Wasser, das vom Himmel fällt

In den letzten Tagen hat es in weiten Teilen Deutschlands bis ins Flachland geschneit, worüber sich viele Winterfreunde gefreut haben. Weniger Freude kam vermutlich bei denjenigen auf, wo der Niederschlag als Regen auf den Boden fiel, was ja meist als "Schietwetter" empfunden wird.

Regen ist in unseren Breiten jedoch ein alltägliches Wetterelement,
2013 hat es durchschnittlich an jedem zweiten Tag (an 186 Tagen)
geregnet. Dabei variiert die Anzahl der Regentage in Deutschland
beträchtlich: Zinnwald-Georgenfeld (ein Ortsteil der Stadt Altenberg
in Sachsen) ist mit 220 Tagen der regenreichste Ort (auf den Bergen
ist zum Teil noch mehr gefallen), im regenärmsten Ort (Geisenheim in
Hessen) hat es immerhin an 157 Tagen geregnet.
Obwohl Niederschlag so alltäglich für uns ist, ist nicht allgemein
bekannt, wie Regen und Schnee physikalisch eigentlich entstehen. Mit
dem heutigen Thema des Tages soll diesbezüglich etwas Licht ins
Dunkel gebracht werden.

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Dimensionsvergleich von Kondensationskern, Wolken- und Regentropfen

Damit in Wolken Regen entstehen kann, muss die Temperatur einer
genügend feuchten Luft sinken, sodass in einem gewissen Moment (dem
sogenannten Sättigungspunkt) Kondensation erfolgt. Bei der
Kondensation bilden sich Tröpfchen, indem Wasserdampf in flüssiges
Wasser übergeht. Diesen Vorgang kann man auch gut im Badezimmer
beobachten, wenn sich die feuchte, warme Luft als Tröpfchen auf dem
Spiegel absetzt. Damit sich Wolken bilden können, braucht es aber
zusätzlich noch kleinste Partikel wie Seesalz oder Sandstaub (auch
Wolken-Kondensationskeime genannt, engl.: cloud condensation nuclei
CCN), auf die sich der Wasserdampf niederschlagen und kondensieren
kann. Diesen Vorgang bezeichnet man als heterogene Nukleation.

Die bei der Nukleation entstandenen Tropfen wachsen in einer Wolke
durch Aufnahme von weiterem Wasserdampf. Allerdings sind diese
Tropfen immer noch zu klein für Niederschlag. Erst durch die
sogenannte Koaleszenz, also wenn Tropfen miteinander kollidieren und
sich zu einem großen Tropfen vereinen, sind sie groß und schwer
genug, dass sie aus der Wolke ausfallen können. Übrigens, ab einem
Durchmesser von 0,5 mm spricht man von Regen, darunter von Niesel.

In sogenannten kalten Wolken, also in Wolken, die in ihren oberen
Teilen sehr kalt sind, werden die flüssigen Tropfen durch Aufwinde
innerhalb der Wolke in Regionen getragen, wo Vereisung stattfindet.
Die so entstandenen Eisteilchen wachsen durch Wasserdampfanlagerung,
fallen innerhalb der Wolke wieder hinunter und schmelzen. Dann werden
sie durch die Aufwinde wieder hinaufgetragen, gefrieren bei der
Kollision mit Eiskristallen und können dadurch so schwer werden, dass
sie durch die Aufwinde aus der Wolke fallen. Ist die Luft unter der
Wolke warm, schmelzen die vereisten Teilchen und am Boden kommt
kalter Regen an.
Wenn die Luft unter der Wolke nicht warm ist, schmelzen die Teilchen
nicht und fallen als Graupel oder Hagel auf den Boden.

Und wie entsteht Schnee? Schnee entsteht, wenn die oben beschriebenen
Eiskristalle durch Wasserdampfanlagerung zu Schneekristallen wachsen,
diese dann kollidieren und verklumpen. Dadurch formen sich die (in
den letzten Tagen vielerorts beobachteten) Schneeflocken. Auch wenn
flüssige Tropfen bei einer Kollision mit Eiskristallen gefrieren,
bilden sich Schneekristalle.
Übrigens entsteht nicht mehr Schnee, je kälter es wird, denn es
bedarf einer quasi-flüssigen Schicht auf den Eiskristallen, damit sie
aneinanderhaften können.

Es gibt viele verschiedene Formen von Schneekristallen: sechseckige
Platten, Säulen, Dendriten, Rosetten - welche Form sich bildet, ist
abhängig von der Temperatur und der relativen Feuchte der Luft. Und
keine Schneeflocke gleicht einer anderen!

Man sieht - Wasser fällt in unterschiedlichsten Formen vom Himmel,
wobei jeder Tropfen und jede Flocke einen ganz eigenen, aufregenden
Weg hinter sich haben, wenn sie auf dem Boden ankommen.

Dipl.-Met. Magdalena Bertelmann
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 28.01.2014

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