Im letzten Thema des Tages zur Geschichte der Meteorologie wurde die Entwicklung der Meteorologie Ende des 18. Jahrhunderts beschrieben. Zeitlich rücken wir kaum vor. Neben weiteren Beiträgen zur allgemeinen Meteorologie richtet sich der Blick auf meteorologische Erkenntnisse aus verschiedenen Expeditionsreisen sowie allgemeinen frühen Wetterbeobachtungen.

Starten wir zunächst mit einem Nachtrag. Der preußische Theologe und Naturforscher Gottlob Burchard Genzmer (1716–1771) wurde 1764 Augenzeuge eines verheerenden Tornados in der Region Woldegk im Südosten von Mecklenburg. Er beschrieb dessen Auswirkungen in seiner 1765 erschienenen Publikation „Umständliche und zuverläßige Beschreibung des Orcans, welcher den 29ten Jun. 1764. einen Strich von etlichen Meilen im Stargardischen Kreise des Herzogthums Mecklenburg gewaltig verwüstet hat.“

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Titelblatt des Buchs Umständliche und zuverläßige Beschreibung des Orcans, welcher den 29ten Jun. 1764. einen Strich von etlichen Meilen im Stargardischen Kreise des Herzogthums Mecklenburg gewaltig verwüstet hat (Tornado von Woldegk), 1765, Quelle: Digitalisierungszentrum der Niedersächsischen Staats- und Universitätsbibliothek Göttingen, über Wikimedia Commons

Nachfolgend werden die meteorologischen Erkenntnissen aus verschiedenen Expeditionsreisen geschildert.

Der britische Seefahrer, Kartograph und Entdecker James Cook (1728–1779) unternahm Reisen in den Pazifischen Ozean. Er führte Beobachtungen in einer Vielzahl wissenschaftlicher Disziplinen von der Ethnologie und Anthropologie über die Botanik und Biologie bis hin zur Glaziologie und Meteorologie durch. Cooks Schiffe machten 1773 die ersten dokumentierten Beobachtungen der Aurora australis.

Der französische Offizier und Entdecker Louis-Antoine de Bougainville (1729–1811) leitete von 1766 bis 1769 die erste französische Weltumsegelung mit zwei Schiffen, der Boudeuse und der Étoile. Die Expedition war eine der ersten großen See-Expeditionen, die eine wissenschaftliche Komponente aufwies. Die Logbücher seiner Weltumsegelung enthielten astronomische, meteorologische, hydrographische und navigatorische Aufzeichnungen, beispielsweise während seines Aufenthalts in der Magellanstraße, die Feuerland vom südamerikanischen Festland trennt.

Der britische Mathematiker und Astronom William Wales (um 1734–1798) führte vor und während einer Astronomie-Expedition 1768 bis 1769 bei Churchill an der Küste der Hudson Bay im Winter meteorologische Aufzeichnungen durch. Er war der erste Wissenschaftler im Winter an der Hudson Bay und der Erste, der regelmäßige Wetterbeobachtungen in Kanada leistete.

Der Naturforscher und Ethnologe Georg Forster (1754–1794) aus Polnisch-Preußen war Teilnehmer der zweiten Expedition von Cook von 1772 bis 1775. Die Expedition besuchte Australien, dessen Klima Forster 1786 in seinem Buch „Neuholland und die britische Kolonie in Botany Bay“ beschrieb und mit dem Südafrikas verglich: „Aus den oben genannten Breitengraden lässt sich ersehen, dass dieses Land in günstigen Klimazonen liegt. Seine nördlichen Gebiete, die 12 Grad innerhalb der Tropen liegen und somit den direkten Sonnenstrahlen ausgesetzt sind, leiden gelegentlich unter übermäßiger Hitze; doch jenseits des südlichen Wendekreises bis zum 43. südlichen Breitengrad ist das Klima gemäßigt und lässt sich beispielsweise mit dem Kap der Guten Hoffnung vergleichen. Selbst der südlichste Punkt von Van-Diemen-Land [Tasmanien], der ganze 9 Grad weiter südlich liegt als das afrikanische Kap, scheint in gleichem Maße begünstigt zu sein, wahrscheinlich weil es dort keine schneebedeckten Berge gibt wie jene, die nördlich des Kaps liegen und die die Atmosphäre abkühlen und dem Wind eine durchdringende Schärfe verleihen.“ Forster wies zudem auf die allgemeinen klimatologischen Grundsätze hin, wonach die westlichen Grenzen der Kontinente in den gemäßigten Breiten stets wärmer sind als die entsprechenden Breitengrade ihrer östlichen Grenzen, und dass die Temperaturen in Meeresnähe milder sind als im Inneren der Kontinente.

