Bildung von Wolkentropfen


Aufsteigende Luft kühlt sich ab, ihre relative Feuchte nimmt zu bis auf 100% oder knapp darüber.

Wenn sich nun Wassermoleküle zu winzigen Tropfen zusammenschließen sollen, muß die relative Feuchte 600% betragen. Das hat man im Labor bei chemisch reiner Luft herausgefunden. Ist bereits ein Tropfen vorhanden, braucht man zum weiteren Wachstum zwar eine geringere Feuchte. Aber sie ist immer noch unrealistisch groß. Denn die höchste relative Feuchte in der Luft beträgt etwa 104%.

Diagramm

Die Abbildung zeigt die relative Feuchte in Abhängigkeit vom Tropfenradius (die Skala des Wolkenradius wird dabei üblicherweise logarithmisch eingeteilt; 1µm=1 tausendstel mm). Bei einem großen Tropfen ist nur noch eine Feuchte von knapp über 100% erforderlich, wie sie auch in der Wolke vorkommt. Eigentlich prima. Der Haken dabei: Wenn die Tropfen durch Zusammenschluss von Wassermolekülen entstehen sollen, müßten sie erst die Hürde von unrealistischen 600% Feuchte nehmen.

So geht es also nicht. Die Wolkentropfen müssen sich somit auf eine andere Art bilden.

Des Rätsels Lösung: Die Wolkentropfen haben eine Art Geburtshelfer. Das sind winzige Staubteilchen, die schon so einen großen Durchmesser mitbringen, dass die Wassermoleküle sich bequem anlagern können bei einer Feuchte von etwas über 100%. Diese Geburtshelfer heißen "Wolken-Kondensationskerne". In jedem Kubikzentimer Luft gibt es davon zwischen 100 und 1000. Es sind meistens Säuretröpfchen wie Ammoniumsulfat, die gerne Wasserdampf anziehen.

Groessenordnung
So ein Kondensationskern ist nur etwa 0,2 µm groß, das sind 0,2 tausendstel Millimeter (zum Vergleich: Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von 90 µm). Dieser Winzling will mal ein Regentropfen werden. Nicht jedem gelingt es. Zunächst aber muß er zu einem ordentlichen Wolkentropfen anwachsen. Das geht problemlos, indem sich weitere Wassermoleküle anlagern (man nennt das Kondensation); die Feuchte beträgt ja etwa 100%.

Nun taucht ein weiteres Problem auf: je größer die Tropfen werden, desto mehr Wasserdampf brauchen sie. Und die Konkurrenz ist groß. Deshalb geht das weitere Wachstum nur sehr langsam voran. Wenn auf diese Weise Regentropfen entstehen sollen, würde es viele Stunden oder sogar Tage dauern.

Hier setzen andere Mechanismen ein: Kollision von Wolkentropfen und Eiskristalle.