Nr. 2: Experiment zur Wolkenbildung

Luftfeuchte – Wolkenbildung - Niederschlag
sich abkühlende
Luftmassen
Wolkenbildung
Niederschläge
Der Text im Buch (S. 94 und S. 96) erklärt zwar die Wolkenbildung, gibt aber keine Antwort
darauf, unter welchen Voraussetzungen es zu Niederschlägen kommt. Um diese Frage zu
beantworten, nutze den beigefügten Text.
Arbeitsaufträge:
1. Informiere dich anhand des Buches und mit Hilfe des Textes.
2. Versuche in Partnerarbeit die beigefügten Fragen zu beantworten (Stichworte).
3. Lies die Texte erneut und notiere am Rand die Nummern der Fragen, zu denen du an
dieser Stelle Informationen erhältst.
4. Markiere im Text passende Fachausdrücke und Begriffe.
5. Tausche dich mit deinem Partner/deiner Partnerin zu den Ergebnissen aus.
6. Umklammere im Buch Textabschnitte, die mit M2 (S. 94) bzw. M1 (S. 96) in
Zusammenhang gebracht werden können.
7. Führe das Experiment Nr. 1 durch und deute deine Beobachtungen.
Hausaufgabe: Führe das Experiment Nr. 2 durch, notiere deine Beobachtungen und deute
diese (schriftlich)
Wolkenbildung und Niederschlag
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Wolke, 06.11.2006, bearbeitet
Eine Wolke ist meist eine Ansammlung von Wassertröpfchen in einem Gasgemisch, die in
einigem Abstand zur Erdoberfläche in der Atmosphäre schweben. Wie bei bodennahem Nebel
oder Dunst, handelt es sich um die sichtbaren Kondensationsprodukte des Wasserdampfs, um
Wassertropfen. Bei höheren Wolken bzw. bei niedrigen Temperaturen können Wolken
teilweise oder vollständig aus Eiskristallen bestehen, Es sind in ihnen aber auch solche
Teilchen enthalten, die in Abgasen, Rauch oder Staub vorkommen.
Anzutreffen sind Wolken hauptsächlich in der Troposphäre (bodennahe Luftschichten bis
etwa 10 km Höhe), aber zum Teil auch in der Stratosphäre (Luftschicht oberhalb von 10 km
Höhe, ohne Turbulenzen, daher Flughöhe).
Wasserdampf ist ein Gas und genauso unsichtbar wie alle anderen Gasteilchen der Luft. Erst
nach dem Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur – dem Taupunkt – bilden sich aus dem
Wasserdampf winzige Wassertröpfchen, in großer Höhe auch winzige, schwebende
Eiskristalle, denn üblicherweise nimmt mit der Höhe die Lufttemperatur ab. Festes und
flüssiges Wasser sind für das Auge sichtbar und erscheinen als Wolken.
Der Durchmesser der flüssigen Tröpfchen bewegt sich typischerweise im Bereich von zwei
bis zehn Mikrometern, kann jedoch gerade bei Regenwolken mit bis zu zwei Millimetern
auch sehr viel größer sein. Sehr große Tropfen und auch die noch wesentlich größeren
Hagelkörner sind dabei auf starke Aufwinde angewiesen, um der Schwerkraft der Erde
entgegen zu wirken.
Bildung, Entwicklung und Auflösung
Wolkenbildung bezeichnet den Prozess der Entstehung von Wolken durch Kondensation von
Wasserdampf an Kondensationskernen. Verändern sich die Lufttemperatur und die
Luftfeuchte einer Luftmasse, bilden sich Wolken oder lösen sich auf. Diese Veränderungen
ergeben sich beispielsweise