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Relief Gedenktafel für Georg Forster an seinem Wohnhaus in Mainz, Irmgard Biernath (1905-1998), Quelle: Dierk Schaefer, über Wikimedia Commons

Der französische Mathematiker und Physiker Gaspard Monge (1746–1818) untersuchte während der Teilnahme an einem Feldzug in Unterägypten 1798 die physikalischen Ursachen einer Fata Morgana, einer Luftspiegelung, in der Wüste. Er erklärte, dass diese mit der Schicht überhitzter Luft nahe der Wüstenoberfläche zusammenhingen: Die Grenze zwischen dieser Luft und der kühleren, dichteren Luft direkt darüber bewirkt, dass sich die Lichtstrahlen vom Himmel nach oben und in das Auge des Betrachters krümmen, anstatt sich geradlinig fortzubewegen und auf den Sand zu treffen. Dies erzeugt die Illusion von Wasser in der Ferne (der Betrachter interpretiert das Licht als Wasser auf dem Sand). Monges Abhandlung, in der er dieses Phänomen erklärte, erschien 1800 in den „Mémoires sur l'Égypte“ des Ägyptischen Instituts.

Neben Expeditionen wurden Wetterbeobachtungen wichtiger.

Der erste US-amerikanische Präsident George Washington (1732–1799) aus der Kolonie Virginia hinterließ ein gewaltiges Werk von 36 Tagebuchbänden. Diese enthalten zahlreiche Wetterbeobachtungen und Kommentare zum Wetter – ein Thema, das ihn offenbar faszinierte, wahrscheinlich aufgrund seines ländlichen Hintergrunds aus der Landwirtschaft.

Die Royal Society begann 1774 mit zweimal täglichen Beobachtungen, die von dem britischen Theologen und Bischof Samuel Horsley (1733–1806) zusammengestellt wurden. Ziel der Beobachtungen war die Untersuchung der Einflüsse von Winden und des Mondes auf die Barometerwerte.

Die beiden Gründerväter und Präsidenten der Vereinigten Staaten Thomas Jefferson (1743–1826) und James Madison (1751–1836), beide aus der Kolonie Virginia, interessierten sich für die Meteorologie. Ihr Interesse war auch auf ihren Antrieb zurückzuführen, die vom französischen Naturforscher Buffon veröffentlichte Behauptung zu widerlegen, die amerikanische Natur sei der europäischen aufgrund eines angeblich minderwertigen Klimas in gewisser Weise unterlegen (siehe Teil 9 der Serie Geschichte der Meteorologie). Von 1772 bis 1778 führte Jefferson in seinem Haus in Monticello regelmäßig Wetterbeobachtungen durch. In den Jahren 1777 und 1778 arbeiteten Jefferson und Madison zusammen und führten die ersten bekannten gleichzeitigen Wetterbeobachtungen in Amerika durch. Jefferson interessierte sich auch dafür, wie das Wetter, und insbesondere extreme Wetterereignisse, das Leben der Menschen und die Gesellschaft beeinflussen könnten.

Die nachfolgenden Persönlichkeiten lieferten allgemeine Beiträge zur Meteorologie.

Der kurhannöversch-britische Astronom Friedrich Wilhelm Herschel oder William Herschel (1738–1822) interessierte sich auch für das Klima. Er stellte Hypothesen über physikalische Prozesse auf, die das Klima beeinflussen könnten, wie beispielsweise eine Abkühlung durch Vulkan- oder Meteoritenstaubschleier in der Atmosphäre oder eine Erwärmung durch erhöhte Sonnenaktivität. Herschel legte seinen Fokus auf die Auswirkungen der Sonne und stellte fest, dass in Jahren, in denen viele Sonnenflecken auf der Sonnenoberfläche auftraten, oft reichhaltige Weizenernten zu verzeichnen waren. Herschel veröffentlichte zwischen 1780 und 1801 einige Artikel über mögliche Auswirkungen der Sonne auf das Klima in den „Philosophical Transactions of the Royal Society“. Der Artikel von 1801 warf die Frage auf, ob ein Zusammenhang zwischen der Sonnenaktivität (dargestellt durch das Auftreten von Sonnenflecken) und dem Getreidepreis festgestellt werden könne. Herschel konnte allerdings darauf keine schlüssige Antwort geben. In der Astronomie ist Herschel als Entdecker des Planeten Uranus bekannt.

