Wissenschaft kompakt

Wasser - wichtig und spannend zugleich - Teil 5


Nicht erst seit dem erneut sehr trockenen Sommer wissen wir, wie
kostbar und wichtig unser Wasser ist. Im heutigen Thema des Tages
dreht sich alles um das atmosphärische Wasser.


Im fünften und letzten Teil der Reihe "Wasser - wichtig und spannend
zugleich" schauen wir heute noch einmal auf einen Teilbereich des
Wasserkreislaufs, der für die Arbeit von uns Meteorologen eine
besondere Bedeutung hat: die Atmosphäre.

Der grundlegende Motor für die Prozesse in der Atmosphäre ist die
Sonne, die Land und Ozeane unterschiedlich erwärmt und für die
Verdunstung des Wassers sorgt, wodurch sich Wolken bilden. Die
Schwerkraft führt schließlich zum Ausfallen angewachsener
Wassertröpfchen. Ohne das Wasser gäbe es keine Wolken, keinen
Niederschlag, also folglich auch kein Wettergeschehen auf der Erde.

Der größte Teil des verdunsteten Wassers stammt aus den riesigen
Ozeanen, wohin dieses später weitgehend wieder als Niederschlag
zurückfällt. Netto wird aber auch ein kleiner Teil des verdunsteten
Meerwassers über Land transportiert und dort als Niederschlag
ausgefällt. Insgesamt macht dies rund 35 Prozent des über Land
fallenden Niederschlages aus.

Das Wasservolumen der Atmosphäre umfasst rund 12.900 Kubikkilometer,
was lediglich 0,0009 Prozent des auf der Erde vorhandenen Wassers
entspricht. Der Durchsatz an Wasser in der Atmosphäre ist mit rund
500.000 Kubikkilometern pro Jahr allerdings deutlich größer. In der
Folge lässt sich leicht berechnen, dass das Wasser der Atmosphäre
jedes Jahr rund 39-mal komplett ausgetauscht wird, also etwa alle 9
Tage. Dies hat beispielsweise auch Einfluss auf biochemische
Kreisläufe. Mit den Niederschlägen werden unter anderem Gase und
Aerosolpartikel ausgewaschen, die Atmosphäre reinigt sich
selbstständig.


Der größte Teil des atmosphärischen Wassers liegt in gasförmiger
Form, also als Wasserdampf vor. Nur etwa 0,3 Prozent davon ist in
flüssiger oder fester Form in Wolken gebunden. Allerdings ist die
Verteilung rund um den Globus sehr unterschiedlich. Wärmere Luft kann
mehr Wasserdampf aufnehmen als kalte. So kann ein Kubikmeter Luft bei
10 Grad 9 Gramm Wasser aufnehmen, die gleiche Menge Luft schafft bei
30 Grad schon etwa 30 Gramm. So ist es auch wenig verwunderlich, dass
auch die Atmosphäre rund um den Äquator mehr Wasserdampf enthält als
beispielsweise an den eisigen Polkappen von - ausgesetzt dieser steht
auch zum Verdunsten zur Verfügung. In sehr trockenen Regionen der
Erde kann der Wasserdampfgehalt trotz hoher Temperaturen gering sein.
Auch in der Vertikalen ist die Verteilung des Wasserdampfes sehr
unterschiedlich. Der größte Anteil befindet sich in den bodennahen
Schichten der Troposphäre unterhalb von 1,5 Kilometer. In der Schicht
oberhalb der Troposphäre, der sogenannten Stratosphäre, befinden sich
nur noch 1 Prozent des Wasserdampfes.

Wasserdampf ist übrigens das wichtigste natürliche Treibhausgas, da
er entscheidend die Strahlungsbilanz und somit auch das Klima
modifiziert. Zum einen wird die von der Erde ausgehende langwellige
Wärmestrahlung absorbiert und wieder in Richtung Erdoberfläche
abgegeben, ein die Erdoberfläche erwärmender Effekt. Umgekehrt sorgen
Wolken (mit Ausnahme hoher Wolken) wiederum für eine erhöhte
Reflexion der einfallenden kurzwelligen (solaren) Strahlung in den
Weltraum, wodurch die Erdoberfläche gekühlt wird. Wie sich die
verschiedenen Prozesse aber zusammengenommen auf das Klima auswirken,
wird aktuell in der Wissenschaft noch stark diskutiert. Bei den
anthropogenen (menschengemachten) Treibhausgasen spielt der
Wasserdampf keine Rolle.

Auch der Energiehaushalt und folglich die Dynamik der Atmosphäre
werden insbesondere bei den Phasenumwandlungen erheblich beeinflusst.
So wird beim Übergang von Wasserdampf zu Wasser (Kondensation)
latente Wärme frei. Soll dieses Wasser schließlich wieder verdampft
werden (Verdunstung), wird hierfür entsprechend Wärmeenergie
benötigt.

Es gäbe noch so viele verschiedene faszinierende Phänomene in der
Atmosphäre, an deren Entstehung Wasserdampf beteiligt ist. Diese aber
hier aufzuzählen, würde den Rahmen des Tagesthemas sprengen. Falls
Sie jedoch neugierig geworden sind, stöbern Sie gerne im
Themen-des-Tages-Archiv. Dort werden Sie mit Sicherheit fündig.


MSc.-Met. Sebastian Schappert
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 16.11.2022

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