Das tägliche Rätsel - wie wird das Wetter?
Kann man den Wettervorhersagen vertrauen? Was ist ein Hochdruckgebiet? Warum ist es heute warm und morgen kalt? Wie entstehen Stürme, Regen und Gewitter? Warum verändert sich das Klima?
Die Existenz vieler Menschen hängt unmittelbar vom Wetter ab.
Die Hauptelemente von Wetter sind Sonne, Wind und Wasser.
Um das Jahr 1860 versanken viele Schiffe in Stürmen. Seemänner und ihre Unternehmungen hingen vom Wetter ab. Deshalb begann man in Frankreich Methoden zur Wettervorhersage zu entwickeln. Heute kann das Wetter von Morgen mit 80% Genauigkeit vorhergesagt werden. Das Wetter wird weltweit beobachtet. Die gemessenen Daten werden an zentrale Computer übertragen. Mit verschieden Wettermodellen wird die aktuelle Wetterlage hochgerechnet. Das Ergebnis wird in Form von Wetterkarten veröffentlicht.
Für das Wetter spielt die Sonne eine zentrale Rolle.
Die Sonne erwärmt die Erde unterschiedlich stark. Am Äquator treffen die Sonnenstrahlen fast senkrecht auf die Erde. An den Polen streifen sie die Erde nur. Die Intensität der Sonnenstrahlen nimmt mit dem Winkel zur Erde ab. In der Antarktis ist es deshalb am kältesten. Im Schatten wie im Bild durch eine Wolke ist es auch kühler.
Die von der Sonne erwärmte Luft ist leichter als kalte Luft. Die warme Luft steigt auf und kühlere Luft strömt nach. Durch Temperaturunterschiede entstehen Winde. Wenn warme Luft aufsteigt sinkt der Luftdruck am Boden. Der Wind bläst zwischen zwei Orten unterschiedlichen Luftdrucks.
Wenn die Sonne die Erde erwärmt, verdunstet Wasser aus Flüssen, Seen, Meeren und Pflanzen. Die gasförmigen Wassermoleküle werden von der warmen aufsteigenden Luft aufgenommen. Auf dem Weg der Luft nach oben nimmt die Temperatur ab. Je kälter es wird desto weniger Wasserdampf kann die Luft aufnehmen. Der Wasserdampf geht wieder in flüssigen Zustand über und ist dann als Wolke zu sehen.
Große Wassermassen haben die Fähigkeit Wärme zu speichern.
Sie sorgen für einen Temperaturausgleich. Sie verhindern große Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht. In den Wüsten haben die Meere keine Wirkung mehr. In Wüsten ist es tagsüber sehr heiß und nachts sehr kalt. In Europa mildert der warme Golfstrom, eine gewaltige Meeresströmung, das Klima in Europa. Der Golfstrom entsteht bei tropischer Wärme im Golf von Mexiko, fließt an der nordamerikanischen Ostküste entlang weiter Richtung Europa bis hin nach Island. Diese Strömung wirkt wie eine gigantische Wärmepumpe.
Hoch und Tief
In einem Hochdruckgebiet ist der Luftdruck höher ist als in seiner Umgebung. Die Luft strömt vom hohen zum tiefen Druck. Luft aus höheren Schichten strömt nach. Die absinkenden Luftmassen erwärmen sich und die Wolken lösen sich auf. Im Bereich eines Hochs ist das Wetter sonnig. Hochdruck entsteht über kalten Flächen. Die Luft bewegt sich um ein Hoch im Uhrzeigersinn.
In einem Tiefdruckgebiet ist der Luftdruck niedriger als in seiner Umgebung. Warme Luft steigt auf, der Luftdruck sinkt. Kalte Luft strömt nach. Es bilden sich Wolken. Tiefdruck entsteht über warmen Flächen. Die Luft bewegt sich um ein Tief entgegen dem Uhrzeigersinn.
Die Folgen von einem Hoch über dem Atlantik und einem Tief über Osteuropa.
Es war im Frühling. Die Luft strich um das Hoch über den Atlantik nach Norden und über Skandinavien. Von dort wehte ein kalter Nordwind über Deutschland. Über dem Polarmeer konte die warme Luft reichlich Feuchtigkeit aufnehmen. In Deutschland kam es zu starken Schneefällen. Um das Tief herum strömte die Luft über das Mittelmeer und über Osteuropa. Von dort kam ebenfalls kalte Luft nach Deutschland.
