Wie Wolken entstehen

Eine Cumuluswolke enthält etwa ein halbes Gramm Wasser pro Kubikmeter. Eine Wolke mit 1 km Kantenlänge trägt deshalb etwa 500 Tonnen.

Eine Wolke besteht aus flüssigem Wasser und Eis, nicht aus Dampf

Man kann eine Wolke leicht für eine Ansammlung von Dampf halten, doch Wasserdampf ist ein unsichtbares Gas. Sichtbar wird die Wolke durch Milliarden winziger Flüssigkeitströpfchen oder Eiskristalle, die Sonnenlicht streuen. Jedes Tröpfchen entstand, als Dampf an einem Staub-, Salz- oder Rauchpartikel kondensierte, einem Wolkenkondensationskern. Ob ein Teilchen zu einem Wolkentröpfchen aktiviert wird, hängt von Größe, Zusammensetzung und Übersättigung der Luft ab, nicht von einem allgemeinen Mindestradius.

Damit Dampf kondensiert, muss die Luft bis zu ihrem Taupunkt abkühlen, der Temperatur, bei der sie gesättigt ist. In Bodennähe kann das in einer klaren, windstillen Nacht geschehen; dann entstehen Tau und Nebel. Hoch am Himmel liegt es fast immer daran, dass Luft angehoben wird. Aufsteigende Luft dehnt sich aus, weil der Umgebungsdruck sinkt, und kühlt dabei ab. Die NOAA nennt für ungesättigte Luft 9.8 °C Abkühlung pro Kilometer.

Vier Wege, Luft anzuheben

Sonnenlicht erwärmt den Boden ungleichmäßig. Von den wärmsten Stellen steigen Warmluftblasen auf, ähnlich den Blasen einer Lavalampe. Das ist Konvektion; sie bildet an Sommernachmittagen Cumuluswolken. Wind, der gegen ein Gebirge weht, wird den Hang hinaufgedrückt. Dabei entstehen Wolken über Gipfeln und Kämmen sowie Regen auf der windzugewandten Seite. An einer Wetterfront gleitet warme Luft über kältere, dichtere Luft und bildet ausgedehnte Wolkenschichten. Treffen schließlich bodennahe Winde aus verschiedenen Richtungen zusammen, bleibt der Luft nur der Weg nach oben.

Warum etwas so Schweres schwebt

Der USGS berechnet das Gewicht einer Wolke. Ein typischer Cumulus enthält etwa 0.5 g Wasser pro Kubikmeter. Eine Wolke mit 1 km Kantenlänge umfasst eine Milliarde Kubikmeter und trägt somit etwa 500 000 000 g oder 500 Tonnen Wassertröpfchen. Sie fällt nicht herunter, weil die Tröpfchen über ein riesiges Luftvolumen verteilt sind und die feuchte Luft etwas weniger dicht ist als die trockene Umgebungsluft. Jedes Tröpfchen fällt so langsam, laut NWS im Mittel etwa 1.3 cm pro Sekunde, dass ein sanfter Aufwind es oben hält. Erst wenn Tröpfchen zu Regentropfen wachsen, fallen sie heraus.

Wolken verändern sich auch ständig. An den Rändern vermischen sie sich mit trockenerer Luft, und Tröpfchen verdunsten. Im Inneren, wo Luft weiter aufsteigt, entstehen neue. Die NOAA beschreibt eine Wolke als Gleichgewicht zwischen Kondensation und Verdunstung. Deshalb kann ein Cumulus vor deinen Augen innerhalb von zwanzig Minuten wachsen, schrumpfen und verschwinden.

An einem kalten Morgen kannst du selbst eine kleine Wolke erzeugen. Beim Ausatmen vermischt sich warme, feuchte Lungenluft mit der kalten Außenluft. Sie kühlt unter ihren Taupunkt ab und kondensiert zu einem kleinen weißen Wölkchen. Nach ein oder zwei Sekunden verschwindet es, weil sich weitere trockene Luft beimischt und die Tröpfchen wieder verdunsten. Eine Wolke am Himmel ist dasselbe in viel größerem Maßstab. Ständig nachströmende aufsteigende Luft hält sie am Leben.