Wetter

Wieso Wasser vom Himmel fällt

von Holger Westermann

Regen und Schnee, Hagel und Graupel sind in Mitteleuropa ein häufig erlebbares Wetterphänomen. Im Jahr 2013 fiel hierzulande an fast jedem zweiten Tag (durchschnittlich an 186 Tagen) Niederschlag vom Himmel. Dabei variiert die Anzahl der Regentage je nach Region nur marginal – wenn man den internationalen Vergleich zugrunde legt. Rund 10% mehr oder weniger liegen zwischen regenreichen und regenarmen Regionen. Auf engem Raum können die Unterschiede dagegen beträchtlich sein. Oft regnet es, wenn feuchtwarme Luft aufsteigt, wenn sie beispielsweise Berge überwinden muss. Gerade die Staulagen der Mittelgebirge Mitteleuropas sind Wetterscheiden. In Luv (dem Wind zugewandte Seite) regnet es ausgiebig, während es in Lee (vom Wind abgewandte Seite) des Bergkamms zumeist trocken bleibt.

Damit in Wolken Regen entstehen kann, muss die Temperatur einer genügend feuchten Luft sinken, sodass bei Unterschreiten des sogenannten Sättigungspunkts/Taupunkts die Luftfeuchte kondensiert. Dabei bilden sich feine Wassertröpfchen, indem sich die Einzelmoleküle des Wasserdampfs zusammenballen. Aufgrund der Oberflächenspannung des Wasser sind diese fein verteilten Portionen flüssigen Wassers sehr stabile Gebilde aber hinreichend klein, um weiterhin in der Schwebe gehalten zu werden. Ansonsten könnten sich Wolken nicht am Himmel halten, sondern würden rasch zu Boden sinken.

Diesen Vorgang kann man auch gut im Badezimmer beobachten, wenn sich die feuchte, warme Luft als Tröpfchen auf dem Spiegel absetzt. Damit sich Wolken bilden können, braucht es aber zusätzlich noch kleinste Partikel wie Seesalz oder Sandstaub (auch Wolken-Kondensationskeime genannt, engl.: cloud condensation nuclei CCN), auf die sich der Wasserdampf niederschlagen und kondensieren kann. Diesen Vorgang bezeichnen Meteorologen als heterogene Nukleation.

Die bei der Nukleation entstandenen Tropfen wachsen in einer Wolke durch Aufnahme von weiterem Wasserdampf. Auch diese langsam anwachsenden Wolkentröpfchen fallen noch nicht zu Boden, denn sie sind immer noch zu klein für Niederschlag. Erst wenn sich durch Kollision untereinander mehrere dieser Tröpfchen miteinander zu einem großen Tropfen vereinen (Koaleszenz), sind sie groß und schwer genug, dass sie aus der Wolke fallen können. Ab einem Tropfen-Durchmesser von 0,5 mm sprechen Meteorologen von Regen, darunter von Niesel.

Die oft dynamische Veränderung von Wolkenformen ist für viele Menschen, gleich welchen Alters, ein Anstoß für Phantasie und Inspiration. Immer sind neue Assoziationen möglich, was eben noch ein Gesicht war, gleicht nun einem Tier oder einer Sagengestalt. So lässt sich auch vom Boden aus erahnen, welche Dynamik in den Wolken herrscht. Die Wassertröpfchen schweben nicht gemächlich über den Himmel, sondern werden in den Wolken wild herum gewirbelt.

In sogenannten „kalten Wolken“ gefrieren die Wassertröpfchen, sobald sie in den oberen Teil der Wolke hinauf geschleudert werden. Sinken die entstandenen Eiskristalle wieder ab, sammeln sie sehr zügig weiteren Wasserdampf ein, der an ihnen festfriert. Im unteren Teil der Wolke schmilzt das Eiskristall zu einem, nun auf respektable Größe herangewachsenen Wassertropfen. Dieser Kreislauf kann sich mehrmals wiederholen, bis das Eiskristall oder der Tropfen zu schwer sind um vom Aufwind erneut nach oben gerissen zu werden. Sie fallen zu Boden, als Regen, Schnee oder Hagel.

Es regnet, wenn die Luft unter der Wolke hinreichend warm ist, um die Eiskörnchen zu schmelzen. Ist es dagegen auch unterhalb der Wolke frostig kalt schmelzen die Körnchen nicht und fallen als Graupel oder Hagel auf den Boden. Schnee entsteht, wenn die Eiskristalle innerhalb der Wolke durch Wasserdampfanlagerung zu Schneekristallen wachsen, diese dann kollidieren und verklumpen (Koaleszenz in der Kälte). Dadurch formen sich Schneeflocken in vielerlei Form, je nach Temperatur, Luftfeuchte und Geschwindigkeit. Wahrscheinlich gleicht keine Schneeflocke exakt einer anderen, zu vielfältig können die geometrischen Grundformen kombiniert werden. Auch wenn flüssige Tropfen bei einer Kollision mit Eiskristallen gefrieren, bilden sich Schneekristalle.

Wasser fällt in vielgestaltiger Form vom Himmel, wobei jeder Tropfen und jede Flocke eine ganz eigene Wolken-und-Luft-Biographie durchlebte. Über Bäche (in Städten über die Kanalisation) und Flüsse vereinigt sich die ehemalige Wolkenfracht wieder zu großen Verdunstungsflächen, Seen, Meere und Vegetationsflächen, über denen neue Wolken entstehen.

Quellen:

Dipl.-Met. Magdalena Bertelmann: Wasser, das vom Himmel fällt. Thema des Tages, Newsletter des Deutschen Wetterdienstes (DWD) vom 28.01.2014

Erstellt am 19. Februar 2014
Zuletzt aktualisiert am 20. Februar 2014

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