Wie entstehen Wolken und Regen?

Wer Weltraumaufnahmen der Erde betrachtet, sieht unseren Planeten stets von einer Wolkenhülle umschlossen. Manche werden sich fragen, wie Wolken, Regenschauer, Schneeflocken oder faustdicke Hagelkörner entstehen.

Die Blase
Blasen aus warmer Luft bilden den Ursprung der Wolken. Wird Luft von der Sonne erwärmt, steigt sie als solch eine Blase immer weiter in die Höhe – so wie bei einem Heliumballon. Die Blase wird umso dicker, je höher sie aufsteigt, weil sich der Luftdruck verändert: Während er in den Bodenregionen am größten ist, sinkt er mit zunehmender Höhe ab und die Blase wird voluminöser. Dabei führt sie stets ganz kleine Staubpartikel mit sich. In der Höhe wird es bekanntermaßen immer kälter. Kommt die Warmluftblase in den kalten Regionen an, setzt sich Wasserdampf an den mitgeführten Staubpartikeln ab. So entstehen kleine Tröpfchen, die in größerer Anzahl gemeinsam eine Wolke bilden. Verschiedene Wolkenarten entstehen aus verschieden langen Kreisläufen zwischen warmer und kalter Luft. Es gäbe also keine Wolken ohne die kleinen Staubteilchen – und ohne Wolken gäbe es weder Regen noch Schnee oder Hagel.

Regen, Schnee & Hagel
Je mehr Tröpfchen sich zusammenballen, je enger wird es in der Wolke, bis die Tropfen letztendlich miteinander verschmelzen. Es müssen Hunderte sein, damit ein einziger, schwerer Regentropfen entsteht. Das ist auch der Grund, warum richtige Regenwolken dick und groß sind. Wenn es in der Wolke eiskalt geworden ist, gefrieren die Wassertöpfchen: Temperaturen bei oder unter 0°C – dem Gefrierpunkt des Wassers – lassen die Tropfen zu Eiskristallen erstarren. Die entstandenen Eiswolken ziehen dann wie feine Schleier über den winterlichen Himmel. Die filigranen Eiskristalle verhaken sich ineinander. So entstehen richtige Schneeflocken. Je tiefer die Temperatur unter 0 °C senkt, umso kleiner werden sie. Die Staubteilchen und die Wassertröpfchen in der Luft sind also auch verantwortlich für die Bildung von Schnee. Dabei nennt man sie Kristallisationskeime, denn Kristalle werden als gleichmäßige Anordnung von Molekülen und Atomen definiert. Frieren immer mehr dieser Kristallisationskeime zusammen, entstehen je nach vorherrschender Temperatur immer größere Schneeflocken mit unterschiedlichen Formen: Sechsarmige Sterne werden bei etwas höheren Temperaturen ausgebildet. Prismen oder Plättchen entstehen bei tieferen Temperaturwerten. So werden Schneeflocken aus mehreren zusammengefrorenen Kristallen gebildet, wobei sich in ihren Zwischenräumen viel Luft befindet.

Manchmal gibt es starke Gewitter. Dabei kann es zu Niederschlägen in Form von Hagel kommen. Die Eisbrocken können eine beachtliche Größe und Niederschlagskraft entwickeln. Es gab schon Hagelkörner mit einem Gewicht von zwei Kilogramm. Dennoch ist das winzig kleine Staubteilchen wieder der Ursprung.
Gerät es zunächst in eine bereits vorhandene Gewitterwolke, wird es zum Kondenswassertröpfchen. Eventuell kann es dort aber nicht zum Regentropfen verschmelzen, weil in der Gewitterwolke so immens starke Aufwinde vorherrschen. Die Tropfen werden dann in eine so große Höhe katapultiert, dass sie gefrieren. Weil der Luftdruck weit oben immer dünner wird, fällt das kleine Eisteilchen wieder nach unten. Dann kann es schmelzen und als Regen zur Erde fallen. Gerät es aber erneut in starke Aufwinde, bilden sich weitere Eisschichten um das Hagelkorn. Es wird zunehmend größer, bis es letztendlich lediglich angetaut zur Erde fällt.