In Deutschland wurde es sehr kalt.
Die Folgen von einem Tief über dem Altantik und einem Hoch über Osteuropa.
Es war im Sommer. Die Luft strich um das Hoch über die heißen Steppen im Osten und über das warme Mittelmeer. Von dort wehte ein warmer Südwind über Deutschland. Die Luft strömte um das Tief über den Atlantik. Von dort kamen ebenfalls warme Luftmassen nach Deutschland.
In Deutschland wurde es sehr heiß.
Regen
Es gibt Regen weil durch die warmen Strahlen der Sonne Wasser verdunstet. Das Wasser wird gasförmig und von der Luft aufgenommen. Die warme Luft steigt nach oben. Die Temperatur sinkt pro Kilometer um ca. 6 Grad Celsius. Je kälter es wird, desto weniger Wasserdampf kann in der Luft gelöst bleiben. Der Wasserdampf geht wieder in den flüssigen Zustand über: Eine Wolke entsteht. Die Tröpfchen in der Wolke sind so klein und leicht, dass sie von der Luft gehalten werden. Sie verbinden sich nicht zu schweren Regentropfen weil die Oberflächenspannung relativ groß ist. Die Wolken steigen auf bis die Wolkentröpfchen in den eiskalten Höhen über minus 20 Grad gefrieren. Es entstehen kleinste Eiskristalle an die sich weitere Tröpfchen anpappen. Erst der Umweg über die Eisphase ermöglicht das Abregnen der Wolke. Die Graupelkörner schmelzen auf dem Weg zur Erde wieder sobald die Temperatur über Null Grad ansteigt.
Sturm
Der Wind wird zum Sturm wenn die Windgeschwindigkeit höher als 20 m pro Sekunde ist. Schwere Stürme heißen Orkane. Sie fegen mit mehr als 30 m pro Sekunde übers Land. Orkane entstehen aus dem Kampf kontinentaler und maritimer Luftmassen in den Tropen. In Japan gibt es Taifune, in Nordamerika die Tornados, in Mittelamerika und im Atlantik die Hurrikans. Ihnen allen ist gemein, dass sie sich wirbelartig fortbewegen - es sind Wirbelstürme. Die Luftmassen setzen sich durch sehr starke Temperatur- und Druckunterschiede in Bewegung. In ihren Wirbeln ziehen sie durch die Sogwirkung über dem Meer Wassermassen, über Land Sand in sich hoch. Tornados erreichen Windgeschwindigkeiten von mehreren 100 km pro Stunde. In ihren Rüsseln rotiert die Luft mit unvorstellbarem Tempo. Sie zerstören alles, was sich ihnen in den Weg stellt.
Gewitter
Gewitter entstehen wenn feuchte Warmluft schnell aufsteigt. Aufwinde mit 30 m pro Sekunde erreichen Höhen von mehr als zehn Kilometer. Die feuchte Warmluft kühlt ab, es entstehen Gewitterwolken. Das Wasser in den Wolken wird zu Eis. Es kommt zu einer elektrischen Entladungen in Form von Blitzen denen ein Donner folgt. Die Druckwelle breitet sich mit Schallgeschwindigkeit (330m /sec) aus. Die Sekundenzahl zwischen Blitz und Donner geteilt durch drei ergibt die Distanz in Kilometern zum Gewitter. Mit Gewittern sind starke Niederschläge (Wolkenbrüche) mit Hagel und starken Windböen verbunden.
Klima
Vor 100 Jahren war es im Durchschnitt ca. 0,8 Grad kälter als im Jahr 2000. Bis zum Jahre 2100 kann die durchschnittliche Temperatur weiter um drei bis fünf Grad steigen. Ursache dafür sind Treibhausgase. Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe (Kohle, Öl) wird Kohlendioxid CO² frei. Durch Stickstoffdüngung entweicht Lachgas in die Atmosphäre. Der zunehmende Verkehr gilt als der Hauptverursacher der Stickoxide. Der jährliche Ausstoß an klimaschädlichem CO² beträgt in Deutschland ca. 500 Millionen Tonnen. Die USA und China sind die größten Verursacher von Treibhausgasen. Zerstörung von Natur, das Abholzen der Regenwälder, verstärken den Klimawandel. Aus den Böden der gerodeten Wälder entweichen große Mengen an gespeichertem CO² in die Atmosphäre. Die Industrieländer bemühen sich den Ausstoß von Treibhausgasen zu reduzieren. Die USA jedoch lehnt das Kyoto Protokoll ab, obwohl bekannt ist das ein Klimawandel die Lebensgrundlagen von Menschen, Tieren und Pflanzen erschüttern kann. Der Klimawandel kann verheerende Folgen für die Menschen, die Wirtschaft und die Natur haben.