beim Durchzug von Kalt- und Warmfronten, so dass Luftmassen in höhere Schichten
transportiert werden und dort abkühlen,
durch Aufwinde, verursacht durch Hindernisse, z.B. ein Gebirge
durch Zufuhr von kälteren Luftmassen
durch ständige Zufuhr von feuchteren Luftmassen aus bodennahen Schichten in
höhere Luftschichten
An der Oberfläche des Wassertröpfchens innerhalb einer Wolke findet ein steter Austausch
von Wassermolekülen zwischen der Umgebungsluft und dem Tropfen statt: Nur wenn sich an
den Tropfen mehr Wassermoleküle anlagern als diesen gleichzeitig verlassen kann ein
Tropfen wachsen und somit zu einer Wolkenbildung führen. Ob es dazu kommen kann, hängt
im Wesentlichen von zwei Größen ab:
1. von der Anzahl der Wassermoleküle in der Umgebung des Tropfens: Je mehr
Wasserdampfmoleküle das Tröpfchen umgeben, umso wahrscheinlicher ist es, dass
eines am Tröpfchen haften bleibt.
2. von der Temperatur des Wassertropfens: Je wärmer das Tröpfchen ist, umso leichter
lösen sich Wassermoleküle vom Tropfen.
Die Bildung einer Wolke wird also begünstigt durch niedrige Temperaturen und durch eine
große Anzahl Wassermoleküle, was gleichbedeutend mit einer hohen Luftfeuchtigkeit ist.
Haufenwolke
Die Temperatur, bei der sich Kondensation und Verdunstung ausgleichen, heißt TaupunktTemperatur. Wird diese unterschritten, entstehen und wachsen unter bestimmten Bedingungen
stabile Tröpfchen
Die Tropfenbildung in der Erdatmosphäre wird überhaupt erst ermöglicht durch das
Vorhandensein einer ausreichenden Anzahl von Kondensationskeimen. Solche Keime können
zum Beispiel Staubkörnchen sein, aber auch größere Moleküle, Pollen oder – am Meer –
Salzkristalle.
Auch bei Temperaturen unter 0 °C kann sich noch ein Großteil der Wolkentröpfchen im
flüssigen Zustand befinden. Beim Absinken der Temperatur bis auf etwa -12 °C besteht die
Wolke aus so genannten unterkühlten Wassertropfen. Bei etwa -40 °C liegen nur noch
Eiskristalle vor.
Wegen der sehr geringen Größe der Tröpfchen – ungefähr 1 bis 15 μm (0,001 bis 0,015 mm)
haben sie auch relativ geringe Fallgeschwindigkeiten, welche sich meist im Bereich von 1 bis
15 cm/s bewegen. Da Wolken häufig durch Aufwinde entstehen, sinken diese nicht etwa ab,
sondern bleiben auf gleicher Höhe bzw. quellen auf. In Regenwolken sind die Tropfen größer
(bis 3 mm) und somit ist auch die Fallgeschwindigkeit höher. Ist ein Schwellenwert
überschritten, so dass der Aufwind das gravitative* Absinken nicht mehr ausgleichen kann,
beginnt es zu regnen. Im Falle des Hagels treten sehr starke Aufwinde auf, welche die
Hagelkörner mehrmals aufsteigen und wieder absinken lassen, wobei diese Schicht für
Schicht wachsen.

= durch die Schwerkraft der Erde bewirkt
Fragen zum Lernen und Üben zum Thema:
Luftfeuchte, Wolkenbildung und Niederschlag
1. Was ist Luftfeuchte?
2. Welche Zustandsform des Wassers (fest, flüssig, gasförmig) ist nicht sichtbar? Warum?
3. Was verstehen wir unter Kondensation, was unter Verdunstung?
4. Wie hängen Luftfeuchte und Lufttemperatur zusammen?
5. Woher kommt das Wasser, das sich außen auf der gekühlten Flasche niederschlägt?
6. Woraus besteht eine Wolke?
7. Warum sind Wolken sichtbar, die Luftfeuchte aber nicht?
8. Warum gibt es Wolken in unterschiedlichen Höhen?
9. Was ist Nebel?
10. Welche Vorgänge in der Atmosphäre führen dazu, dass Luftmassen sich abkühlen?
11. Was sind Niederschläge?
12. In welchen Dimensionen wird die Niederschlagsmenge angegeben?
13. Unter welchen Voraussetzungen kommt es zur Wolkenbildung?
14. Unter welchen Voraussetzungen kommt es zu Niederschlägen?
15. Warum begünstigt Staub in der Luft die Entstehung von Wolken und Niederschlägen?
16. Wann spricht man von relativer Luftfeuchte, was meint absolute Luftfeuchte?
Nr 1: Experiment zur Kondensation
Versuchsaufbau: Kühle eine fest verschlossene und gefüllte Wasserflasche für etwa 3 - 4
Stunden im Gefrierfach. Bringe sie anschließend in eine Umgebung mit Raumtemperatur.
(Stelle die Flasche auf einen Teller; du wirst bald wissen, warum)
Notiere deine Beobachtungen
Deute deine Beobachtungen (vgl. Buch S. 94 und Text).
Nr. 2: Experiment zur Wolkenbildung
Versuchsaufbau:
Fülle in eine Wasserflasche heißes (nicht kochendes!) Wasser, so dass es den Boden etwa
5 cm hoch überdeckt. Dann lege einen Eiswürfel auf die Flaschenöffnung.
Notiere deine Beobachtungen.
Erkläre, was du in der Flasche beobachten konntest.