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.
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.
Dipl.-Met. Marcus Beyer
Deutscher Wetterdienst