Vertikalbewegung

Die Sonne lacht, der Himmel ist blau, doch plötzlich ziehen Wolken auf. Eine Wolkenschicht bedeckt den Himmel und es sieht nach Regen aus. Wird es anfangen zu regnen oder verschwinden die Wolken so schnell, wie sie gekommen sind? Eine entscheidende Rolle in dieser Situation spielen Vertikalbewegungen. Sie beeinflussen Wolkenbildung, Niederschläge und Wolkenauflösung und sind somit ein wichtiges Phänomen unseres Alltags. Doch wie genau funktioniert das alles eigentlich? Was hat die aufsteigende Luft damit zu tun?

Vertikalbewegung – Definition

„Vertikal“ ist ein Synonym für senkrecht. Der Begriff Vertikalbewegung bedeutet also eine Veränderung der Position, die sich aufwärts oder abwärts richtet. Es handelt sich hierbei um einen relativ allgemeinen und umfassenden Begriff, denn alles, was sich nach oben oder unten bewegt, führt eine Vertikalbewegung aus.

Vertikalbewegung – Geographie

Durch seine universelle Bedeutung bezeichnet der Begriff Vertikalbewegung sogar innerhalb der Geographie mehrere verschiedene Phänomene, nämlich solche, die von Aufwärts- und Abwärtsbewegungen gekennzeichnet sind. In dieser Erklärung geht es um Vertikalbewegungen der Luft.

In anderen Worten sind Vertikalbewegungen Luftströmungen, die sich nach oben oder unten richten. Diese sind ein wesentlicher Bestandteil unseres täglichen Lebens, da sie sich maßgeblich auf das Klima auswirken, indem sie beispielsweise zur Wolkenbildung beitragen und Niederschläge beeinflussen.

Luftbewegung

Um die Rolle von Vertikalbewegungen zu verstehen und sie von anderen Luftbewegungen abgrenzen zu können, ist es wichtig, zunächst Luftbewegungen im Allgemeinen zu verstehen. Beeinflusst werden Luftbewegungen vorwiegend durch:

• Luft
• Luftdruck
• Luftdruckschwankungen

Im folgenden Abschnitt lernst Du, wie Luftbewegungen entstehen und was genau Vertikalbewegungen ausmacht.

Luft und Luftdruck

Die Erde ist von einer gasförmigen Hülle umgeben, die als Erdatmosphäre bezeichnet wird. Innerhalb dieser Hülle befindet sich ein Gasgemisch, welches Menschen, Tiere und Pflanzen zum Überleben benötigen. Dieses Gasgemisch wird Luft genannt und besteht überwiegend aus Stickstoff und Sauerstoff.

Dieses Gasgemisch hat ein bestimmtes Gewicht, welches von der Erdanziehungskraft angezogen wird. Durch die Schwerkraft drückt das Gewicht der Luft auf die Erde. Der Druck, den sie dabei ausübt, wird als Luftdruck bezeichnet. Es handelt sich also um einen Schweredruck. Je weiter unten man sich befindet, umso mehr Luft liegt darüber und drückt auf die Erde. Befindet man sich weiter oben, liegt weniger Luft darüber, wodurch auch das Gewicht der darüber liegenden Luft geringer ist. Deshalb steigt der Luftdruck in der Tiefe und sinkt mit zunehmender Höhe.

Luftdruckschwankungen und Luftbewegungen

Der Luftdruck schwankt sowohl durch Höhenunterschiede als auch innerhalb einer Ebene. Die Schwankungen auf einem Höhenlevel finden systematisch statt und sind durch Sonneneinstrahlung und Temperatur bedingt. In heißen Gebieten, wo die Sonne viel und stark scheint, erhitzen sich Böden und Luft. Durch diese Temperaturunterschiede unterscheidet sich die Luftdichte, welche den Luftdruck ausmacht. So entstehen Luftbewegungen.

Werden Luftpartikel erhitzt, nehmen sie mehr Platz ein als in einem kalten Zustand. Warme Luft nimmt dementsprechend mehr Raum ein, ohne aus mehr Luftpartikeln zu bestehen. In anderen Worten heißt das, warme Luft hat eine geringere Luftdichte, da die Luftdichte von der Temperatur abhängt. Warme Luft ist durch ihre geringere Dichte vergleichsweise leichter und übt weniger Druck aus als kalte Luft.

Durch ihre geringere Dichte steigt warme, leichtere Luft aufwärts, während kalte, schwere Luft absinkt. So entstehen Luftbewegungen und -strömungen. So entstehen Hoch- und Tiefdruckgebiete: Warme, aufsteigende Luft verursacht Tiefdruckgebiete, während kalte, absinkende Luft zu Hochdruckgebieten führt.

