Wetter

Nichts beeindruckte die Menschen mehr als die Sterne und das Wetter und nichts war den Menschen suspekter, als das Wetter. Weil die Menschen die Zusammenhänge beim Wetter nicht kannten und folglich nicht wussten, was ein Gewitter verursacht, mussten Götter diese Wissenslücke füllen. Hatte man schönes Wetter, so glaubte man sich im Einklang mit den  Göttern zu befinden und zog ein Gewitter auf, dann glaubte man die Götter erzürnt zu haben. Logischerweise versuchte man in solchen Situationen mit Opfergaben die Götter wieder gnädig und milde zu stimmen.

Wenn das Gewitter trotz Opfergaben nicht aufhörte, dann glaubte man, dass die Opfergaben zu geringwertig waren und steigerte sie, bis hin zum Menschenopfer. Nach mehreren Jahrhunderten der Beobachtung des Wetters und Aufschlüsselung der  physikalischen Grundlagen, birgt das Wetter keine Geheimnisse mehr. Wir können nicht nur ein  Wettergeschehen beurteilen, sondern mittlerweile auch das Wetter kurzfristig Vorhersagen und dass über die alten Bauernregeln hinaus wie, "wenn der Hahn kräht auf den Mist, ändert sich das Wetter oder es bleibt wie es ist !" Je längerfristig eine Vorhersage gemacht werden soll, um so schwieriger und ungenauer wird sie, bis hin zur reinen Spekulation, weil zu viele  Parameter Einfluss auf das Wetter haben.

Doch wer von uns macht schon seine eigenen Wetterbeobachtungen und versucht auch nur eine Vorhersage daraus abzuleiten ? Kaum jemand. Wir überlassen die Wettervorhersagen lieber anderen und mit dem Argument "die haben es ja studiert" weisen wir jede Schuld von uns, falls die Vorhersage mal nicht stimmt. Es ist eben bequemer, sein eigenes Unvermögen zu vertuschen und auf andere zu schimpfen, als selbst Farbe zu bekennen und eventuell zuzugeben, dass man sich vielleicht auch mal geirrt haben könnte. Dabei ist es gar nicht so schwierig ein Wettergeschehen zu beurteilen und eine Vorhersage daraus abzuleiten.

Wir könnten zwar zu Recht behaupten, dass auf schönes Wetter mit Sicherheit irgendwann schlechtes Wetter folgt und auf schlechtes Wetter folgt garantiert wieder schönes Wetter. Das ist der lauf der Zeit und wir haben immer Recht ! Doch etwas genauer sollte es schon sein und wenn wir Ersteinmahl die physikalischen Zusammenhänge erkennen, kommt der Rest wie von alleine.

Wetter

 

Konzentrieren wir uns zunächst einmal auf physikalische Grundlagen. Um die zu verstehen müssen wir uns zunächst zurückversetzen in die Zeit zwischen 1643 und 1727. Zu jener Zeit lebte der englische Physiker Isaak Newton.      




Apfel
Apfel Erde

Isaak Newton und das Wetter                      

Der Überlieferung nach, soll er als junger Mann an einem schönen Herbsttag unter einem Apfelbaum gelegen haben, als ihm plötzlich ein Apfel auf dem Kopf fiel. Dies war sicherlich nichts besonderes und kann ja mal passieren, wenn man sich unter einem Apfelbaum legt. Doch Isaak Newton ist wohl ins Grübeln gekommen, weil irgendetwas mit der Richtung nicht stimmte.

Er hatte wohl daran gedacht, dass sich die Erde in 24 Stunden einmal um ihre eigene Achse dreht. Eigentlich auch nichts besonderes. Aber am Äquator hat die Erde einen Umfang von rund 40.000 km und 40.000 km geteilt durch 24 Stunden ergibt eine Geschwindigkeit von rund 1.667 km pro Stunde. Das ist gewaltig !