Der Naturforscher und Bergsteiger Horace Bénédict de Saussure (1740–1799) aus der Alten Eidgenossenschaft untersuchte eingehend die Geologie, Chemie und Meteorologie der Alpen. Er war der Ansicht, dass Wetterbeobachtungen in großen Höhen in den Bergen für die Meteorologie von großer Bedeutung sein könnten, und führte sorgfältige Messungen von Luftdruck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit in verschiedenen Höhen durch. Er nahm sogar Barometer und Thermometer mit auf einige Berggipfel. Auf dem Gipfel des Mont Blanc stellte er beispielsweise 1787 fest, dass der Luftdruck einen Wert von „16 Zoll und eine Linie“ aufwies. Er maß zudem die Zusammensetzung und Transparenz der Luft in verschiedenen Höhen sowie die Stärke der Sonneneinstrahlung. De Saussure entwickelte viele der Instrumente, die er für seine Beobachtungen verwendete. Er baute ein Cyanometer zur Messung des Blauanteils des Himmels und ein Diaphanometer zur Beurteilung der Klarheit der Atmosphäre. Er tüftelte an Windmessern herum und passte Thermometer an, um andere Temperaturen als die übliche Lufttemperatur zu messen. Beispielsweise steckte er den Thermometerkolben in ein Stück nassen Schwamm und schwang das Thermometer dann schnell hin und her, sodass es sich im Kreis drehte. In der modernen Terminologie ist dieses Instrument als Feuchtkugelthermometer oder Psychrometer bekannt. Es misst die Feuchtkugeltemperatur, die in Kombination mit der Trockenkugeltemperatur (der üblichen Lufttemperaturmessung mit einem Thermometer, dessen Kugel nicht befeuchtet ist) zur Berechnung der relativen Luftfeuchtigkeit und des Taupunkts der Luft verwendet werden kann. De Saussure maß auch Temperaturwerte im Boden bis zu den größten Tiefen, in die er seine Thermometerstäbe treiben konnte. Er zeigte, dass die Sommerhitze sechs Monate brauchte, um eine Tiefe von 30 Fuß (9 m) im Boden zu erreichen. Er maß auch Wassertemperaturen und zeigte, dass das Wasser am Grund tiefer Seen kalt ist und sich seine Temperatur im Laufe der vier Jahreszeiten kaum verändert. Diese Messungen wurden durch eine neuartige Erfindung ermöglicht: Er verwendete Thermometer, die in isolierendes Material eingewickelt waren, sodass sich der im Boden oder See gemessene Wert kaum veränderte, wenn das Instrument an die Oberfläche gehoben wurde. De Saussure befasste sich auch mit Niederschlägen und schätzte deren Auswirkungen auf Bäche, Flüsse, Seen und Gletscher. Aufgrund seiner Arbeiten auf dem Gebiet der Hygrometrie war de Saussure der Erste, der nachwies, dass sich Luft bei steigendem Feuchtigkeitsgehalt ausdehnt und ihre Dichte abnimmt. Er experimentierte nicht nur mit einem Feuchtthermometer, sondern testete auch verschiedene Arten von Hygrometern. Diese Forschungen gipfelten um 1775 in seiner Erfindung des Haarhygrometers. In seinem 1783 veröffentlichten Buch „Essais sur l'Hygrométrie“ erörterte er die allgemeinen Prinzipien der Hygrometrie, stellte die Ergebnisse seiner Experimente mit verschiedenen Hygrometern vor und beschrieb sein Haarhygrometer.

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Haarhygrometer nach Horace Bénédict de Saussure, 19. Jahrhundert, Quelle: Wikimedia Commons

Außerdem ging er auf die Prinzipien der Verdunstung ein und stellte einige meteorologische Anwendungen seiner Forschung vor. De Saussure experimentierte zudem mit einem isolierten Kasten, der mit drei Glasschichten abgedeckt war, und stellte fest, dass die durch das Glas einfallende Sonnenenergie den Kasten erwärmte. Damit entwickelte er einen frühen Solarofen. De Saussure beschäftigte sich auch mit der atmosphärischen Elektrizität. Anhand von Messungen, die zwischen 1785 und 1788 durchgeführt wurden, stellte er tageszeitliche Schwankungen der atmosphärischen Elektrizität fest.

