Im letzten Thema des Tages zur Geschichte der Meteorologie Ende des 18. Jahrhunderts wurden allgemeine sowie Erkenntnisse der Meteorologie aus Expeditionsreisen vorgestellt. In diesem Thema des Tages wird die Meteorologie um 1800 beleuchtet. Neben der Wolkenklassifikation und der Windstärkenskala gibt es viele weitere Entdeckungen von der Medizinmeteorologie bis hin zu einem Feuchtigkeitsmesser.

Beginnen wir mit meteorologischen Erkenntnissen im Bereich der Medizinmeteorologie.

Der französische Meteorologe Louis Cotte (1740−1815) wurde 1774 mit der Leitung eines medizinisch-meteorologischen Netzwerks aus französischen Tierärzten und Landärzten betraut, um den Zusammenhang zwischen der Pest und dem Wetter zu untersuchen. Das Projekt lief bis 1794.

Der polnische Schriftsteller und Wissenschaftler Stanisław Staszic (1755−1826) entwarf die Salzverdunstungstürme in Ciechocinek an der Weichsel, die errichtet wurden, um aus der in der Region reichlich vorhandenen Sole Salz zu gewinnen. Die Sole wurde an die Spitze der Türme gepumpt und tropfte dann an deren Seitenwänden herab, wo sie durch Sonneneinstrahlung und Wind verdunstete. Das Salz aus der Sole blieb zurück. Darüber hinaus wurden durch diesen Vorgang Iod und Feuchtigkeit an die Luft abgegeben. Dies veränderte das Mikroklima im Bereich der Türme und ließ es eher einer maritimen als einer kontinentalen Umgebung ähneln. Die Menschen kamen nach Ciechocinek, um die therapeutischen Eigenschaften der lokalen Luft zu nutzen. Die Stadt entwickelte sich zu einem bedeutenden Kurort mit vielen Sanatorien für Menschen mit verschiedenen Gesundheitsproblemen, die durch das Einatmen der Iod-reichen Luft behandelt werden konnten. Dies stellt ein frühes Beispiel für eine vom Menschen verursachte Veränderung des Mikroklimas dar.

Auch um 1800 und zu Beginn des 19. Jahrhunderts fanden mehrere Expeditionsreisen mit erwähnenswerten Beiträgen zur Meteorologie statt.

Der preußische Forschungsreisende, Naturforscher, Physiker und Geograph Alexander von Humboldt (1769−1859) gilt als der letzte Universalgelehrte auf dem Gebiet der Naturwissenschaften. Zu Humboldts zahlreichen wissenschaftlichen Interessen zählten auch die Meteorologie und die Klimatologie. Für eine Expedition über die Kanarischen Inseln zu den spanischen Provinzen Lateinamerikas und in die Vereinigten Staaten zwischen 1799 und 1804 verfügte von Humboldt über zwei Quecksilberbarometer, mehrere Thermometer, einen Regenmesser, zwei Hygrometer (zur Messung der Luftfeuchtigkeit), ein Cyanometer (zur Messung der blauen Farbe des Himmels), ein Hypsometer (zur Bestimmung der Siedetemperatur von Wasser in verschiedenen Höhenlagen) und ein Eudiometer (zur Messung des Gasvolumens) sowie Instrumente zur Messung des Erdmagnetfelds. Verschiedenste Messungen wurden während der Expedition durchgeführt, besonders in Quito 1802. Von Humboldt untersuchte die Entstehung und die Zugbahnen tropischer Stürme. Er führte Messungen der Meeresströmung durch, die entlang der Westküste Südamerikas fließt und als Humboldtstrom bekannt wurde. Nach 1804 verlagerte von Humboldt seine Forschungsinteressen zum Vulkanismus und zum Magnetismus. Er publizierte die wissenschaftlichen Erkenntnisse seiner Amerika-Expedition. 1817 veröffentlichte er eine Weltkarte der Durchschnittstemperaturen, die erste globale Klimaanalyse. 1829 unternahm er eine Expedition nach Sibirien. Dort führte er meteorologische und magnetische Messungen durch und entdeckte das, was heute als Permafrost bezeichnet wird. Nachfolgend trieb er den Aufbau eines russischen Netzwerks von magnetischen und meteorologischen Beobachtungsstationen voran, welches bis 1835 in Nordasien etabliert werden konnte. Von Humboldt konnte anhand der gewonnenen Daten zu dem Schluss kommen, dass der größte Teil Russlands ein „kontinentales“ Klima aufweist (ein Klima, wie man es im Inneren von Kontinenten vorfindet, wo die Temperaturextreme aufgrund des fehlenden mildernden Einflusses eines Ozeans größer sind als anderswo). Von Humboldts übergeordnetes Ziel war jedoch ein weltweites Netzwerk, und zu diesem Zweck überzeugte er die britischen Behörden, permanente magnetische Observatorien in britischen Kolonien auf der ganzen Welt einzurichten: in Kanada, auf St. Helena, am Kap der Guten Hoffnung, auf Ceylon, in Jamaika und in Australien. Die Idee der internationalen Zusammenarbeit durch weltweite Netzwerke von Beobachtungsstationen, die gleichzeitig wissenschaftliche Messungen durchführen, ist eines von von Humboldts Vermächtnissen. Er war der Erste, der eine solche Idee (vor allem für magnetische Beobachtungen) formulierte und sie bis zur Vollendung umsetzte.