Wenn man jetzt noch den Abstand der Erdoberfläche am Äquator zur Erdachse betrachtet, die mit rund 6.371 km zu Buche schlägt, müsste sich bei dieser Rotation eine Fliehkraft entwickeln, die alles ins Weltall hinausschleudert, was nicht fest mit der Erde verbunden ist.

Doch das passiert nicht ! Der Apfel fällt in die entgegengesetzte Richtung und seine  Fallgeschwindigkeit erhöht sich noch rapide.

Isaak Newton konnte es sich nur so vorstellen, dass die Erde als Masse eine unsichtbare  Anziehungskraft auf alles ausübt was sich auf dieser Erde befindet, ähnlich wie ein Magnet auf eisenhaltige Metalle und kam zu der Überzeugung, dass alles was nicht dieser Kraft unterliegt im Laufe der Millionen von Jahren seit der Erdevolution schon längst im All  verschwunden sein muß.                        

Erde Anziehungskraft
Erde Anziehungskraft

 

Das klingt auch nach unserem heutigen Verständnis sehr plausibel. Denn das bedeutet nichts anderes, als das alles was zu Boden fällt, ob Stein, Schwamm, Wasser usw. dieser Kraft unterliegt. Doch wie sieht es mit der Luft aus ? Unser Planet, also die Erde ist von einer Atmosphäre umgeben , die wir umgangssprachlich einfach als Luft bezeichnen. Auch sie unterliegt dieser Kraft, denn sonst wäre auch sie schon längst im All verschwunden.                              

Was ist eigentlich Luft ?                      

Wenn wir uns unsere Luft einmal genauer anschauen, dann können wir feststellen das Luft aus vielen verschiedenen Gasen besteht. Den größten Anteil mit knapp 78 % bildet Stickstoff, gefolgt vom Sauerstoff mit knapp 21 %. Der Anteil von Argon beträgt 0,9 % und Kohlenstoffoxid 0,04 %  in der Luft. Danach kommen noch viele Gase wie Wasserstoff, Ozon und Edelgase, die für  unsere Betrachtung nur eine untergeordnete Rolle spielen.    

Zusammensetzung Luft
Zusammensetzung Luft

Was stellt ein Gewicht dar und passiert beim Wiegen ?

Da alle Gase der Massenanziehungskraft der Erde unterliegen, haben sie auch jeweils ihr eigenes Gewicht. Denn ein Gewicht spiegelt nur die Intensität der Massenanziehungskraft  wieder. Ein Stein ist nur deshalb schwerer als ein Schwamm, weil er stärker angezogen wird !              

Doch schauen wir uns mal an, was eigentlich bei Wiegen passiert. Am besten sieht man es, wenn wir etwas mit einer Federwaage wiegen. Wir Nehmen die Federwaage in die Hand und Hängen das, was wir wiegen wollen, also unser Wiegegut einfach daran. Eigentlich würde unser Wiegegut durch die Massenanziehungskraft auf den Boden fallen, doch da es an der Federwaage hängt, die wir mit der Hand halten verhindern wir es. Wir erzeugen mit   unseren Muskeln in der Hand und in unserem Arm eine Gegenkraft, die genauso stark ist, wie die Massenanziehungskraft, die auf unser Wiegegut einwirkt. Können wir die nötige Kraft nicht  aufbauen, so können wir unser Wiegegut erst gar nicht anheben oder es nicht mehr halten.              

Diese erzeugte Gegenkraft können wir mitunter in unserem Arm spüren, doch sichtbar wird sie durch die Federwaage. Das Kernstück einer Federwaage ist eine Stahlfeder, die sich unter Zuglast entsprechend dehnt und sich im entlasteten Zustand wieder zusammenzieht. Ein angebrachter Zeiger mit einer Skala macht das Gewicht für uns sichtbar.  

