Im fünften und letzten Teil der Reihe "Wasser - wichtig und spannend zugleich" schauen wir heute noch einmal auf einen Teilbereich des Wasserkreislaufs, der für die Arbeit von uns Meteorologen eine besondere Bedeutung hat: die Atmosphäre.

Der grundlegende Motor für die Prozesse in der Atmosphäre ist die Sonne, die Land und Ozeane unterschiedlich erwärmt und für die Verdunstung des Wassers sorgt, wodurch sich Wolken bilden. Die Schwerkraft führt schließlich zum Ausfallen angewachsener Wassertröpfchen. Ohne das Wasser gäbe es keine Wolken, keinen Niederschlag, also folglich auch kein Wettergeschehen auf der Erde.

Der größte Teil des verdunsteten Wassers stammt aus den riesigen Ozeanen, wohin dieses später weitgehend wieder als Niederschlag zurückfällt. Netto wird aber auch ein kleiner Teil des verdunsteten Meerwassers über Land transportiert und dort als Niederschlag ausgefällt. Insgesamt macht dies rund 35 Prozent des über Land fallenden Niederschlages aus.

Das Wasservolumen der Atmosphäre umfasst rund 12.900 Kubikkilometer, was lediglich 0,0009 Prozent des auf der Erde vorhandenen Wassers entspricht. Der Durchsatz an Wasser in der Atmosphäre ist mit rund 500.000 Kubikkilometern pro Jahr allerdings deutlich größer. In der Folge lässt sich leicht berechnen, dass das Wasser der Atmosphäre jedes Jahr rund 39-mal komplett ausgetauscht wird, also etwa alle 9 Tage. Dies hat beispielsweise auch Einfluss auf biochemische Kreisläufe. Mit den Niederschlägen werden unter anderem Gase und Aerosolpartikel ausgewaschen, die Atmosphäre reinigt sich selbstständig.

Durch die bläulich erscheinende Atmosphäre oberhalb eines Wolkenmeeres erkennt man die schwach schimmernde Mondsichel. (Quelle NASA Earth Oberservatory (https://eol.jsc.nasa.gov/SearchPhotos/photo.pl?mission=ISS013&roll=E&frame=54329))

Der größte Teil des atmosphärischen Wassers liegt in gasförmiger Form, also als Wasserdampf vor. Nur etwa 0,3 Prozent davon ist in flüssiger oder fester Form in Wolken gebunden. Allerdings ist die Verteilung rund um den Globus sehr unterschiedlich. Wärmere Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen als kalte. So kann ein Kubikmeter Luft bei 10 Grad 9 Gramm Wasser aufnehmen, die gleiche Menge Luft schafft bei 30 Grad schon etwa 30 Gramm. So ist es auch wenig verwunderlich, dass auch die Atmosphäre rund um den Äquator mehr Wasserdampf enthält als beispielsweise an den eisigen Polkappen – vorausgesetzt dieser steht auch zum Verdunsten zur Verfügung. In sehr trockenen Regionen der Erde kann der Wasserdampfgehalt trotz hoher Temperaturen gering sein. Auch in der Vertikalen ist die Verteilung des Wasserdampfes sehr unterschiedlich. Der größte Anteil befindet sich in den bodennahen Schichten der Troposphäre unterhalb von 1,5 Kilometer. In der Schicht oberhalb der Troposphäre, der sogenannten Stratosphäre, befinden sich nur noch 1 Prozent des Wasserdampfes.

Wasserdampf ist übrigens das wichtigste natürliche Treibhausgas, da er entscheidend die Strahlungsbilanz und somit auch das Klima modifiziert. Zum einen wird die von der Erde ausgehende langwellige Wärmestrahlung absorbiert und wieder in Richtung Erdoberfläche abgegeben, ein die Erdoberfläche erwärmender Effekt. Umgekehrt sorgen Wolken (mit Ausnahme hoher Wolken) wiederum für eine erhöhte Reflexion der einfallenden kurzwelligen (solaren) Strahlung in den Weltraum, wodurch die Erdoberfläche gekühlt wird. Netto wird dem Wasserdampf insgesamt eine kühlende Wirkung zugeschrieben. Einen signifikanten Anteil am anthropogenen (menschengemachten) Klimawandel besitzt das Gas jedoch nicht.

Auch der Energiehaushalt und folglich die Dynamik der Atmosphäre werden insbesondere bei den Phasenumwandlungen erheblich beeinflusst. So wird beim Übergang von Wasserdampf zu Wasser (Kondensation) latente Wärme frei. Soll dieses Wasser schließlich wieder verdampft werden (Verdunstung), wird hierfür entsprechend Wärmeenergie benötigt.

Es gäbe noch so viele verschiedene faszinierende Phänomene in der Atmosphäre, an deren Entstehung Wasserdampf beteiligt ist. Diese aber hier aufzuzählen, würde den Rahmen des Tagesthemas sprengen. Falls Sie jedoch neugierig geworden sind, stöbern Sie gerne im Themen-des-Tages-Archiv (https://www.dwd.de/DE/wetter/thema_des_tages/thema_des_tages_uebersicht_node.html). Dort werden Sie mit Sicherheit fündig.