Wolkenbildung

Wenn du morgens aus dem Fenster schaust, entscheidet der Himmel oft mit über deinen Tag. Vielleicht siehst du blauen Himmel, eine graue Decke oder einzelne weiße Haufen. Wolken wirken leicht, aber in ihnen steckt ein genauer Ablauf aus Wasser, Luft und Temperatur.

Deine Lernziele

• Du erklärst, woraus Wolken bestehen.
• Du beschreibst, warum feuchte Luft beim Aufsteigen kälter wird.
• Du erklärst, wie aus unsichtbarem Wasser sichtbare Tröpfchen werden.
• Du unterscheidest wichtige Wege, auf denen Luft nach oben gelangt.
• Du verstehst, warum aus manchen Wolken Regen, Schnee oder Hagel fällt.

Was eine Wolke wirklich ist

Eine Wolke sieht aus wie Watte, ist aber keine feste Masse. Du kannst sie dir eher wie sehr viele winzige Teilchen vorstellen, die in der Luft schweben.

Die Atmosphäre ist die Lufthülle der Erde. Eine Wolke ist eine sichtbare Ansammlung aus winzigen Wassertröpfchen, Eiskristallen oder beidem in dieser Lufthülle. Wassertröpfchen sind sehr kleine flüssige Tropfen. Eiskristalle sind winzige feste Eisstücke, die sich besonders in kalter Luft bilden.

Wichtig ist: Wasserdampf ist gasförmiges Wasser und unsichtbar. Du siehst also nicht den Wasserdampf selbst. Du siehst erst die Tröpfchen oder Eiskristalle, die aus ihm entstehen.

Definition

Eine Wolke ist eine sichtbare Ansammlung aus sehr kleinen Wassertröpfchen oder Eiskristallen in der Atmosphäre.

Beispiel

An einem kalten Tag siehst du beim Ausatmen manchmal einen hellen Schleier vor deinem Mund. Deine Atemluft enthält Feuchtigkeit. Trifft sie auf kalte Luft, entstehen winzige Tröpfchen. Bei Wolken passiert etwas Ähnliches, nur viel größer und höher am Himmel.

Merke

Wasserdampf ist unsichtbar. Eine Wolke wird sichtbar, wenn aus Wasserdampf kleine Tröpfchen oder Eiskristalle werden.

Vom Wasser zum Wasserdampf

Damit Wolken entstehen können, muss Wasser zuerst in die Luft gelangen. Die Sonne erwärmt Meere, Seen, Flüsse, feuchte Böden und Pflanzen. Dadurch kann Wasser in die Luft übergehen.

Verdunstung bedeutet: Flüssiges Wasser wird zu gasförmigem Wasser. Dieses gasförmige Wasser heißt Wasserdampf. Warme Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen als kalte Luft.

Luftfeuchtigkeit beschreibt, wie viel Wasserdampf in der Luft enthalten ist. Wenn Luft viel Wasserdampf enthält, nennt man sie feucht. Für Wolken braucht es also Feuchtigkeit in der Luft und später eine Abkühlung.

Beispiel

Nach einem Regenschauer trocknet eine Pfütze langsam. Das Wasser verschwindet nicht einfach. Ein Teil davon verdunstet und gelangt als Wasserdampf in die Luft.

Beispiel

Auch Pflanzen geben Wasser an die Luft ab. Ein Wald kann deshalb viel Feuchtigkeit in die Luft bringen. Diese Feuchtigkeit kann später an anderer Stelle zur Wolkenbildung beitragen.

Merke

Ohne Verdunstung fehlt der Luft Wasserdampf. Ohne Wasserdampf können keine normalen Wasserwolken entstehen.

Warum Luft aufsteigt und abkühlt

Jetzt kommt der wichtigste Schritt: Feuchte Luft muss abkühlen. Das passiert oft, wenn Luft nach oben steigt.

Ein Luftpaket ist eine gedachte Portion Luft, die sich bewegt. Steigt ein Luftpaket auf, gelangt es in größere Höhen. Dort ist der Luftdruck geringer. Luftdruck ist der Druck, den die Luft durch ihr Gewicht ausübt.