Die Luft wird außerdem durch die ablenkende Kraft der Erdrotation – der Corioliskraft – beeinflusst. Luft bewegt sich also nicht nur nach oben und unten, sondern auch horizontal zur Erdoberfläche.

Vertikalbewegung – Luft

Vertikalbewegungen bezeichnen beliebig große Volumen von Luftpartikeln, die sich von der Erdoberfläche aus senkrecht bewegen. In anderen Worten handelt es sich um auf- oder absteigenden Luftpakete. Dabei findet kein Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft statt, alle Wärmewechsel passieren innerhalb des mobilisierten Luftpaketes.

Temperaturunterschiede, die lediglich durch die Auf- und Abwärtsbewegung verursacht werden, bezeichnet man als adiabatischen Prozess, also „wärmedicht“.

Vertikalbewegung – Konvektion / Hebung

Durch das Absorbieren der Sonnenenergie heizt Luft, die über wärmeren Gebieten liegt, auf. Durch andere, horizontale Luftströmungen bleiben diese erwärmten Luftpakete nicht an ihrer ursprünglichen Stelle, sondern werden verschoben. Wenn sie sich über kälteren Gebieten mit dichterer Luft befinden, steigen die erwärmten Luftpakete aufwärts. Durch ihre geringere Dichte ist die warme Luft leichter und löst sich von den schwereren, bodennahen Luftschichten als sogenannte Thermikblase ab.

Beim Anstieg dehnt sich die Luft durch den niedrigeren Umgebungsdruck aus; das Volumen des aufsteigenden Luftpaketes vergrößert sich mit zunehmender Höhe. Bildlich kannst Du Dir vorstellen, dass die abgelösten Thermikblasen wachsen und mit zunehmender Höhe voluminöser werden. Somit verteilt sich die gesamte Wärme des Luftpaketes nun auf ein größeres Volumen, wodurch die Luft in der Höhe auch ohne einen Wärmeaustausch mit der Umgebung abkühlt.

Vertikalbewegung – Senkung

Bei der Senkung findet der Prozess genau umgekehrt statt: Luftpakete kühlen in der Höhe ab. Das abgekühlte Luftpaket sinkt, der Luftdruck steigt und komprimiert das Luftpaket. Durch den höheren Luftdruck wird die Luft zu einem geringeren Volumen zusammengedrückt, sodass sich die Wärme innerhalb des Luftpaketes wieder erhöht. Falls die Luft wieder wärmer als ihre Umgebungsluft ist, steigt sie erneut auf. So kann ein Kreislauf entstehen.

Vertikalbewegung – Wetter

Vertikalbewegungen tragen maßgeblich zum Wetter bei. Konvektion führt zur Wolkenbildung und Niederschlägen, Senkungen hingegen können Wolken auflösen.

Vertikalbewegung – Wolkenbildung und Niederschlag

Wolken entstehen dadurch, dass aufgestiegene Luft mit einem hohen Feuchtegehalt unter den Taupunkt abgekühlt wird, und somit der enthaltene Wasserdampf kondensiert.

Die Kondensation passiert unter anderem durch Vertikalbewegungen: Wasser aus Seen, Meeren, Flüssen, sowie Pflanzen verdunstet durch den Einfluss der Sonne. Der Wasserdampf wird von warmer Luft aufgenommen. Bei der Hebung trägt warme Luft den Wasserdampf mit sich nach oben.

In der Höhe kühlen Luft sowie Wasserdampf ab: Durch die Kälte kondensiert der Wasserdampf und wird zu Wassertröpfchen. Die Luft ist jetzt zu kalt, um das Wasser weiterhin zu tragen, sodass sich die Wassertröpfchen an Staubpartikeln anstatt an Luftpartikeln anlagern. Diese werden dann in Form von Wolken sichtbar. Wird eine Wolke zu schwer, zieht die Schwerkraft der Erde die Wassertröpfchen an, und es regnet.

Vertikalbewegung – Wolkenauflösung

Im Gegensatz zur Konvektion führen abwärtsgerichtete Vertikalbewegungen zur Wolkenauflösung. Sinkt erkaltete Luft aus höheren Schichten ab, verringert sich ihr Volumen und sie wird wärmer. Erwärmt sich die Luft um die Wolken herum, kondensieren die Tröpfchen und werden von der Luft aufgenommen. Somit verdunsten die Wolkenpartikel und werden abgetragen. Das Wasser, das Wolke erkennbar war, ist noch immer der Luft, allerdings so verteilt, dass es nicht mehr sichtbar ist.