Ein Regenbogen beflügelt die Fantasie. Man möchte zum Ende des Regenbogens gehen, aber dort ist noch keiner angekommen. Wenn man einen schönen Regenbogen sieht hat man die Sonne im Rücken. Die Sonne bescheint eine Regenwand mit vielen Wassertropfen. Die Wassertropfen brechen das Sonnenlicht beim Eintritt und beim Austritt und reflektieren das Sonnenlicht zurück. Einen Regenbogen kann man selber erzeugen mit dem Sprühnebel eines Gartenschlauchs.
Warum sieht man Farben im Regenbogen?
Der Regenbogen ist an der Außenseite rot, darauf folgt Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett mit fließenden Übergängen. Die Farben des Regenbogens entstehen durch die Brechung des Sonnenlichts in den Wassertropfen. Im Sonnenlicht sind unterschiedliche Wellenlängen des Lichts vorhanden. Je nach Wellenlänge und damit ihrer Ausbreitungsgeschwindigkeit wird das Sonnenlicht unterschiedlich stark gebrochen. Das rote Licht an der Außenseite des Regenbogens wird in einem Winkel von 42° abgelenkt. Das blaue Licht am inneren Rand des Regenbogens wird in den Wassertropfen in einem Winkel von 40,2° abgelenkt. Weil die Zahl der Regentropfen riesig ist entstehen farbige Streifen. Wenn man einen Lichtstrahl auf ein Prisma richtet geschieht das gleiche wie in Wassertropfen. Die Brechung des Lichts kann man mit Formeln berechnen.
Warum ist ein Regenbogen kreisbogenförmig?
Die Umlenkung der Lichtstrahlen durch jeden Wassertropfen ergibt ein kreisförmiges Band. Der Beobachter befindet sich in der Spitze eines gedachten Kegels. Die Achse des Kegels verläuft von der Sonne durch den Beobachter zum Zentrum des Regenbogens. Das Licht in einem Wassertropfen konzentriert sich in einem Kegelmantel.
Atmosphäre
Die Atmosphäre umhüllt die Erde - so wie die Schale einen Apfel umhüllt. Sie ist lebenswichtig für uns. Die Atmosphäre besteht aus 78 Prozent Stickstoff, 21 Prozent Sauerstoff und 1 Prozent Gasen. Der Ausstoß von Kohlendioxid erhöht den Anteil an Gasen. Das hat Veränderungen zur Folge. Das Wetter braut sich in der unteren Schicht der Atmosphäre zusammen. Langstreckenflugzeuge haben ihre Reisehöhe über dem oft turbulenten Wettergeschehen. In Höhen zwischen 10 und 12 km fliegt man ruhig und kann von oben auf das Wetterspektakel blicken. Die atmosphärische Wetterschicht ist wie ein geschlossenes System, in dem alles miteinander zusammenhängt. Jeder Faktor beeinflusst einen anderen.
Kleine Ursachen können große Wirkungen haben.
Das macht die Wettervorhersage so schwierig.
Gewitter entstehen wenn feuchte Warmluft schnell aufsteigt. Aufwinde mit 30 m pro Sekunde erreichen Höhen von mehr als zehn Kilometer. Die feuchte Warmluft kühlt ab, es entstehen Gewitterwolken. Das Wasser in den Wolken wird zu Eis. Es kommt zu einer elektrischen Entladungen in Form von Blitzen denen ein Donner folgt. Die Druckwelle breitet sich mit Schallgeschwindigkeit (330m /sec) aus. Die Sekundenzahl zwischen Blitz und Donner geteilt durch drei ergibt die Distanz in Kilometern zum Gewitter. Mit Gewittern sind starke Niederschläge (Wolkenbrüche) mit Hagel und starken Windböen verbunden.