Mal unsichtbar, mal weiß, mal grau

In den vergangenen Tagen haben sich Wolken oft nur als harmlose Schleier gezeigt, die den Himmel etwas milchig erscheinen ließen.

Mancherorts war es vor allem am gestrigen Sonntag aber auch wolkenlos
und die Sonne konnte von einem strahlend blauen Himmel scheinen. Der
Grundbaustein der Wolken schwirrte allerdings trotzdem zahlreich
durch die Luft - der Wasserdampf.

Wolken auf blauem Himmel pic.twitter.com/MSleeTBrCD
— Wortagent (@wortagent) 8. März 2015

Wasserdampf befindet sich überall in der Luft, ist aber sehr
inhomogen verteilt. Während an den Polen der Anteil am Luftgemisch
nur gering ist, nimmt er in Richtung Tropen deutlich zu. In der
Meteorologie bezeichnet man diesen Anteil am Gasgemisch der
Atmosphäre als Luftfeuchtigkeit. In der gasförmigen Phase kann man
Wasserdampf nicht sehen, er ist wie viele Gase unsichtbar. Trotzdem
spürt man sein Vorhandensein. 30 Grad im Sommer fühlen sich bei sehr
trockenen Luftmassen ganz anders an, als wenn es schwül und feucht
ist. Und auch winterliche Frosttemperaturen lassen sich in
Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit ganz unterschiedlich empfinden.

Es vergeht aber kaum ein Tag, an dem man das Vorkommen von
Wasserdampf in unserer Atmosphäre nicht auch sieht. Er wird immer
dann sichtbar, wenn er von der gasförmigen in die flüssige Phase
übergeht. Das können morgendliche Bodennebelfelder, dampfende Flüsse
und Seen, oder eben Wolken sein. Damit Wasserdampf in die flüssige
Phase übergeht muss die Anzahl an Wassermolekülen eine bestimmte
Konzentration aufweisen, sodass die Luft gesättigt ist. Abhängig ist
diese Anzahl von der Temperatur. So kann wärmere Luft viel mehr
Wassermoleküle aufnehmen, als kältere Luftmassen, bevor Sättigung
herrscht und die Wassermoleküle in die flüssige Phase übergehen.
Diesen Phasenübergang bezeichnet man dann als Kondensation.

Bei Nebel ist es vor allem die nächtliche Abkühlung, die zu Sättigung
und Kondensation führt. Wenn die Luft abkühlt, dann kann die Luft
immer weniger Wassermoleküle aufnehmen - die relative
Luftfeuchtigkeit nimmt also zu. Irgendwann ist die Luft so kalt, dass
die Umgebungsluft keine Moleküle weiter aufnehmen kann und damit
Sättigung herrscht - die relative Luftfeuchtigkeit liegt dann bei 100
%. Da die Abkühlung kurz über der Erdoberfläche am stärksten ist,
bildet sich in kalten Nächten häufig Bodennebel über Feldern und
Wiesen.

Damit eine Wolke als sichtbares Element des Wasserdampfes in der
Atmosphäre geboren wird, bedarf es ebenfalls einer Abkühlung der
Luftmasse. Dafür ist in aller Regel die Vertikalbewegung
verantwortlich. Darunter versteht man das Aufsteigen oder das
Absinken von Luft. Wird ein Luftpaket gehoben, dann kühlt es sich ab.
Dadurch steigt die relative Luftfeuchtigkeit an. Irgendwann ist
schließlich Sättigung erreicht und voilà, eine Wolke ist geboren.
Beim Absinken von Luft geschieht genau das Gegenteil, die Wolken
lösen sich auf.

Aber warum kann man den Wasserdampf nun plötzlich sehen? Durch die
Kondensation bilden sich kleine Wassertröpfchen, die viel größer sind
als seine Bausteine, die Wassermoleküle. Nun kommt das Sonnenlicht
mit ins Spiel. Dieses wird an den Tröpfchen gestreut. Entscheidend
ist das Größenverhältnis der Wellenlängen der verschiedenen Farben,
aus denen das Licht besteht (rot bis blau). Sind die Tröpfchen größer
als die Wellenlänge des Lichtes, dann werden alle Farben gleich stark
an Ihnen gestreut. Wolkentröpfchen haben eine Größe von 1 bis 15 µm,
während sich die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes zwischen 0.38 bis
0.78 µm bewegt, sodass diese Bedingung erfüllt ist. Dadurch
erscheinen die Wolken weiß. Diesen Prozess nennt man in der Physik
Mie-Streuung.

Nun sind Wolken aber nicht immer weiß. Entscheidend ist die Anzahl
der Wolkentröpfchen. Gibt es viele von ihnen, so wird das von der
Sonne zur Erde gelangende Licht mehrfach gestreut und nur ein
geringer Anteil erreicht den Beobachter. Dadurch erscheinen mächtige
Wolken oft grau, besonders bei Gewitterwolken fast schon beängstigend
dunkelgrau. Ein wichtiger Faktor ist außerdem, in welcher Position
man sich zur Wolke befindet und von wo die Sonne scheint. So können
auch Schattenwürfe zu einem Abdunkeln führen.

Die Wolken in ihren verschiedenen Erscheinungsformen kann man in
vielen Regionen Deutschlands übrigens auch wieder in der ersten
Wochenhälfte begutachten. Allerdings nicht in der schönen weißen
Schleierform, sondern eher als graue, tiefe Wolkenmasse.

© Deutscher Wetterdienst