eifrig vor seinen Kritikern verteidigte und Dank seines großes Einflusses setzte sich die lateinische Namensgebung auch in den anderen europäischen Ländern vorallem wegen der lateinischen Namen durch. Aufgrund seiner nicht zu stillenden Begeisterung schrieb Goethe einen Fanbrief. Howard konnte dies zunächst gar nicht fassen und dachte, es sei ein übler Scherz von seinen Kritikern, lernte aber schnell, dass der Brief tatsächlich von Goethe kam. Und so traten sie in Briefkontakt. Goethe war beigeistert davon den Mann näher kennen zu lernen, der die Wolken benannt hat und ermunterte Howard sogar ein Buch darüber zu schreiben wie er auf die geniale Klassifizierung gekommen ist. Der berühmte Poet hat Howards Beschreibungen der Wolken in dem Gedicht "Howards Ehrengedächtnis" integriert und dem bescheidenen Howard mit dieser Widmung eine der größten Ehren erwiesen. Luke Howards Pionierleistung ist insofern bemerkenswert als dass er ohne jegliches Wissen der atmosphärischen Prozesse eine bis heute taugliche und weiterhin verwendete Wolkenklassifikation erstellte. Im internationalen Wolkenatlas sind in den letzten 200 Jahren noch viele weitere Wolkenarten hinzugefügt worden und werden in dem weltweit verwendeten Handbuch zur Wolkenbeobachtung und der Wolkenverschlüsselung angewandt. Nicht unbegründet gilt Howard deshalb als einer der Gründungsväter der modernen Meteorologie. Zum Abschluss folgt nun das Gedicht von Goethe über ...
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03/22/20 • -1 min

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HBS014 Der Wind

Heiter bis Stürmisch

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09/22/20 • -1 min

Der Wind hat viele Erscheinungsformen. Mal weht er als erfrischende Sommerbrise, verdünnt Verunreinigungen in der Luft oder trägt Pollen von einem zum anderen Ort. Aber er hat auch eine zerstörerische Seite. Als Sturm oder kräftige Windböen, kann er Bäume entwurzeln, Hausdächer abdecken oder Sturmfluten vor sich hertreiben. Alle Windereignissen, sei es eine leichte Sommerbrise oder ein heftiger Herbsturm, teilen sich die gleiche Ursache: Einen Luftdruckunterschied. Wie es zu Hoch- und Tiefdruckgebieten und damit Druckunterschieden kommt, habe ich schon in Folge sechs erzählt. Diesmal soll es nur um deren Auswirkungen gehen. Ein Grundprinzip der Physik ist es, dass überall Gleichgewichte erstellt und Extreme ausgeglichen werden. So wie ein warmer Kochtopf seine Wärmeenergie an die Umgebung abgibt, fließt zwischen zwei unterschiedlichen elektrischen Ladungen ein Strom, um diese wieder auszugleichen. Genau so ist es mit dem Druck in der Atmosphäre. Gibt es ein Gebiet mit höherem Druck und ein Gebiet mit niedrigerem Druck, dann wirkt eine Kraft, die dem Druckgefälle, in der Wissenschaft auch Gradient genannt, entspricht. Die Druckgradientkraft sorgt dafür, das die Luft von Regionen höheren Drucks zu Regionen tieferen Drucks transportiert wird, ähnlich wie bei einem Luftballon. Bläst man einen Luftballon auf und erzeugt so einen Druckgradienten zwischen dem Inneren des Ballons und dem Äußeren, dann strömt die Luft sofort wieder hinaus. Natürlich nur, wenn man in die Öffnung keinen Knoten gemacht hat. Ist nun die ganze Luft aus dem Luftballon entwichen und der Luftballon wieder schlaff, ist der Druck komplett ausgeglichen und unsere Miniatmosphäre hat sich wieder beruhigt. In der echten Atmosphäre passiert das alles natürlich in sehr viel größerem Maßstab und das macht es leider auch komplizierter, denn aufgrund der Erddrehung kommt auf diesen sehr großen Skalen noch eine andere Kraft ins Spiel: Die Corioliskraft. Während sich ein Luftteilchen zum Beispiel auf der Nordhalbkugel von Süden nach Norden bewegt, rotiert die Erdoberfläche unter ihm weg. Relativ zu uns, da wir ja zusammen mit Häusern, Städten und Gebirgen auf der Erdoberfläche fest stehen, wird das Luftteilchen also abgelenkt. Auf der Nordhalbkugel nach rechts und auf der Südhalbkugel nach links. Der Wind kann also nicht direkt vom hohen zum niedrigen Druck wehen, sondern eher genau zwischen dem Hoch- und Tiefdruckgebiet. Dieser Wind, der aufgrund der Druckgradientkraft und der Corioliskraft weht, wird geostrophischer Wind genannt. In der Meteorologie wird er oft zuhilfe genommen, um die Windverhältnisse in etwa 5,5 km Höhe darzustellen. Er wird oft auch als "wahrer Wind" bezeichnet, da er hier in der sogenannten freien Atmosphäre ungehindert wehen kann. In Wirklichkeit spielt noch eine weitere Kraft, die Zentrifugalkraft also die Fliehkraft, eine wichtige Rolle, da Hoch- und Tiefdruckgebiete eine Drehbewegung haben. Aber das ignoriere ich hier einfach mal. Die Lage der Hochs und Tiefs auf den Wetterkarten geben einen ersten Eindruck über die Windverhältnisse. Sowohl über die Windstärke als auch über die generelle Windrichtung. Denn der Wind weht in etwa entlang der Isobaren, den Linien gleichen Luftdrucks, die auf den meisten Wetterkarten mit schwarzen Strichen eingezeichnet werden, die in vielen Ringen ein Tief- oder Hochdruckgebiet umschließen. Ein geübter Betrachter kann also anhand der Isobaren nicht nur die Windrichtung, sondern auch die Windstärke näherungsweise bestimmen, denn je dichter die Isobaren an einander liegen, desto höher ist der Druckunterschied und dementsprechend stärker der Wind. Dadurch kann zum Beispiel abgeschätzt werden ob der Wind aus Südwesten kommt und eher warme Luft mit sich bringt oder zum Beispiel aus Norden und eher kühlere Luftmassen transportiert. Auch Aristoteles wusste das schon. In seinen meteorologischen Abhandlungen hat er vier Haupt- und vier Zwischenhimmelsrichtungen beschrieben. Zu jeden dieser Richtungen gab es einen entsprechenden Gott, denen zu Ehren im Jahr 80 v. Chr. in Athen am Fuß der Akropolis der achteckige "Turm der Winde" errichtet wurde. So symbolisiert der bärtige Gott Boreas ausgestattet mit einem Mantel auf der Nordseite des Turms einen kalten Nordwind. Der Wind mit seinen Komponenten kann aber noch einmal erweitert werden. Nämlich um die Reibungskraft. Ist euch schon mal aufgefallen, dass wenn ihr im Sommer draußen auf einem Handtuch liegt weniger Wind weht, als wenn ihr steht? Woran liegt das? Die Antwort darauf liefert die Reibung. Denn der Wind wird durch Hindernisse wie Bäume, Häuser, Gebirge oder auch einfach nur dem Boden abgebremst. Umso tiefer sich die Luft befindet, desto größer wird der Einfluss der Reibung. Ganz am Boden hat die Reibung die Luft soweit abgebremst, dass dort kein Wind mehr gemessen werden kann. Denn ganz nah am Erdboden oder am Erdboden selbst, weht kein Wind mehr. In diesen bodennahen Schichten wird der Wind als Reibungswind bezeichnet. Es g...
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09/22/20 • -1 min

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