Der Jurist, Botaniker und Amateurastronom Francisco José de Caldas (1768−1816) aus dem Vizekönigtum Neugranada (heute Kolumbien) entwickelte Ende des 18. Jahrhunderts ein Interesse an den Naturwissenschaften. Er eignete sich die Grundlagen der Astronomie und Meteorologie im Selbststudium durch Beobachtungen an, da ihm keine Bücher als Leitfaden zur Verfügung standen. Anschließend baute er ein Barometer und nutzte es zur Durchführung von Druckmessungen. Das „Hypsometer“ (oder „hypsometrisches Thermometer“) ist ein Instrument, das die Höhe indirekt messen kann, indem es mithilfe eines Thermometers die Temperatur von kochendem Wasser in dieser Höhe misst und anschließend die Zusammenhänge zwischen dem Siedepunkt von Wasser und dem Luftdruck sowie zwischen dem Luftdruck und der Höhe anwendet. Frühere Arbeiten zu diesem Instrument waren de Caldas unbekannt. Er erfand das Hypsometer unabhängig davon einige Zeit vor dem Besuch von Alexander von Humboldt in Kolumbien im Jahr 1801. Von Humboldt unterrichtete de Caldas in Meteorologie, Astronomie und Berechnungstechniken. 1804 führte de Caldas eigene Messungen in Quito durch, deren Ergebnis ähnlich denen von von Humboldts waren.

Die beiden nordamerikanischen Entdecker Meriwether Lewis (1774−1809) und William Clark (1770−1838) aus der Kolonie Virginia unternahmen von 1804 bis 1806 eine umfangreiche Entdeckungsreise durch den Westen Nordamerikas bis zum Pazifik, die heute als Lewis-und-Clark-Expedition bekannt ist. Diese Region war zu dieser Zeit größtenteils Neuland. Lewis und Clark stießen auf Flüsse, die „mit Eis zugefroren“ waren, auf heftige Winde, Sturzfluten und in den High Plains der Dakotas auf Tage mit großen Temperaturunterschieden. Lewis und Clark waren die ersten, die wissenschaftliche Wetterbeobachtungen im Westen Nordamerikas durchführten. Zu Beginn der Expedition verfügten sie über drei Thermometer, die sie sorgfältig kalibrierten. Vom 19. September 1804 bis zum 6. September 1805, dem Tag des Verlusts des letzten Thermometers, maßen sie täglich die Temperatur, jeweils bei Sonnenaufgang und erneut um 16 Uhr. Diese Temperaturmessungen wurden in den Gebieten durchgeführt, die heute South Dakota, North Dakota und Montana sind. Überzeugt vom wissenschaftlichen Wert ihrer Arbeit führten sie sorgfältige Aufzeichnungen ihrer Beobachtungen. Im heutigen Oregon notierte Lewis: „Ich bin überzeugt, dass das Klima hier viel wärmer ist als auf dem gleichen Breitengrad am Atlantik.“ In ihren Tagebüchern beschrieben sie das Winterwetter an der Küste von Oregon wegen des ständigen Regens als „schrecklich“ und „elend“. Lewis und Clark waren wahrhaftige Pioniere, sowohl als Entdecker als auch als Wissenschaftler. Ihre Erkundung des nordamerikanischen Westens war ein wegweisendes Ereignis in der US-amerikanischen Geschichte.