Federwaage
Federwaage
Federwaage2
Federwaage2
Federwaage3
Federwaage3

Gase und Gewichte                      

Zwar können wir das Gewicht eines Gases nicht einfach mit einer Federwaage messen und es macht auch wenig Sinn. Aber im Groben können wir feststellen, schwere Gase werden sich am Erdboden konzentrieren und leichtere Gase, je nach Gewicht in höheren Abständen zum Erdboden sammeln.

Ozon zum Beispiel sammelt sich in höheren Luftschichten ( Ozonschicht )  an, weil es leichter ist als manch ein anderes Gas.                    

( Erdtextur - NASA Blue Marble Project )
Erde

Der Sauerstoff                      

Für uns ist eigentlich nur ein Gas wirklich interessant und das ist der Sauerstoff. Sauerstoff brauchen wir zum Leben oder ohne Sauerstoff kein Leben und Sauerstoff wird bei jeder Verbrennung benötigt oder auch hier, ohne Sauerstoff keine Verbrennung !                 

Wir können zwar zum Mond fliegen, aber im All gibt es kein Sauerstoff, folglich müssen wir den Sauerstoff für den Raketenantrieb ( Verbrennung ) mitführen.                  

Stellt sich als erstes die Frage ob Sauerstoff im Verhältnis zu anderen Gasen eher ein leichteres oder schwereres Gas ist. Die Sauerstoffverteilung in der Luft verrät uns indirekt sein Gewicht. Die höchste Sauerstoffkonzentration haben wir am Erdboden, also an den Füßen. Vielleicht sollten wir mit den Füßen denken, zumindest wäre die Sauerstoffversorgung dort am besten. In einer Höhe von ca. 5.400 m halbiert sich schon die Sauerstoffkonzentration und bei ca. 7.800 m beginnt für uns Menschen die Todeszone, weil unser Körper in dieser Höhe langfristig auf  natürliche Weise nicht mehr mit genug Sauerstoff versorgt werden kann.                

Doch wie können wir uns diese Todeszone vorstellen ? Wir steigen auf einen Berg und wenn wir 7.800 m Höhe erreicht oder überschritten haben fallen wir plötzlich tot um ? Sicherlich nicht ! Unser Körper verfügt über ein intelligentes Notaggregat, das wie folgt funktioniert. Wenn die Sauerstoffkonzentration abnimmt, werden wir kurzatmiger oder anders unser Körper versucht durch mehr Luftvolumen, das durch häufigeres Atmen durch unsere Lungenflügel strömt, den Sauerstoffmangel zu kompensieren.                       

Ein Beispiel : Würden wir auf Meereshöhe eine Arbeit verrichten, bei der wir den Sauerstoffgehalt   von 1 m3 Luft verbrauchen, so werden wir für diese Arbeit in 5.400 m Höhe durch schnelleres Atmen in nahezu gleichen Zeit 2 m3 Luft verbrauchen und so ist unser Sauerstoffhaushalt wieder ausgeglichen.                    

In einer Höhe ab 7.800 m ist unser natürliches Notaggregat einfach überfordert. Durch kurzes, schnelles Atmen versucht unser Körper mehr Sauerstoff aus der Luft zu gewinnen. Trotz aller Anstrengungen reicht es aber leider nicht und das Blut verdickt sich langsam aber sicher, was dann letztendlich zum Tode führt. Mit einem entsprechenden Training kann man zwar die Überlebenszeit in dieser Höhe etwas verlängern, jedoch nicht unbegrenzt ! Kurz, wer auf einem Berg steigt der 8.000 m Hoch ist oder höher, kann sein Fähnchen dort platzieren und ein Foto machen. Dann sollte er sich schleunigst auf den Rückweg machen, falls er nicht für immer  dort oben bleiben möchte, oder er muss seinem Körper zusätzlichen mit Sauerstoff versorgen.

Berg
Sonne
Wind
Wind

. . .  und es geht weiter  

Heinz Rose

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