Wie entstehen Wolken?

    2. April 2019, 06:28
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    Ein paar Fragen und Antworten zu den weißen, manchmal bedrohlich dunklen Gebilden am Himmel

    Jeder, der schon einmal Wolken beobachtet hat, wird festgestellt haben, dass sie in scheinbar allen möglichen und schnell veränderlichen Formen vorkommen. Da gibt es weiße, graue, massive und irgendwie auch fragile Wolkengebilde. Wissen Sie eigentlich, wie Wolken entstehen? Denken Sie manchmal beim Anblick von Kondensstreifen auch an Wolken? Wir haben ein paar Fragen gesammelt und gemeinsam mit einem Experten beantwortet.

    foto: imago stock&people
    Ein spektakuläres und lange ungeklärtes Phänomen ist die Bannerwolke, die wie eine Fahne an einem Berg zu kleben scheint.

    Wie kommt es zur Bildung von Wolken?

    Sie haben an kalten Wintertagen sicher schon einmal beobachtet, dass beim Ausatmen eine Art "Dampf" aus dem Mund kommt. Das geschieht, wenn warme, feuchte Luft auf kältere trifft. Und so entstehen auch Wolken. Warme Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen als kalte. Beim Aufsteigen feuchter Luft über der Erde in höhere, kältere Schichten dehnt sie sich aus und kühlt dabei ab, womit der Wassergehalt plötzlich über der Aufnahmefähigkeit der Luft liegt. Dadurch kondensiert der Wasserdampf und geht vom gasförmigen in den flüssigen Zustand über. Dazu braucht es einen Kondensationskeim, an dem dieser Vorgang stattfinden kann. Das kann bei uns am Boden die Brille des Besuchers in der warmen Stube im Winter sein, die den Nachweis der Luftfeuchtigkeit vor Augen führt, oder eben in der Atmosphäre kleine Staubteilchen, Salzpartikel oder Pollen.

    Um diese Partikel bilden sich und wachsen winzige Wassertröpfchen. Diese streuen und reflektieren das einstrahlende Sonnenlicht gleichmäßig, sodass Wolken weiß erscheinen. Je mehr Tropfen eine Wolke enthält, desto weniger Sonnenlicht gelangt zur Erde, und die Wolke wirkt dunkler. Auch Nebel entsteht durch Kondensation von Wasserdampf an Kondensationskeimen. Zwischen Wolken und Nebel besteht also kein physikalischer Unterschied. Bei bodennahem Nebel sind die Wassertröpfchen meist kleiner als in Wolken.

    Wie ist das mit Kondensstreifen? Sind das auch Wolken?

    Hauptbestandteile der Abgase von Flugzeugen sind Wasserdampf und Kohlendioxid, dazu kommen Rußpartikel und andere Verbrennungsprodukte. Dank der Flughöhe gibt es kalte Temperaturen: So sind alle Bestandteile zur Wolkenbildung gegeben. Kondensstreifen gelten dementsprechend als künstliche Wolken und können auch bei großen Schiffen entstehen.

    Es gibt daneben noch weitere ganz alltägliche Beispiele für menschengemachte Wetterphänomene: Das nebelige Wetter um Silvester ist nicht einfach nur Rauch, sondern tatsächlicher Nebel, bei dem die Rückstände der abgebrannten Raketen als Kondensationskeime für die Wassertröpfchen dienen. Ähnlich verhält es sich bei Industrieschnee in der Nähe von Fabriken, dabei gefriert das Wasser an den Abgasen und fällt als Schnee.

    foto: apa/dpa
    Eine klassische Cumuluswolke im Vordergrund. Dahinter der Kondensstreifen eines Flugzeug, der zu den Cirruswolken gezählt wird.

    Welche Wolkenarten gibt es?

    Die große Formenvielfalt der Wolken führte dazu, dass eine wissenschaftliche Einteilung lange Zeit gar nicht erst versucht wurde. Erst im 19. Jahrhundert erschienen erste Klassifizierungen und der erste sogenannte Wolkenatlas.

    Dieser wird laufend aktualisiert und umfasst heute vier Wolkenfamilien und darin zehn Gattungen, die wiederum in verschiedene Arten und Unterarten kombiniert werden können. Anders als in der Wissenschaft sonst üblich, spielt die Entstehung der Wolke keine Rolle für die Zuweisung, sondern nur das aktuelle Aussehen. Die Einteilung in die Wolkenfamilien erfolgt anhand der Höhe in hohe, mittelhohe und tiefe Wolken sowie solche mit großer vertikaler Ausdehnung. Die bekanntesten Typen: Cumulus, Cirrus und Nimbostratus.

    foto: dpa/dpaweb
    Die meist konturlose Nimbostratuswolke gilt als die klassische Schlechtwetterwolke.