Der britische Marinekommandant und Polarforscher Sir John Ross (1777−1856) unternahm mehrere Expeditionen in die heutige kanadische Arktis. 1818 erreichte er den Lancaster Sound, welcher die östliche Einfahrt zur Nordwestpassage darstellt. Dort wurde er jedoch durch eine Fata Morgana getäuscht und glaubte, dass Berge den weiteren Weg nach Westen versperrten. Während dieser Expedition führte er auf Anweisung der britischen Admiralität und der Royal Society geomagnetische, meteorologische und ozeanographische Beobachtungen durch. Bei der Expedition von 1829 bis 1833 ging das Schiff 1832 im Eis verloren, und die Besatzung strandete und konnte in Felix Harbour im folgenden Jahr gerettet werden. Während dieser Reise führte Ross magnetische Beobachtungen durch und lokalisierte den magnetischen Nordpol. Außerdem machte er meteorologische Beobachtungen.

Der norwegische Astronom und Physiker Christopher Hansteen (1784−1873) war ein Pionier auf dem Gebiet des Erdmagnetismus und der Erforschung der Polarlichter. Auf einer Expedition nach Sibirien um 1830 suchte er nach einer Region mit maximaler magnetischer Intensität. Schließlich stellte er fest, dass die Polarlichter in einem Ring mit maximaler Häufigkeit um den nördlichen Magnetpol auftreten. Er richtete mehrere geomagnetische Beobachtungsstationen ein und vereinbarte mit Schiffskapitänen, das Magnetfeld weltweit zu beobachten und aufzuzeichnen. Die von ihm gesammelten Daten ermöglichten es ihm, eine der ersten Magnetkarten der Erde zu erstellen. Hansteen beobachtete in Norwegen die Aurora borealis während eines heftigen Magnetsturms, der vom 28. August bis zum 2. September 1859 auftrat. Er kam zu dem Schluss, dass „die Auswirkungen dieser Aurora auf die Telegrafenleitungen in Norwegen viel größer waren als in Frankreich und Deutschland“. Heute ist bekannt, dass starke Magnetstürme sowohl Stromnetze und die drahtlose Kommunikation als auch die Telegrafenkommunikation beeinträchtigen können.

Die folgenden Personen leisteten wichtige allgemeine Beiträge zur Meteorologie.

Der britische Mathematiker und Physiker Sir John Leslie (1766−1832) stellte 1804 fest, dass eine mattschwarze Oberfläche Wärme effektiver abstrahlt als eine polierte Oberfläche, was auf die Bedeutung der Schwarzkörperstrahlung hindeutet. 1810 gelang es ihm, Wasser künstlich zu Eis zu gefrieren.

Zu den zahlreichen Beiträgen des französischen Mathematikers und Physikers Joseph Fourier (1768−1830) gehörte der Nachweis, dass sich jede stetige Funktion in Kombinationen trigonometrischer Funktionen zerlegen lässt − eine Methode, die als Fourier-Analyse bezeichnet wird. Sie findet in der modernen numerischen Analysis und bei Berechnungen breite Anwendung. 1820 berechnete Fourier, dass die Erde kälter sein müsste, als sie es ist, wenn die einzige Wärmequelle die Sonnenenergie wäre, die von der Oberfläche des Planeten absorbiert werden kann. Er zog auch andere mögliche Wärmequellen in Betracht (die innere Wärme der Erde selbst und interstellare Strahlung), stellte jedoch fest, dass auch diese nicht genügend Wärme liefern konnten. Anschließend untersuchte er ein Experiment, das von de Saussure (siehe Teil 10 der Geschichte der Meteorologie) durchgeführt worden war. Dieser setzte Glasscheiben, die durch Luftschichten voneinander getrennt waren, in eine isolierte Vase ein und ließ Sonnenlicht in die Vase einfallen. Das Sonnenlicht durchdrang die Glasscheiben und die Luftschichten. De Saussure beobachtete, dass die resultierenden Temperaturen im Inneren der Vase in tieferen Schichten unter mehr Glasschichten höher waren. Fourier stellte die Hypothese auf, dass die Erdatmosphäre möglicherweise wie diese Glasscheiben als „Isolator“ wirke. Die Atmosphäre ist natürlich komplexer, doch Fouriers Beobachtung, für die ein Gewächshaus mit Glaswänden als Analogie dient, gilt als erste Formulierung dessen, was heute als atmosphärischer „Treibhauseffekt“ bezeichnet wird. 1822 führte Fourier in seiner „Théorie analytique de la chaleur“ die Verwendung von Dimensionen für physikalische Größen formell ein.

