Wetter

Wetterküche heizt mit verborgener Energie

Wenn bei der Wolkenbildung Wasserdampf zu Wassertröpfchen kondensiert wird Wärme frei. Allein durch den Wechsel des Aggregatzustands von gasförmig zu flüssig offenbart sich bei konstanter Temperatur und konstantem Luftdruck vormals verborgene Energie, Meteorologen sprechen deshalb von latenter Energie [lateinisch latere = verbergen]. Sie hat große Bedeutung bei der Bildung und Stabilisierung von Gewitterwolken.

Wechsel des Aggregatzustands von flüssig zu gasförmig entzieht der Umgebung Energie. Wer schwitzt nutzt den Effekt fürs Wohlbefinden; verdunstende Feuchtigkeit kühlt die Haut und erleichtert die Wärmeabfuhr aus dem Körper. Das selbe lässt sich auch eine Stufe tiefer beobachten: wenn Eis schmilzt, sinkt die Temperatur. Der entgegengesetzte Prozess provoziert gegenteilige Energieentfaltung; beim Gefrieren (flüssig zu fest) wird ebenso wie beim Kondensieren (gasförmig zu flüssig) Wärme an die Umgebung abgegeben.

Meteorologen nutzen den Begriff „Latente Wärmeenergie“ vorrangig, um die in der Luft transportierte verborgene Energie zu beschreiben, die bei der Wolkenbildung frei wird, wenn Wasserdampf zu feinen Tröpfchen kondensiert. Je feuchter (große Menge an Wasserdampf) die Luft ist, um so größer ist die verborgene Energiemenge - Schwüle bedeutet hohe latente Energie.

An sommerlichen Hitzetagen erwärmt die Sonnenstrahlung den Boden besonders stark und damit auch die unmittelbar darüber liegende Luftschicht. Zudem verdunstet aus dem erhitzten Boden viel Feuchtigkeit, die von der erwärmten Luft aufgenommen wird (Warmluft kann mehr Wasserdampf tragen als kühlere): es wird schwül. Da warme Luft leichter ist als kühle bilden sich bei Sommersonnenschein in der bodennah Blasen feuchtwarmer Luft. Diese Warmluftblasen steigen in der kühleren Atmosphäre auf; je höher um so kühler wird die Umgebung, um so größer wird der Temperaturgegensatz, um so größer wird die Aufstiegsdynamik.

So wird rasant feuchtwarme Luft mit viel latenter Wärmeenergie in kühle Regionen der Wetteratmosphäre (Troposphäre) transportiert. Die Abkühlung bewirkt die Kondensation von Wasserdampf zu Wassertröpfchen; es bilden sich Wolken. Bei schwüler, wasserdampfreicher Luft wird sehr viel Kondensationswärme frei, die dem Aufstieg der Luft in dieser Wolke weitere Dynamik verleiht. An der Grenze zwischen Troposphäre und Stratosphäre, an der Tropopause in etwa 15.000m Höhe herrscht eine Temperatur von -50°C. Aus physikalischen Gründen ist dann kein weiterer Aufstieg feuchter Luft möglich. Beschleunigt durch die freigesetzte latente Wärme wird der kondensierende Wasserdampf entlang dieser Grenze seitwärts weggedrückt. So entsteht die typische Ambossform der Gewitterwolken (Cumulonimbus).

Die von latenter Energie unablässig angefeuerte Aufwärtsbewegung in Gewitterwolken ist auch für Hagel und Platzregen, sogar für Gewitterböen verantwortlich. In großer Höhe gefrieren die Wassertröpfchen zu Eiskristallen und fallen Richtung Boden. Auch dabei wird wieder latente Energie frei. Durch die starken Aufwinde werden die Eiskristalle jedoch wieder empor geschleudert, bei erneutem Herabfallen heften sich Wassertröpfchen an und gefrieren zu Hagel; wieder wird Energie frei. Je häufiger sich dieser Vorgang wiederholt, um so mehr feuert er sich selbst an und um so größer werden die Hagelkörner. Prasselt der Hagel zu Boden, kühlt sich die darunter liegende Luft deutlich ab. Denn beim Schmelzen von Eis wird der Umgebung Wärme entzogen. Schmelzen kleinere Hagelkörner komplett fällt Platzregen mit extrem dicken Tropfen. Direkt unter der Gewitterwolke ist der Abkühlungseffekt maximal, dort bildet sich rasch ein Kaltluftkissen. Diese kalte und damit sehr schwere Luft fällt mit Vehemenz zu Boden - die berüchtigten Fallböen bei Gewitter.

So heizt die latente Wärmeenergie in schwüler Luft die sommerliche Gewitterküche. Nach aktuellen Prognosen wird man den Effekt bereits in wenigen Tagen wieder beobachten können: Der gut gewässerte Boden stellt hinriechend Feuchtigkeit zur Verfügung und Sonnenschein soll die bodennahe Luft wieder auf über 30°C erwärmen.

Quellen:

Dipl.-Met. Lars Kirchhübel: Latente Energie - die verborgene Kraft in der Wetterküche! Thema des Tages, Newsletter des Deutschen Wetterdienstes (DWD) vom 13.07.2017

Erstellt am 13. Juli 2017
Zuletzt aktualisiert am 13. Juli 2017