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07.05.2014

Wasser über unseren Köpfen

Wie viel Wasser befindet sich in der Atmosphäre und welche Energie steckt darin?

Wasser von oben ist aktuell nach dem trockenen Frühjahr ein schwer zu ignorierendes Thema. Wenn man so im Regen steht bzw. von einem Schauer überrascht wird, kann man sich fragen, wie viele Liter Wasser sich eigentlich über einem befinden und welche Energie nötig war, um diese dort hin zu bringen.

Es ist Mittwochnachmittag und hinter einem ausgedehnten Regengebiet, welches über dem Südosten Bayerns gegen die Alpen drückt, entwickeln sich in der feuchten Luft welche im Tagesverlauf von unten angeheizt wird, verbreitet Schauer und einzelne Gewitter. So oder so ähnlich geht es auch in den kommenden Tagen weiter. Nach einer kurzen Regenpause erreichen am Donnerstagnachmittag den Westen bereits die Regenwolken eines weiteren atlantischen Tiefausläufers.

Stellt man sich dann in Aachen in den Regen und zeichnet ein Quadrat mit einer Kantenlänge von einem Meter um sich, so befinden sich in der Luftsäule, die sich vom Erdboden bis zum Ende der Troposphäre in etwa 10 km Höhe erstreckt, über 25 Liter Wasser. Davon werden in den folgenden 6 bis 12 Stunden immerhin etwa 10 bis 15 Liter den Erdboden erreichen.

Welche Energie steckt nun in dem Wasser, welches sich meist als Wasserdampf hoch über unseren Köpfen befindet? Das gasförmige Wasser befindet sich überwiegend in den unteren Atmosphärenschichten. Würde man die gesamte Wassermenge in der fiktiven Luftsäule zusammenführen, so befände diese sich wohl nicht höher als 2000 Meter. Um nun 25 Liter im Schwerefeld der Erde auf dieses Niveau anzuheben benötigt man etwa 500 Kilojoule Energie, die beim fallen des Regens wieder frei wird. Das entspricht etwa 2,5 Broteinheiten oder 30 Gramm blutzuckerwirksamen Kohlenhydraten.

Doch die mit Abstand meiste Energie steckt nicht in der Höhe des Wassers, sondern in seinem Aggregatszustand. Um Wasser zu verdampfen ist eine enorme Energiemenge nötig, da das Wassermolekül aufgrund seiner speziellen Struktur sehr viele unterschiedliche Schwingungen und Drehungen ausführen kann bevor es sich als ganzes verlagert, und damit also seine Bewegungsenergie und auch seine Temperatur erhöht. Um 25 kg bzw. 25 Liter Wasser zu verdampfen werden etwa 60 000 Kilojoule benötigt, also über das hundertfache der Energiemenge, die zum Anheben des Wassers gebraucht wurde.

Diese Energie wird bei der Kondensation wieder frei und heizt beim Regnen quasi die Atmosphäre. Über unseren Köpfen finden an einem solchen Regentag also gewaltige Energieumwandlungen statt – nicht gerade tröstlich, aber immerhin ziemlich beeindruckend.

Mittwoch, 7.Mai 2014

Tim Staeger
ARD-Wetterredaktion