Der britische Pharmakologe Luke Howard (1772−1864) beschäftigte sich mit Meteorologie. Er gilt als Wegbereiter der modernen Wolkenkunde. Seine Wetterbeobachtungen führten 1818 zur Veröffentlichung seines Buches „The Climate of London“, das erste Werk, das sich mit der Klimatologie einer städtischen Umgebung befasste. Howards meteorologische Beobachtungen in und um London waren der erste Hinweis auf einen städtischen Wärmeinseleffekt. Howards wichtigster Beitrag zur Meteorologie war die Einführung des Wolkenklassifizierungssystems, das den Kern der modernen Klassifikation von Wolken bildet. Er wurde als der „Mann, der den Wolken Namen gab“ bekannt. Howard war fasziniert von der „Großen Nebelwolke“, die zwischen Mai und August 1783 den Himmel über Europa bedeckte und einen Dunst darstellte, der aus Staub und Asche der Vulkanausbrüche des Laki-Kraters in Island sowie des Asama auf Honshū in Japan bestand. Im Laufe seiner Beobachtungen stellte Howard bestimmte gemeinsame Merkmale von Wolken fest und entwickelte auf dieser Grundlage ein System zu deren Klassifikation. Im Dezember 1802 stellte er sein System der Askesian Society in London vor. Er schlug beschreibende Kategorien mit lateinischen Namen vor. Howards drei Grundkategorien waren Cumulus („Haufen“), Stratus („Schicht“) und Cirrus („Haarsträhne“). Eine vierte Kategorie, Nimbus („Regen“), bezeichnete „eine Wolke, die gerade dabei ist, sich zu Regen, Hagel oder Schnee zu verdichten“. Laut Howard „kann es keinen Regen geben, solange die Wolken, mit Ausnahme des Nimbus, ihre ursprüngliche Form beibehalten; erst durch die Beobachtung der Veränderungen und Übergänge der Wolkenform lässt sich das Wetter vorhersagen“. Howard fasste seine Arbeit 1803 in seinem „Essay on the Modifications [d. h. ‚Classification‘] of Clouds“ zusammen.

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Darstellung von verschiedenen Wolken im Essay on the Modifications of Clouds von Luke Howard, Ausgabe 1803, Quelle: Ton Lindemann, Meteo-Maarssen, Maarssenbroek, Niederlande

Howards System fand rasch sowohl in Großbritannien als auch im Ausland breite Akzeptanz und verdrängte frühere Wolkenklassifikationen. Howards Werk „Seven Lectures on Meteorology“ (1837) war das erste moderne Lehrbuch zur Meteorologie.

Der britische Mediziner und Botaniker Robert Brown (1773−1858) entdeckte 1827 die Brownsche Bewegung von Pollen- und Farbstoffpartikeln im Wasser, die erst später als physikalischer Prozess verstanden wurde.

Der irische Marineoffizier und Hydrograph Sir Francis Beaufort (1774−1857) begann schon früh in seiner Karriere auf See, ein meteorologisches Tagebuch in Form von kurzen Anmerkungen zur allgemeinen Wetterlage zu führen. Diese Praxis behielt er bis zu seinem Tod bei. Beauforts Name ist allen Seefahrern aufgrund seiner Windstärkenskala und seiner Wetternotationscodes bekannt, die er in den frühen Jahren seines Kommandos, beginnend um 1805, entwickelte. Die Windstärkenskala basierte auf Beauforts Beobachtungen der Auswirkungen des Windes auf vollgetakelte Fregatten auf See und umfasste ursprünglich 14 Windstärkegrade, von Windstille bis zum Orkan. Die Wetternotation wurde 1833 zum Standard für die britische Flotte für alle Logbucheinträge gemacht. Im Jahr 1838 schrieb die britische Admiralität die Verwendung der Beaufort-Windskala mit 13 Windstärkegraden offiziell für alle Logbucheinträge der Schiffe vor. Die Beaufort-Skala ist die älteste systematische Methode zur Beurteilung von Windstärke und -geschwindigkeit. Sie wird auch heute noch in modifizierter Form von Seeleuten auf der ganzen Welt verwendet und ist darüber hinaus auch auf Landseite sehr gängig.

