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Du kennst den Wind, der dir um die Ohren pfeift, wenn mal wieder ein Gewitter aufzieht, einfach nur eine schöne leichte Brise deinen Sommerurlaub etwas verträglicher macht oder du am Meer stehst und du es dort eigentlich gar nicht Windstill kennst. All diese Winde beginnen mit Temperaturänderungen. Schauen wir uns also an, was es für die Entstehung von Wind braucht. Viel Spaß dabei!
Wie entsteht Wind im kleinskaligen Prozess?
Erstmal musst du verstehen, dass es bestimmte Zustandsgrößen gibt, auf die man letztendlich alles zurückführen kann. Du lernst hier drei kennen. Die Temperatur, die Dichte und den Druck. Sicherlich sagen dir die Größen alle etwas. Schau dir die Kacheln an, um zu schauen, ob du es auch physikalisch richtig verstanden hast.
Die Zustandsgrößen
DruckWas ist Druck?
Vielleicht habt ihr schon mal gehört, dass auf hohen Bergen, wie dem Mount Everest, der Druck viel geringer ist, die Luft "dünner" ist und man dort häufig unter Sauerstoffarmut leidet. Aber warum ist das so?
Wie bereits besprochen besteht die Luft aus vielen kleinen Teilchen. Genauso wie auf uns Menschen, einem Frosch und wirklich allem, was hier auf der Erde ist, wirkt die Erdanziehnungskraft. Auch auf die Teilchen selber. So bleiben sie in Erdnähe und bilden unsere Atmosphäre.
Die Luft wiegt etwas. Denn auch wenn wir die Luftteilchen in Wirklichkeit nicht sehen können, können wir sie immerhin fühlen, wenn Wind aufkommt. Das geht nur, wenn Luftteilchen eine gewisse Masse besitzen. Wenn man sich jetzt die Menge der Luftteilchen über dem jeweiligen Frosch anguckt (in Säulen wie im dritten Bild), dann zählt man viel weniger Teilchen über dem Bersteigerfrosch als über dem Wasserfrosch. Somit liegt eine geringere Last auf dem Bergsteigerfrosch.
Diese Last nennt man auch Druck. Also die Gewichtskraft der Teilchen pro Fläche, wobei hier die Fläche, die des Frosches ist. Die Einheit ist also Newton pro Fläche [N/m^2] auch Pascal [Pa] genannt. Deshalb ist der Druck in der Höhe geringer als der am Boden.
Dir ist vielleicht aufgefallen, dass auf den Bildern die Luftteilchen unten dichter gemalt sind und nach oben hin immer weniger dicht werden.
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Windentstehung durch Temperaturunterschiede
Jetzt kennst du die wichtigsten drei Zustandsgrößen Tempertur, Dichte und Druck. Wie entsteht also Wind?
Du erinnerst dich an die erste Animation, wo sich ein Luftpaket erwärmt hat? Mit diesem Zustand machen wir weiter: -
Wind in großskaligen Systemen
Wir haben bisher nur auf einen sehr eingegrenzten Ort geschaut und wissen jetzt warum Luft aufsteigt, welches Wind ist, den wir spüren. Aber wo geht die Luft hin und was passiert mit der Luft, wenn sie oben ist. Kommt sie wieder runter? Das ergründen wir im nächsten Teil. Dazu musst du verstehen, wie der Aufbau der Atmosphäre ist.
Die Atmosphärenhöhe (Teil 1)
Hinweis: die dargestellte Atmosphäre ist im Verhältnis zur Erde viel dünner und wurde hier nur dicker zur besseren Veranschaulichung dargestellt.Die Atmosphäre ist nicht gleichförmig verteilt. Sie ist die Gasschicht, die, durch die Gravitation, unsere Erde umhüllt. Sie schützt uns vor der Sonneneinstrahlung, Kosmischerstrahlung und der schnellen Erddrehung.
Aber wie sieht die Atmosphäre aus dem All betrachtet denn jetzt aus?
Dadruch, dass sich die Erde dreht, wirkt die Zentrifugalkraft. D.h. ein Frosch am Äquator legt eine längere Strecke in der selben Zeit zurück im Gegensatz zu einem Frosch an den Polen.
Erinnere dich an eine Fahrt mit dem Kinderkarussel auf einem Spielplatz. Wenn du dich langsam drehst, wie der Frosch an den Polen, dann kannst du gemütlich drin sitzen. Sobald du dich schneller drehst, also eine größere Geschwindigkeit hast, dann werdet ihr nach außen gedrückt. Genau das ist die Zentrifugalkraft, die auch auf die Teilchen der Atmosphäre wirken und somit die Atmosphäre eine Ausbeulung am Äquator bekommt.
Das Wettergeschehen findet in der unteren Atmosphäre statt, der Troposphäre. Diese ist in unseren Breitengraden ca 10km dick. Am Äquator ist sie ca. 18km hoch und an den Polen nur 8km. Diese Unterschiede sind aber nicht nur auf die Zentrifugalkraft zurückzuführen, sondern auch auf einen Prozess, den du jetzt schon kennengelernt hast. -
Die Atmosphärenhöhe (Teil 2)
Du weißt schon, wie Wind durch Erwärmung der Luft entsteht und dass in der höheren Atmosphäre die Luft dünner wird und der Druck abnimmt. Wir haben uns bereits auch die Gedankenstütze eines Luftpakets angeschaut. Jetzt kommt eine weitere Stütze hinzu. Stell dir vor die Atmosphäre hat ganz viele Schichten. Wir unterteilen diese mit vielen horizontalen Linien. Wie dick die sind ist hier egal. Diese Schichten müssen sich also unterschiedlich stark heben oder senken, sodass die Schichten am Äquator dicker sind als an den Polen.
Da die Äquatorgegend wesentlich wärmer ist, als es an den Polen ist, sind die Äquatornahen Schichten viel dicker. Dies wiederum entspricht einem Dichteunterschied.
Wofür wir das brauchen, fragst du dich?
Die Hadley Zelle
Wir schauen uns nun einen großskaligen Windkreislauf an. Die Hadley Zelle. Diese ist eine der drei großen Zellen und Windsysteme, die zur großskaligen Zirkulation gehört. Mehr dazu erfährst du im nächsten Kapitel "Corioliskraft". Schauen wir uns also erstmal an, wie die Hadley Zelle funktioniert: -
Der gerade gelernte Passatwind ist kein geradlinig verlaufender Wind von 30° zum Äquator. Er wird durch die Corioliskraft abgelenkt und macht eine Kurve. Doch was ist die Corioliskraft? Schau dir dazu den nächsten Teil unseres Kurses an.
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