Der Wissenschaftler Georg Christoph Lichtenberg (1742–1799) aus Hessen lehrte der an der Universität Göttingen und entwickelte sich zu einem führenden Experten der deutschen Staaten auf vielen wissenschaftlichen Gebieten, darunter Chemie, Geodäsie, Geologie, Physik, Meteorologie und Astronomie. In der Meteorologie beschäftigte er sich mit der Gewitterelektrizität.

Der französische Botaniker, Zoologe und Naturwissenschaftler Jean-Baptiste de Lamarck (1744–1829) war der Ansicht, dass das Klima zwangsläufig das Tierleben beeinflusse und daher einer der wichtigsten Umweltfaktoren im Evolutionsprozess sein müsse. Er vermutete, dass Veränderungen in der Atmosphäre auf atmosphärische Gezeiteneffekte zurückzuführen seien, die von Sonne und Mond verursacht würden. Er glaubte, dass die Gesamttiefe der Atmosphäre im Bereich von 66 bis 80 km lag, und stellte fest, dass Wolken, Winde, Regen, Gewitter, Nebel, Hagel und alle anderen gewöhnlichen Wetterphänomene auf den untersten Teil der Atmosphäre beschränkt waren (eine Schicht, deren Tiefe er auf etwa 10 km schätzte, die „Troposphäre“ in der heutigen Terminologie). Lamarck stellte 1802 in Band 3 im „Annuaire météorologique“ und in einem Aufsatz mit dem Titel „Über Wolkenformen“ das erste System zur Wolkenklassifikation vor. Er schlug zunächst fünf Wolkentypen vor, die „mit allgemein feststellbaren Ursachen zusammenhängen“: dunstige Wolken (en forme de voile); zusammengeballte Wolken (attroupés); fleckige Wolken (pommelés); besenartige Wolken (en balayeurs); gruppierte Wolken (groupés). Im „Annuaire“ von 1805 schlug er eine detailliertere Klassifizierung vor: 12 verschiedene Kategorien und insgesamt 20 verschiedene Wolkentypen. Im „Annuaire“ von 1807 schlug Lamarck die Einrichtung eines französischen zentralen Wetterdienstes vor, der Daten von verschiedenen Observatorien sammeln und diese zur Erstellung von Wettervorhersagen nutzen sollte.

Der Bergkommissarius Gottfried Erich Rosenthal (1745–1813) aus der Freien Reichsstadt Nordhausen (heute Thüringen) war ein Pionier der Meteorologie. 1780 erstieg er den Gipfel des Brocken, um mit einem Barometer Experimente durchführen zu können. Er erkannte die Möglichkeiten der barometrischen Höhenmessung und verbesserte so Landkarten und Nivellierpläne ausgewählter Orte.

Der Dichter, Politiker und Naturforscher Johann Wolfgang von Goethe (1749–1832) aus der Freien Reichsstadt Frankfurt interessierte sich auch für Meteorologie. Er richtete 1775 eine erste Wetterstation im Herzogtum Weimar ein. Auf seinen Reisen durch Europa entdeckte Goethe ein einfaches Wasserbarometer, das als Wetterglas bekannt war, und führte es in den deutschsprachigen Ländern ein. Durch seine Förderung wurde das Instrument mit ihm in Verbindung gebracht und in Europa als Goethe-Barometer bekannt. Goethe war auch fasziniert von Wolken. Sein Gedicht „Ehrengedächtnis“ besteht aus den Strophen „Stratus“, „Cumulus“, „Cirrus“ und „Nimbus“, welche Bezeichnungen der heute gültigen Wolkenklassifikation darstellen.

Der Name des französischen Mathematikers und Astronomen Pierre-Simon Laplace (1749–1827) steht für eine bestimmte mathematische Funktion, die heute in der Meteorologie weit verbreitet ist: den „Laplace-Operator“. Laplace leitete aus Messungen verschiedener Ballonaufstiege eine hypsometrische Gleichung ab (eine Gleichung, die den Luftdruck mit der geometrischen Höhe in Beziehung setzt, wobei die Profile der Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit bekannt sind).