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Sir Francis Beaufort, 1850, Stephen Pearce (1819-1904), Quelle: National Portrait Gallery, London, über Wikimedia Commons

Der Physiker und Chemiker Amadeo Avogadro (1776−1856) aus dem Piemont beschäftigte sich mit dem Zusammenhang der elektrochemischen Spannungsreihe und der Affinität der Elemente, der spezifischen Wärme von Gasen und Atom- und Molvolumina. Sein Ziel war es, die chemischen Eigenschaften der Verbindungen durch physikalische Eigenschaften zu beschreiben. Er ist vor allem für das Avogadro-Gesetz (gleiche Volumina verschiedener Gase enthalten bei gleicher Temperatur und gleichem Druck die gleiche Anzahl an Molekülen) und die Avogadro-Zahl (die Anzahl der Moleküle in einem Mol eines Stoffes) bekannt. Während seiner Lehrtätigkeit in Turin hatte er Lehrstühle in den Bereichen Statistik, Meteorologie sowie Maße und Gewichte inne.

Der Mathematiker und Physiker Carl Friedrich Gauß (1777−1855) aus dem Fürstentum Braunschweig-Wolfenbüttel beschäftigte sich mit dem Erdmagnetfeld und damit dem oberen Teil der Atmosphäre. Im Jahr 1838 bewies er, dass der überwiegende Teil des Erdmagnetfelds endogen ist, also seinen Ursprung im Erdinneren hat. Im Jahr 1839 stellte er jedoch die Vermutung auf, dass elektrische Ströme in einer leitfähigen Schicht der oberen Atmosphäre kleine Schwankungen im gesamten Magnetfeld verursachen, was er wiederum mit der Aurora borealis in Verbindung brachte.

Der dänische Physiker, Chemiker und Naturphilosoph Hans Christian Ørsted oder auch Hans Christian Oersted (1777−1851) entdeckte die magnetische Wirkung des elektrischen Stromes und gilt als Mitbegründer der Elektrizitätslehre und Elektrotechnik. Er führte Forschungen zu den Eigenschaften von Flüssigkeiten und Gasen durch, wobei sein Hauptaugenmerk auf deren Kompressibilität lag.

Neue Entwicklungen in der Messung des Taupunkts und in der Feuchtigkeitsmessung förderten die folgenden Wissenschaftler zutage:

Der schwedische Mediziner und Chemiker Jöns Jakob Berzelius oder auch Jacob Berzelius (1779−1848) entwickelte eine Methode zur Messung des Taupunkts und der relativen Luftfeuchtigkeit. Im „Traité de Chimie“ schlug er vor, dass die Temperatur eines Feuchtthermometers dem arithmetischen Mittelwert aus der tatsächlichen Lufttemperatur und der Taupunkttemperatur entsprechen sollte. Da sowohl die Feuchtthermometertemperatur als auch die Lufttemperatur (mithilfe eines gewöhnlichen Trockenthermometers) gemessen werden konnten, ließ sich anhand dieser Beziehung der Taupunkt berechnen. Mit diesen Informationen konnte er dann die relative Luftfeuchtigkeit abschätzen. Der Chemiker Johann Wolfgang Döbereiner (1780−1849) aus Franken stellte um 1822 die Prinzipien des Taupunkt-Hygrometers oder Kondensationshygrometers vor. Die Erfindung des Taupunkt-Hygrometers wird jedoch allgemein dem britischen Chemiker John Frederic Daniell (1790−1845) zugeschrieben, der 1820 ein Instrument entwickelte, das zum Standard für die Feuchtigkeitsmessung werden sollte.

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Taupunkt-Hygrometer nach Daniell, Holzstich, Quelle: Physikalisches Praktikum mit besonderer Berücksichtigung der physikalischen-chemischen Methoden von Eilhard Wiedemann und Hermann Ebert, 3. Auflage 1897, Friedrich Vieweg und Sohn, Braunschweig, über Wikimedia Commons

Der nächsten Teile der Serie der Geschichte der Meteorologie werden sich mit Entwicklungen hin zu nationalen meteorologischen Instituten in Europa und bedeutenden außereuropäischen Staaten widmen, ehe weitere Persönlichkeiten mit ihren Erkenntnissen zur Meteorologie im 19. Jahrhundert vorgestellt werden.