Wenn der Luftdruck in der Höhe geringer wird, dehnt sich das Luftpaket aus. Dabei kühlt es ab. Diese Abkühlung ohne direkten Wärmeaustausch nennt man adiabatische Abkühlung. Der Begriff klingt schwer, meint aber: Die Luft kühlt beim Aufsteigen durch Ausdehnung ab.

Luft steigt auf verschiedene Arten auf. Thermik entsteht, wenn die Sonne den Boden erwärmt und die Luft darüber nach oben steigt. Orographische Hebung bedeutet, dass Luft an einem Berg oder Gebirge nach oben gezwungen wird. Eine Front ist eine Grenze zwischen unterschiedlich warmen Luftmassen; dort wird wärmere Luft häufig angehoben.

Beispiel

Über einem aufgeheizten Schulhof erwärmt sich die Luft stärker als über einer Wiese. Die warme Luft steigt auf. Wenn sie genug Feuchtigkeit enthält und hoch genug kommt, können Haufenwolken entstehen.

Beispiel

Wind drückt feuchte Luft gegen ein Gebirge. Die Luft kann nicht durch den Berg hindurch, also steigt sie am Hang auf. In der Höhe kühlt sie ab. Deshalb bilden sich an Bergen oft Wolken.

Wenn Wasserdampf zu Tröpfchen wird

Wenn feuchte Luft abkühlt, kann sie irgendwann nicht mehr den ganzen Wasserdampf halten. Dann beginnt der Wasserdampf, sich zu kleinen Tröpfchen oder Eiskristallen zusammenzulagern.

Die Luft ist gesättigt, wenn sie bei einer bestimmten Temperatur nicht noch mehr Wasserdampf aufnehmen kann. Der Taupunkt ist genau die Temperatur, bei der diese Sättigung erreicht wird. Kühlt die Luft weiter ab, wird überschüssiger Wasserdampf zu flüssigem Wasser oder Eis.

Kondensation bedeutet: Wasserdampf wird zu flüssigem Wasser. In einer Wolke entstehen dadurch winzige Wassertröpfchen. Ist es sehr kalt, kann Wasserdampf auch direkt zu Eis werden. Das nennt man Resublimation.

Damit Tröpfchen leichter entstehen, braucht die Luft kleine Teilchen. Kondensationskerne sind winzige Partikel wie Staub, Salz, Pollen oder Ruß, an denen sich Wassermoleküle sammeln können. Ohne solche Kerne wäre Wolkenbildung in der Atmosphäre viel schwieriger.

Beispiel

Auf einem kalten Spiegel im Bad bildet sich nach dem Duschen ein feiner Wasserfilm. Warmer Wasserdampf aus der Luft trifft auf die kalte Fläche und kondensiert. In der Atmosphäre übernehmen kleine Partikel eine ähnliche Sammelstelle für Wasser.

Definition

Der Taupunkt ist die Temperatur, bei der Luft mit Wasserdampf gesättigt ist und Kondensation beginnen kann.

Definition

Kondensationskerne sind winzige Teilchen in der Luft, an denen sich Wasserdampf zu Tröpfchen anlagern kann.

Merke

Feuchte Luft plus Abkühlung bis zum Taupunkt plus Kondensationskerne ergibt die Grundidee der Wolkenbildung.

Wie aus vielen Tröpfchen eine Wolke wird

Ein einzelnes Tröpfchen macht noch keine Wolke. Erst sehr viele Tröpfchen oder Eiskristalle zusammen streuen genug Licht, sodass du die Wolke siehst.

Die meisten Wetterwolken entstehen in der Troposphäre. Das ist die untere Schicht der Atmosphäre, in der sich unser Wetter abspielt.

Die winzigen Wolkentröpfchen fallen nicht sofort zu Boden. Sie sind sehr klein und werden von Luftbewegungen getragen. Aufwinde können sie oben halten oder sogar weiter steigen lassen.

Wolken wachsen, wenn weitere feuchte Luft aufsteigt und neuer Wasserdampf kondensiert. Wolken lösen sich auf, wenn sich die Luft erwärmt oder trockener wird. Dann verdunsten die Tröpfchen wieder.