Der Lexikograph und Publizist Noah Webster (1758–1843) aus Neuengland kritisierte in seinem Aufsatz „On the Supposed Change in the Temperature of Winter“ (Über die vermeintliche Veränderung der Wintertemperatur) aus dem Jahr 1799 die damals in Amerika und Europa verbreitete Meinung, dass das Klima, insbesondere im Winter, wärmer geworden sei. Er argumentierte, dass „wir keinen Grund haben anzunehmen, dass sich die Neigung der Erdachse zur Ebene ihrer Umlaufbahn jemals verändert hat; es gibt jedoch starke Beweise für das Gegenteil. Wenn diese Neigung immer gleich geblieben ist, folgt daraus, dass die Menge der Sonnenstrahlen, die jährlich auf das jeweilige Land fällt, immer gleich gewesen sein muss. Würden wir diese Daten akzeptieren, müssten wir zu dem Schluss kommen, dass die allgemeine Temperatur jedes Klimas seit der Schöpfung bis zum heutigen Tag gleich geblieben ist, abgesehen von kleinen jährlichen Schwankungen, die auf die Positionen der Planeten im Verhältnis zur Erde oder auf die Wirkungen des Elements Feuer im Erdball und seiner Atmosphäre zurückzuführen sind“. Webster konnte nicht wissen, dass Schwankungen der Umlaufbahnparameter der Erde, die mit Klimaveränderungen zusammenhängen, tatsächlich über verschiedene Zeitskalen hinweg auftreten. Webster war jedoch der Ansicht, dass das Klima zumindest unbeständiger geworden sei und sich insbesondere als Reaktion auf landwirtschaftliche Bewirtschaftung verändern könne.

Der britische Naturforscher und Chemiker John Dalton (1766–1844) entwickelte um 1803 die erste brauchbare Atomtheorie der Materie. Er war schon früh von der Meteorologie fasziniert, führte Wetterbeobachtungen durch und legte sein ganzes Leben lang ein meteorologisches Tagebuch an. Am Ende seines Lebens umfasste dieses rund 200.000 Beobachtungen. Dalton hielt Vorträge vor der Manchester Literary and Philosophical Society zu Themen wie allgemeiner Meteorologie (z. B. Niederschlag, Tau, Verdunstung, Wolkenbildung, Verteilung und Beschaffenheit der Luftfeuchtigkeit, das Konzept des Taupunkts), der Aurora borealis und meteorologischen Instrumenten (Barometer, Thermometer und Hygrometer). In einem dieser Vorträge skizzierte Dalton 1799 den zunehmend verbreiteten Einsatz von Regenmessern in England und präsentierte Niederschlagsdaten für verschiedene Orte, wobei er darauf achtete, die Grafschaften in Binnen- und Küstengebiete zu unterteilen. Er kam zu dem Schluss, dass die Binnenlandgrafschaften weniger Regen haben als diejenigen in Meeresnähe, insbesondere im Westen Englands. Er schätzte zudem die jährliche Wassermenge, die aus den Flüssen Englands und Wales ins Meer fließt, sowie die Menge an Tau, die sich auf dem Boden absetzt. Daltons Interesse an der Meteorologie förderte seine Arbeit an Gasen. Im Jahr 1801 formulierte er sein Gesetz der Partialdrücke, das als „Dalton-Gesetz“ bekannt wurde: Der Gesamtdruck, den ein Gasgemisch ausübt, ist gleich der Summe der Drücke, die die einzelnen Gase ausüben würden, wenn sie dasselbe Volumen einnehmen würden. Er veröffentlichte dieses Ergebnis in einer Abhandlung 1802. In diesem Artikel stellte er auch einen Zusammenhang zwischen Dampfdruck und Temperatur her. Schon in seiner Jugend war Dalton von der Aurora borealis fasziniert, die er als Junge erstmals in den Regionen Kendal und Keswick in England beobachtete. In einem Buch mit dem Titel „Meteorological Observations and Essays“ fasste er seine Beobachtungen der Aurora aus den Jahren 1786 bis 1793 zusammen, einschließlich Details zu deren Erscheinungsbild, Helligkeit und Bewegung. Er kam zu dem Schluss, dass es einen Zusammenhang zwischen der Aurora und dem Erdmagnetfeld geben müsse.

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Titelblatt eines Exemplars von John Daltons „Meteorological Observations and Essays“ aus dem Jahr 1793, Quelle: Archiv des American Institute of Physics, College Park, Maryland, Vereinigte Staaten, über Wikimedia Commons.

Das nächste Thema des Tages wird sich mit meteorologischen Entwicklungen um 1800 und zu Beginn des 19. Jahrhunderts auseinandersetzen. Freuen Sie sich auf weitere meteorologische Erkenntnisse spannender Entdeckungsreisen, die Grundlage der Klassifikation von Wolken und Wind sowie Fortschritte in der Feuchtigkeitsmessung.