Was sagen uns ein Heißluftballon, die Atmung eines Tauchers und eine Luftpumpe über das Wetter?
Für Wanderer ist Wetterkunde ein nützliches bis wichtiges Wissen! Neulich war ich mit meiner Tochter auf dem Balkon und sie schrie ganz aufgeregt, weil sie einen Heißluftballon gesehen hatte. Wissbegierig fragte sie, wieso der denn fliegen kann. Im Tauchkurs erklärt unser Dozent immer wieder mit Nachdruck, wie lebenswichtig es ist, beim Auftauchen auszuatmen! Nach dem Winter war der Reifen meines Fahrrads ganz platt. Nachdem ich den Reifen wieder aufgepumpt hatte, war die Luftpumpe ganz warm. Hat alles nichts mit dem Wetter zu tun? Wir werden sehen…
Fangen wir am Anfang an
Um das Wetter zu verstehen, müssen wir uns mit ein bisschen Physik auseinandersetzen. Doch keine Angst – halten wir es einfach:
1. Warme Luft ist leichter als kalte.
Die Konsequenz ist, dass ein Heißluftballon fliegen kann, denn warme Luft steigt auf. Dies ist soweit klar und verständlich. Kommen wir zum nächsten:
2. Aufsteigende Luft dehnt sich aus.
Dies wird schon etwas komplizierter. Mit die größte Gefahr für Taucher ist das Luftanhalten beim Auftauchen. Luft ist ein Gas, das sich beim Aufsteigen ausdehnt, weil der Druck nachlässt. Da die Lunge ein festes Volumen hat ist das Luftanhalten somit sehr verhängnisvoll. Hier hilft ein gezielter Schlag in den Solarplexus um einen Taucher zum Ausatmen zu zwingen.
3. Luft, die sich ausdehnt, kühlt ab
Aufsteigende Luft benötigt Energie, um sich auszudehnen. Diese Energie nimmt sie von der einzigen ihr zur Verfügung stehenden Quelle: nämlich Wärme. Der Umkehrschluss ist demnach ebenso richtig: Luft die zusammengepresst wird, wärmt sich auf. Das erklärt die warme Luftpumpe. Denn da passiert nichts anderes – Luft wird zusammengepresst, um sie in den Reifen zu drücken.
Soviel zur Theorie. Unterfüttern wir das mit ein paar Zahlen. Normalerweise kühlt sich die Luft um 0,65°C pro 100 Höhenmeter (Hm) ab. Dieser Wert ist jedoch nur für die ruhende Atmosphäre richtig. Bei trockener Luft beträgt die Temperaturabnahme 1°C pro 100 Hm, da die aufsteigende Luft zusätzlich den Höhenunterschied überwinden muss – auch das kostet Energie.
Dies wird aber nochmal verändert sobald Feuchtigkeit ins Spiel kommt. Widmen wir uns also den Punkten absolute und relative Feuchtigkeit, Sättigung, Kondensieren, dem Kondensationsniveau und der –energie.
4. Warme Luft fasst mehr Feuchtigkeit als kalte
Luft kann Wasser aufnehmen und transportieren. Auch hier gibt es aber Unterschiede. Man kennt das Phänomen, wenn man im Sommer die Straßenbahn betritt und gegen eine Hitzewand rennt. Sofort kondensiert die warme Luft auf der Haut und man versucht vergeblich sich etwas Abkühlung zu verschaffen. Oder auch im Winter, wenn der Hals von der kalten Luft ganz ausgetrocknet ist, ganz rau ist. Die Menge an Wasser die in der Luft enthalten ist, nennt man absolute Feuchtigkeit. Ein paar Zahlen? Sehr gerne: 30°C warme Luft kann ca. 30 Gramm Wasser pro Kubikmeter enthalten; Luft von -10°C nur noch 2,4 Gramm.
Setzt man die absolute Feuchtigkeit in Relation zur maximal aufnehmbaren Menge erhält man die relative Feuchtigkeit. Bei einer relativen Feuchtigkeit von 100% ist die Luft gesättigt. Ab dann fängt die Luft an zu kondensieren, denn mehr Feuchtigkeit kann nicht aufgenommen werden. Ein kleines Beispiel: Ein warmer Sommertag. Es sind 27°C. Wir bestellen ein kaltes Bier aus dem Kühlschrank (8°C) und bekommen kurz darauf eine Flasche, an der die Tropfen nur so runterrinnen.
Nehmen wir an, die Luft enthält 12 Gramm Wasser pro Kubikmeter – also haben wir eine relative Feuchtigkeit von ca. 46%. Die warme Luft kühlt an der kalten Flasche ab und erreicht ihren Sättigungpunkt bei 14°C. Denn bei 14°C beträgt die Sättigungsmenge 12,0623 Gramm pro Kubikmeter. Bei weiterer Abkühlung auf 8°C kondensiert die Luftfeuchtigkeit an der Flasche.
Dieses Phänomen erkennen wir auch bei Wolken, die eine ganz glatte Unterkante haben. Die Unterkante der Wolken liegt genau dort wo die Luft beginnt zu kondensieren – diese Höhe nennt man Kondensationsniveau.
Luisa Gramlich
