Wo kommen die Wolken her?

Eigenschaften der Luft

Aufgabe

Wie verändert sich mit zunehmender Höhe...

1. die Lufttemperatur? Begründe!
2. der Luftdruck? Begründe!
3. die Fähigkeit der Luft, Wasserdampf zu speichern? Begründe!

Als Luft bezeichnet man das Gasgemisch der Erdatmosphäre die hauptsächlich aus den zwei Gasen besteht: Stickstoff (rund 78 Vol%) und Sauerstoff (rund 21 Vol%). Daneben gibt es noch die Komponenten Argon (0,9 Vol%), Kohlenstoffdioxid (0,04 Vol%), Wasserstoff und andere Gase in Spuren. Wasserdampf ist in wechselnden Mengen enthalten, aber in den obigen Werten nicht mitgerechnet.

Die Atmosphäre der Erde ist die gasförmige Hülle oberhalb der Erdoberfläche. Sie ist in verschiedenen Schichten aufgebaut, von denen die Troposphäre die unterste ist. In der Troposphäre sind etwa 90 Prozent der gesamten Luft sowie beinahe der gesamte Wasserdampf der Erdatmosphäre enthalten. Hier spielt sich das Wetter ab. Je weiter wir in der Atmosphäre nach oben gehen, desto geringer ist die Sauerstoffkonzentration. Der Luftdruck, der durch die Gewichtskraft der höher gelegenen Luftmassen zustande kommt, nimmt mit zunehmender Höhe ebenfalls ab.

Da die Atmosphäre den Großteil der Wärme durch Rückstrahlung von der Erde erhält, sinkt die Lufttemperatur mit jeweils 100m Höhengewinn um ca. 1°C. In der Meteorologie wird die Lufttemperatur in einer Höhe von zwei Meter in einer weiß gestrichenen, gut belüfteten Wetterhütte gemessen.
Wenn sich Luft ausdehnt (z.B. bei abnehmendem Luftdruck), kühlt sie sich ebenfalls ab. Der umgekehrte Effekt ist von der Luftpumpe bekannt (mit einem Finger zuhalten): Wenn die enthalten Luft zusammengedrückt wird, erwärmt sich die Luft.

Die Luftfeuchtigkeit bezeichnet den Anteil von Wasserdampf am Gasgemisch der Erde. Wir unterscheiden die absolute Luftfeuchtigkeit von der relativen Luftfeuchtigkeit.
Die absolute Luftfeuchtigkeit gibt an, wie viel g Wasserdampf in einem Kubikmeter Luft enthalten sind.
Je wärmer die Luft wird, desto mehr Wasserdampf kann sie speichern, desto höher kann also der Wert für die absolute Luftfeuchtigkeit steigen. Die relative Luftfeuchtigkeit gibt nun an, wie viel Prozent von diesem (temperaturabhängigen) Maximalwert die Luft tatsächlich gespeichert hat.

Entstehung von Wolken

Aufgabe

1. Erkläre, wie das Wasser in die Wolken transportiert wird!
2. Erkläre, wieso nicht alle Wolken zu Regen führen!
3. Betrachte die Grafik und notiere, welche Wolken Du wieder erkennen kannst!

Wenn Luft am Boden erwärmt wird erwärmt sie sich in Folge der geringeren Dichte (Man sagt, warme Luft ist leichter als kalte Luft). Je weiter die Luft aufsteigt, desto mehr kühlt sie ab. Solange die umgebende Luft kälter ist, steigt die Luft weiter auf.
Wenn die Luft am Boden bereits viel Feuchtigkeit gespeichert hat, erreicht sie bald eine Temperatur bei der sie mehr Feuchtigkeit gespeichert hat, als sie aufnehmen kann. Der überschüssige Wasserdampf kondensiert: Es bilden sich feine Tröpfchen bzw. Eiskristalle. Die aufsteigende Luft hält diese Tröpfchen bzw. Eiskristalle in der Höhe. Es entstehen Wolken.

Mit der Zeit werden die Tröpfchen bzw. Eiskristalle immer größer. Irgendwann genügt der Aufwind nicht mehr um die Tröpfchen zu halten - die Tröpfchen fallen herunter, es regnet.

Gewitter

Aufgabe

1. Wie kommt es zu dem starken Regen bei Gewitter?
2. Wie entsteht der Donner?
3. Wie entsteht ein Blitz?
4. Wieso kann man durch Zählen der Sekunden zwischen Blitz und Donner die Entfernung des Blitzes berechnen?

Ein Gewitter ist eine mit luftelektrischen Entladungen (Blitz und Donner) verbundene komplexe meteorologische Erscheinung. Gewitter werden in der Regel von kräftigen wolkenbruchartigen Regen- oder Hagelschauern begleitet. Vor einer Gewitterfront wehen böige Winde. Durch aufsteigende feuchtwarme Luftmassen baut sich eine große Gewitterwolke (Cumulonimbus genannt) in der höheren kälteren Atmosphäre auf. Solche aufsteigenden Luftströmungen bilden sich, wenn in einem begrenzten Gebiet eine höhere Temperatur als in der näheren Umgebung erreicht wird.

In der Gewitterwolke herrschen starke Aufwinde, die verhindern, dass kleinere Regentropfen aus der Wolke nach unten fallen. Die Regentropfen und Eiskörnchen werden dann immer wieder nach oben getragen, wo sie gefrieren und sich neues Eis anlagert. Dieser Vorgang wiederholt sich so oft, bis die Eiskörner so schwer geworden sind, dass sie von den Aufwinden nicht mehr gehalten werden können. Dann fallen entweder sehr dicke, kalte Regentropfen oder sogar Hagelkörner aus der Gewitterwolke auf die Erde.

Wenn die schnell aufsteigenden Hagelkörner an Eiskristalle reiben, findet eine Ladungstrennung statt. Diese können so groß werden, dass zwischen dem oberen Wolkenrand und dem unteren Wolkenrand eine elektrische Spannung von mehreren MV (1 Megavolt = 1 Million Volt) entsteht. Diese entlädt sich durch die feuchte Luft als elektrischer Blitz.

Der Blitz heizt die Luft "blitzschnell" auf, diese dehnt sich extrem schnell aus. Die dabei entstehenden Druckwellen durchbrechen die Schallmauer - es donnert.

Da das Licht des Blitzes praktisch sofort zu sehen ist, sich der Schall jedoch mit Schallgeschwindigkeit ausbreitet, klingt der Donner gewöhnlich erst kurz nach dem Blitz:

Der Schall breitet sich mit 343m/s aus, d.h. während Du langsam bis 3 zählst, reist der Schall 1km. Wenn Du die Sekunden zwischen Blitz und Donner zählst, und das Ergebnis durch 3 teilst, weißt Du, wie weit der Blitz entfernt war.