Beispiel

Eine kleine Haufenwolke an einem Sommertag kann größer werden, wenn weiterhin warme feuchte Luft aufsteigt. Hört der Nachschub auf oder wird die Luft trockener, zerfällt die Wolke langsam.

Gut zu wissen

Wolken sehen oft weiß aus, weil die vielen kleinen Tröpfchen das Sonnenlicht in viele Richtungen streuen. Dunkle Wolken enthalten häufig mehr Wasser oder sind dicker. Dann kommt weniger Licht durch.

Wenn Wasser aus Wolken fällt

Nicht jede Wolke bringt Regen. Für Niederschlag müssen Tröpfchen oder Eiskristalle groß und schwer genug werden, damit sie fallen. Niederschlag ist Wasser, das aus der Atmosphäre zum Boden gelangt, zum Beispiel als Regen, Schnee, Graupel oder Hagel.

Kleine Tröpfchen können zusammenstoßen und sich verbinden. Dieses Zusammenwachsen nennt man Koaleszenz. Werden die Tropfen groß genug, fallen sie als Regen.

In kalten Wolken wachsen oft Eiskristalle. Sie nehmen Wasserdampf auf und können mit anderen Teilchen zusammenstoßen. Fallen sie durch warme Luftschichten, schmelzen sie und kommen als Regentropfen unten an. Bleibt die Luft kalt, fällt Schnee.

Hagel entsteht in starken Gewitterwolken. Dort werden Eiskörner durch kräftige Aufwinde wiederholt nach oben getragen. Dabei friert immer neues Wasser an. So wachsen die Körner Schicht für Schicht.

Beispiel

Eine dünne Schleierwolke hoch am Himmel bringt oft keinen Regen am Boden. Eine mächtige Gewitterwolke kann dagegen starke Aufwinde, große Tropfen und Hagel enthalten.

Merke

Aus einer Wolke fällt erst Niederschlag, wenn Tröpfchen oder Eiskristalle groß genug werden und die Luftbewegung sie nicht mehr oben hält.

Wolken, Wasser und Wetter

Wolken sind ein Teil des Wasserkreislaufs. Der Wasserkreislauf beschreibt, wie Wasser auf der Erde ständig seinen Ort und seinen Zustand wechselt: Es verdunstet, bildet Wolken, fällt als Niederschlag und fließt oder versickert wieder.

Wolken transportieren Wasser über weite Strecken. Feuchtigkeit kann über dem Meer verdunsten, mit dem Wind über Land ziehen und dort als Regen fallen. Dadurch bekommen Flüsse, Böden, Pflanzen und Grundwasser neues Wasser.

Wolken beeinflussen auch die Temperatur. Tagsüber können sie Sonnenlicht abschirmen, dann bleibt es kühler. Nachts können Wolken einen Teil der Wärme zurückhalten, dann kühlt der Boden langsamer aus.

Beispiel

An einem wolkenlosen Sommertag kann sich der Boden stark aufheizen. Schiebt sich eine dichte Wolkendecke vor die Sonne, wird es oft spürbar kühler. In einer bewölkten Nacht bleibt es dagegen häufig milder als in einer klaren Nacht.

Zusammenfassung

Wolken entstehen, wenn feuchte Luft aufsteigt und abkühlt. Beim Erreichen des Taupunkts kann Wasserdampf kondensieren oder bei großer Kälte direkt zu Eiskristallen werden. Dafür helfen winzige Kondensationskerne wie Staub, Salz oder Pollen.

Eine Wolke besteht nicht aus sichtbarem Wasserdampf, sondern aus vielen kleinen Wassertröpfchen oder Eiskristallen. Luft kann durch Thermik, Berge oder Fronten aufsteigen. Wenn Tröpfchen oder Eiskristalle groß genug werden, fällt Niederschlag.

Merke

Die kurze Kette lautet: Verdunstung bringt Wasserdampf in die Luft, Hebung kühlt die Luft ab, Kondensation bildet Wolken, Wachstum der Tropfen oder Kristalle führt zu Niederschlag.