Besonderheiten von Wolken

Besondere Eigenschaften der Wolken

Im Basis-Teil haben wir die verschiedenen Klassen von Wolken erklärt. Wolken werden in vier Gruppen unterschieden, abhängig von der Höhe der Wolkenbasis und ihrer Dicke. Hier werden wir nun auf kleinerer Skala einen Blick in die Wolke hineinwerfen und ihre Eigenschaften betrachten.

Die verschiedenen Wolkentypen und ihre Niederschläge: ein Überblick

Die Troposphäre, der untere Teil der Atmosphäre, in dem Leben möglich ist, kann gedanklich in drei Ebenen unterschieden werden: eine niedrige Ebene, eine mittlere Ebene und eine hohe Ebene. Diese Ebenen sind grob definiert und hängen von der jeweiligen geographischen Breite ab. In Mitteleuropa finden wir niedrige Wolken in Höhen bis zu 2 km, während mittlere Wolken bis zu 6 km hoch reichen. Die höchsten Wolken ragen in bis zu 12 km hinauf.

1. Die verschiedenen Wolken in der Troposphäre. St: stratus, Sc: stratocumulus, Nb: nimbostratus; Ac: altocumulus, As: altostratus; Ci: cirrus, Cs: cirrostratus, Cc: cirrocumulus; Cu: cumulus, Cb: cumulonimbus.
Bild-Autor: J. Gourdeau. Bitte zum Vergrößern anklicken! (75 K).

Manche Wolken führen zu Regen, andere nicht. Nur Stratus-Wolken können zu Niesel führen, während Hagel nur aus Cumulonimbus-Wolken kommen kann. Hohe Wolken wie Altocumulus regnen fast nie. Vergleiche die Tabelle rechts für weitere Details über den mit Wolkentypen verbundenen Niederschlag.

As Ns Cs St Cu Cb
Regen + + + + +
Niesel +
Schnee + + + +
Hagel +

Hohe Wolken: die Eiskristalle

Die höchsten Wolken, wie z.B. die Cirrus, bestehen eher aus feinen Eiskristallen denn aus flüssigen Tröpfchen. Ein typischer kleiner Schnee-Kristall mag zwischen 1016 und 1018 Wassermoleküle enthalten. Wenn auch nicht alle Schneekristalle vergleichbar sind, so gibt es doch mehrere Grundtypen von Kristallen. Die Kristallform hängt hauptsächlich von der Temperatur ab, wie in Diagramm 2 gezeigt.

2. Die verschiedenen Gestalten von Eiskristallen entsprechend ihrer Temperatur und Übersättigung.
Quelle: www.snowcrystals.com.
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Schneeflocken sind nichts anderes, als Zusammenballungen von Eiskristallen. Solange die Schneeflocke nicht durch eine warme Luftschicht fällt, die sie schmelzen lässt, bleibt sie intakt und erreicht den Erdboden in Form von Schnee. Wenngleich sie nur aus Eiskristallen bestehen, so erzeugen hohe Wolken doch niemals Schnee, da ihre Kristalle zu fein sind, um zu Niederschlag zu führen. Den Weltrekord an Schneefall während eines Tages hält der Silbersee (Silver Lake) in Colorado mit 192 cm am 15. April 1921.

3. Source: M. Ruinart,
http://www.sweetheartscrew.com

Niedrige Wolken: Stratus, Stratocumulus und Nimbostratus ... und Nebel

Atmosphärische Wolken bilden sich in den niedrigen Schichten als Folge der Kondensation von Wasserdampf in flüssigen Wolkentropfen. Stratus-Wolken bilden sich in einer Schicht in Bodennähe, die typischerweise nur einige hundert Meter dick ist. Nur solche Stratus-Wolken erzeugen Nieselregen, der aus Wassertropfen von weniger als 0,5 mm Durchmesser besteht. Sie fallen so langsam, dass es scheint, als würden sie in der Luft schweben.

Cumulonimbus und Gewitter

Im Sommer wird die untere Atmosphäre an Tagen mit lang anhaltender Hitze warm und feucht, während die obere Atmosphäre deutlich kälter bleibt. Die Atmosphäre ist instabil. Konvektion treibt die Luft dazu, vom Boden aufzusteigen und in Wassertropfen zu kondensieren. Bei der Kondensation wird latente Wärme frei, die die Konvektion weiter beschleunigt und eine sich auftürmende Cumulonimbus-Wolke wird gebildet. Sie kann innerhalb von 30 min eine Höhe von 15 km erreichen, wobei Millionen Tonnen von Wasser in die Höhe transportiert werden.

Der Mechanismus von Blitzen ist noch nicht gut verstanden. Wassertropfen, Eiskristalle und Hagelkörner innerhalb der Cumulonimbus-Wolke kollidieren auf Grund der starken Luftströmungen. Die Reibung erzeugt elektrische Ladungen. Positive Ladungen bilden sich an der Wolkenoberseite und negative an der Unterseite. Der Erdboden unter der Wolke ist positiv geladen. Die Ladungsdifferenz (= Spannung) baut sich immer weiter auf, bis ein Blitz über die Lücke springt. Die in einer Cumulonimbus-Wolke gespeicherte Energie ist so groß, dass sie einer kleinen Atombombe gleicht.

4.  Schema der elektrischen Ladungsverteilung in einer Gewitterwolke.
Bild: J. Gourdeau.

Blitze, die mit einer Geschwindigkeit von 40.000 km pro Sekunde durch die Luft schießen, können 100 Millionen Volt an Spannung erzeugen und der Blitzkanal wird auf bis zu 30.000°C aufgeheizt. Diese Temperatur ist so hoch, dass sich die Luft sehr heftig ausdehnt, ähnlich wie Popkorn, und Schallwellen erzeugt, die wir als Donner bezeichnen.

5. Blitze, die während eines nächtlichen Gewitters beobachtet wurden. Quelle: NOAA

Last modified: Tuesday, 18 September 2018, 11:36 PM