Wie kommen Wolken zu ihrer Form?

Welt der Physik: Bevor wir über die Form verschiedener Wolken sprechen, sollten wir zunächst einmal eine grundlegende Frage klären: Warum gibt es überhaupt Wolken?

Franziska Glassmeier: „Wolken entstehen, wenn Wasserdampf in der Erdatmosphäre kondensiert. Es muss also überschüssiger Wasserdampf in der Atmosphäre sein. Wie viel Wasserdampf die Luft enthalten kann, hängt wiederum davon ab, wie warm sie ist.

Man kann sich das so vorstellen: Man nehme ein Paket aus Luft – und um das zur Wolke zu machen, muss man es abkühlen. Das passiert beispielsweise, wenn ein Paket aus Luft vom Boden in eine Höhe von einigen Kilometern aufsteigt. Dabei dehnt es sich aus, wodurch es abkühlt und weniger Wasser enthalten kann. In der Folge kondensiert der Wasserdampf und es bilden sich Wolken.

Da Kondensation besonders leicht an Oberflächen stattfinden kann, sind frei umherschwirrende Partikel in der Luft – sogenannte Aerosole – eine wichtige Voraussetzung für die Wolkenbildung. Das können natürlich vorkommende Teilchen sein, etwa Salzkristalle oder Sandkörner, aber auch menschengemachte Partikel wie beispielsweise Sulfat.“

Angenommen es gäbe keine Aerosolteilchen in der Atmosphäre, gäbe es dann auch keine Wolken?

„Ja, tatsächlich. Da Kondensation deutlich leichter an Oberflächen passiert, benötigen wir für die Wolkenbildung viele Partikel in der Luft, an denen das Wasser kondensiert. Diese Voraussetzung kann an Orten, wo die Luft sehr rein und die Luftqualität sehr hoch ist, für interessante Effekte sorgen. In der Antarktis gibt es beispielsweise kaum Feinstaubpartikel und wenn man dort ausatmet, bilden sich trotz eisiger Kälte keine Atemwölkchen. Denn auch die entstehen durch Kondensation.“

Wenn sich in der Atmosphäre nun eine Wolke bildet – welche Faktoren beeinflussen letztendlich ihre Form?

„Ein entscheidender Faktor ist auch hier die Temperatur beziehungsweise die Höhe. In den oberen Atmosphärenschichten ist es kühler und man findet eher Eiskristalle. Wenn hier Wolken entstehen, erinnern diese ein bisschen an Zuckerwatte: Sie sind sehr faserig und es ist nicht eindeutig erkennbar, wo die Eiswolke aufhört und der Himmel anfängt. Wolken aus Wassertröpfchen dagegen haben diese typische Blumenkohlform und heben sich deutlich vom Hintergrund ab.

Ein weiterer wichtiger Faktor ist die vorhandene Luftbewegung. Vertikale Temperaturunterschiede können lokale Aufwärtsbewegungen von Luftmassen verursachen. Das ist ähnlich zu den Konvektionsprozessen, die man als Blubbern in aufkochender Flüssigkeit in einem Topf beobachten kann. Dieses Phänomen lässt haufenförmige Wolken entstehen. Riesige Wolkendecken formen sich dagegen, wenn Luftschichten großflächig aufsteigen. Diese Gebilde können sich über Hunderte von Kilometern erstrecken.“

Manchmal erstrahlen Wolken in hellstem Weiß, manchmal hängen sie aber auch in einem tiefen Grau am Himmel. Wie kommt es dazu?

„Die Farbe einer Wolke hängt in erster Linie davon ab, ob der Teil der Wolken, den wir sehen, direkt von der Sonne angestrahlt wird oder nicht. Gerade dann kann die Wolke besonders hell und gleißend weiß erscheinen, denn die Wassertröpfchen oder Eiskristalle reflektieren das Sonnenlicht. Dieser Effekt kann so weit gehen, dass eine Situation mit leicht bewölktem Himmel und sogenannten Schönwetterwolken strahlender und heller erscheint als bei vollkommen klarem Himmel. Strahlt die Sonne die Wolke dagegen nicht direkt an, ist sie grauer.“

Bringen düstere Wolken stets Regen mit sich?

„Keinesfalls immer – aber bei Gewitterwolken kann man sich schon relativ sicher sein, dass es regnet. Und tendenziell ist die Wahrscheinlichkeit für Regen bei einer dunklen Wolke sicher höher. Denn diese sind dicker und bestehen häufig aus größeren Wassertropfen. Und wenn die Wassertropfen in einer Wolke aus der Schwebe fallen, da sie zu groß und schwer werden, regnet es. In hellen und weniger massiven Wolken findet man dagegen meist kleinere Wassertropfen.“

Wolkentypen

Lässt sich mithilfe von Wolken also das Wetter vorhersagen?

„Die Wetterdienste nutzen die Wolken jetzt nicht direkt, sondern berücksichtigen sie indirekt über den aktuellen Zustand der Atmosphäre, der den Startpunkt für die Vorhersage darstellt. Wenn die Wolke aber selbst das Wetter ausmacht, kann eine direkte Vorhersage funktionieren. Zum Beispiel wenn sich eine Cumuluswolke – das sind diese berühmten Schäfchen- oder Schönwetterwolken, die unten einen sehr scharfen Rand zeigen und oben an einen Blumenkohl erinnern – gerade zu einer Gewitterwolke formiert.“

Und wie verschwinden Wolken wieder?

„Entweder sie regnen sich aus – oder sie verdunsten einfach wieder, sozusagen ein Kondensationsprozess rückwärts. Die Lebensdauern von Wolken können sich dabei stark unterscheiden, von Minuten oder Stunden bis hin zu Tagen.“