    Welche Rolle spielt die Sonnenreflexion von Wolken für das Klima?

    Die Reflexion von Sonnenlicht durch Wolken wirkt sich nicht nur spürbar auf die tägliche Lufttemperatur aus, sondern auch auf das langfristige Klima. Die Abschirmung vor der Sonne durch Wolken und Luftverschmutzung kühlt den Planeten, gleichzeitig verhindert sie die Rückstrahlung von der Erde. So führten beispielsweise Staub und Asche von großen Vulkanausbrüchen schon zu messbar kühleren Jahren.

    Dieses komplexe Zusammenspiel ist einer der zu erforschenden Faktoren des Klimawandels. Dabei ist zu bedenken, dass seit der Industriellen Revolution nicht nur Treibhausgase wie Kohlendioxid in der Atmosphäre zunehmen, sondern eben auch Staub und Abgase. Sie schirmen die Erdoberfläche selbst vor einem Teil des Sonnenlichts ab und stellen zusätzliche Kondensationskeime dar, wodurch auch die daraus entstehenden Wolken heller sind, weil die kleineren Wassertröpfchen mehr Sonnenlicht reflektieren. Es wird vermutet, dass dieser Effekt bis jetzt einen Teil der globalen Erwärmung abgefedert hat.

    Geoengineering ist ja ein großangelegter Eingriff in die Umwelt, um dem menschengemachten Klimawandel entgegenzuwirken. Kann man Wolken dafür nutzen?

    Es gibt tatsächlich Überlegungen, die bekannten Reflexionseigenschaften winziger Teilchen in der Luft als Ansatz zur Kühlung der Erde zu nutzen. Die Effekte wären verhältnismäßig einfach zu erzielen, schnell spürbar und meist schnell auch wieder umkehrbar.

    Dagegen spricht, dass eine zusätzliche Luftverschmutzung natürlich selbst Nachteile mit sich bringt, den Ursprungszustand nicht wiederherstellt, sondern dauernd angepasst werden müsste, und auch die Niederschlagsmenge insgesamt verringen könnte. Somit könnte es zu Dürren kommen, wenn durch verringerte Sonneneinstrahlung weniger Wasser verdunstet und kleinere Wolkentröpfchen bei gleichzeitig mehr Kondensationskeimen weniger leicht abgeregnet werden.

    foto: der spiegel
    Eine Titelgeschichte im "Spiegel" trug maßgeblich zur medialen Verbreitung der Themen saurer Regen und Waldsterben im deutschen Sprachraum bei.

    Saurer Regen war in den 1980er-Jahren noch vor dem Klimawandel das bestimmende Umweltthema. Wie entsteht er, und warum ist er aus den Nachrichten verschwunden?

    Natürliche Luftbestandteile wie Kohlendioxid führen dazu, dass Regen generell nicht neutral, sondern leicht sauer ist. Durch zusätzliche Verunreinigungen, vor allem Schwefeldioxid, entsteht Schwefelsäure, und der Regen wird noch stärker sauer. Stickoxide in der Atmosphäre bilden Salpetersäure und tragen ebenfalls zu saurem Regen bei. Auf dem Höhepunkt kam es dadurch besonders bei Pflanzen und Wäldern zu teils weitreichenden Schäden, aber auch Gewässer und Fische wurden beeinträchtigt.

    Seit Gegenmaßnahmen beschlossen und umgesetzt wurden, werden unvermeidbare Schwefelrückstände aus Fabriken nicht mehr in die Luft geblasen, sondern zu Gips verarbeitet. In Europa und Nordamerika konnte saurer Regen als alltägliches Problem so weitgehend gelöst werden.

    Wie wird künstlicher Regen oder Hagel erzeugt, und funktioniert das tatsächlich?

    Ein Ziel von künstlichem Regen ist, von Dürre betroffene Gebiete zu versorgen. Derzeit wird vor allem versucht, Orte zu bestimmten Zeiten niederschlagsfrei zu halten. Neben empfindlichen Weinbauregionen sollen mitunter auch Eröffnungszeremonien von Olympischen Spielen niederschlagsfrei sein. Mit dem Flugzeug ausgebrachtes Silberiodid soll Kondensationskeime liefern und zu vorzeitigem und weniger heftigem Regen oder Hagel führen. Obwohl verschiedene Methoden schon seit Jahrzehnten weltweit eingesetzt werden, wird die Wirksamkeit von Wissenschaftern immer noch kontrovers diskutiert. (Markus Plank, 2.4.2019)


    DER STANDARD besprach die Fragen mit Thomas Wostal von der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG).

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