§. 07. Tropischer Regen
70. Aber lange bevor die Luft und der Dampf vom Äquator die Pole erreichen, hat Niederschlag stattgefunden. Überall. wo sich ein feuchter, warmer Wind mit einem kalten, trockenen vermischt, fällt Regen. In der Tat finden die schwersten Regen an solchen Orten statt, wo die Sonne senkrecht über dem Scheitel steht. Wir wollen etwas genauer ihrem Ursprunge nachforschen.
71. Füllen Sie eine Blase ungefähr zu zwei Drittel mit Luft in der Höhe des Meeresspiegels und nehmen Sie dieselbe mit auf den Gipfel des Mont-Blanc. Während Sie hinaufsteigen, dehnt sich die Blase mehr und mehr aus; auf dem Gipfel des Bergs ist sie vollkommen ausgedehnt und hat augenscheinlich einem Druck von innen zu widerstehen. Wenn Sie zur Hohe des Meeresspiegels zurückkehren, werden Sie finden, dass die Gespanntheit verschwindet, und die Blase zuletzt wieder so schlaff erscheint wie im Anfange.
72. Die Ursache davon ist klar. In der Höhe des Meeresspiegels hat die Luft innerhalb der Blase den Druck der ganzen Atmosphäre zu tragen und wird dadurch in einen verhältnismäßig engen Raum zusammengepresst. Indem Sie den Berg in die Höhe steigen, lassen Sie mehr und mehr von der Atmosphäre zurück; der Druck wird immer geringer, und vermöge ihrer Ausdehnungskraft schwillt die Luft in der Blase an in dem Grade, als sich der Druck verringert. Auf dem Gipfel des Bergs ist die Ausdehnung ganz ausreichend, um die Blase anzuspannen, weil der Druck innerhalb gegenwärtig größer ist als der von außen. Auch mit Hilfe einer Luftpumpe können wir die Ausdehnung eines Ballons, der zum Teil mit Luft gefüllt ist, zeigen, wenn der äußere Druck teilweise entfernt wird.
73. Aber weshalb verweile ich bei diesen Erörterungen? Einfach deshalb, um Ihnen klar zu machen, dass die unbegrenzte Luft, welche an der Erdoberfläche erwärmt wird und durch ihre Leichtigkeit aufsteigt, sich mehr und mehr ausdehnen muss, je höher sie in der Atmosphäre kommt.
74. Und nun muss ich Ihnen eine neue Tatsache vorführen, für deren Feststellung ich einige Zeit gearbeitet habe. Es ist folgende: Die aufsteigende Luft wird durch ihre Ausdehnung abgekühlt. In der Tat ist diese Abkühlung eine Quelle für die Kälte der hohen Luftregionen. Und nun richten Sie Ihr Auge auf jene gemischten Ströme von Luft und Wasserdampf, welche aus dem warmen tropischen Ozean emporsteigen. Sie gehen mit reichlich genug Wärme aus, um den Dampf als Dampf zu bewahren; aber indem sie aufsteigen, kommen sie schon in abgekühlte Regionen und werden durch ihre eigene Ausdehnung noch mehr abgekühlt. Die Folge hiervon kann vorausgesehen werden. Die Dampfladung wird zum großen Teil niedergeschlagen, dichte Wolken bilden sich, ihre Teilchen vereinigen sich zu Regentropfen, welche täglich in so dichten Güssen fallen, dass das Wort „strömend“ gebraucht wird, um die Reichlichkeit des Regenfalls zu bezeichnen. Ich könnte Ihnen diese Abkühlung, welche durch die Ausdehnung entsteht, zeigen und auch den darauffolgenden Niederschlag als Wolken.
75. Auf diese Weise ist, lange bevor die Luft des Äquators die Pole erreicht, ein großer Teil des Dampfes aus ihr entfernt, indem er als Regen auf die Erde wieder herniedergekommen ist. Dennoch wird ein guter Teil des Dampfes weiterbefördert, welcher in nördlichen und südlichen Ländern Hagel, Regen und Schnee liefert.
Erläuternde Versuche.
76. Ich habe gesagt, dass die Luft bei ihrer Ausdehnung abgekühlt wird. Sie können dies auf folgende Art beweisen. In einen eisernen Kasten, welcher mit einem Hahn versehen ist, können Sie vermittels einer dichten Spritze, welche an den Hahn geschraubt ist, Luft hineinpressen. Tun Sie das so lange, bis die Dichtigkeit der Luft im Kasten verdoppelt oder verdreifacht ist. Unmittelbar nach dieser Verdichtung ist der Kasten sowohl als auch die Luft in derselben warm, was durch einen geeigneten Thermometer bewiesen werden kann. Drehen Sie den Hahn um und gestatten Sie der zusammengepressten Luft in die Atmosphäre zu strömen. Wenn Sie den Strom an einem Thermometer vorbeistreichen lassen, wird letzterer sichtbar abgekühlt, und mit andern Instrumenten kann man die Abkühlung noch deutlicher machen. Selbst mit der Hand fühlt man die Abkühlung der sich ausdehnenden Luft.
77. Werfen Sie ein starkes Licht, z. B. einen konzentrierten Sonnenstrahl in den herauskommenden Strom; wenn die zusammengepresste Luft gewöhnliche feuchte Luft ist, so sehen Sie, wie eine kleine Wolke sich niederschlägt, welche durch die Abkühlung, die die Ausdehnung begleitet, entstanden ist. Diese Wolkenbildung kann jedoch noch besser auf folgende Art dargestellt werden:
78. Lassen Sie in ein dunkles Zimmer einen starken Lichtstrahl durch eine drei Fuß lange und drei Zoll breite Glasröhre fallen, welche an ihren Enden durch Glasplatten geschlossen ist. Verbinden Sie die Rohre durch einen Hahn mit einem Gefäß, das ungefähr ein Viertel so viel Raum wie die Röhre hat und aus welchem die Luft vermittels einer Luftpumpe entfernt worden ist. Der Zylinder der Luftpumpe selbst eignet sich hierzu vortrefflich. Füllen Sie die Glasröhre mit feuchter Luft; dann drehen Sie einfach den Hahn, welcher sie mit dem entleerten Gefäß in Verbindung setzt. Durch den größeren Raum dehnt sich die Luft aus. Kälte begleitet die Ausdehnung, und als eine Folge davon wird die Röhre unmittelbar mit einer dichten und glänzenden Wolke angefüllt. Wenn Sie den Versuch für sich allein machen, so können Sie die Wolke bei gewöhnlichem Tageslicht sehen; es ist bekannt, dass in der Tat die plötzliche Entleerung irgendeines mit feuchter Luft angefüllten Behälters eine solche Verdichtung hervorbringt.
79. Auch andere Dämpfe als solche aus Wasser können auf diese Art niedergeschlagen werden; einige von ihnen bilden Wolken von außerordentlichem Glanz und in Regenbogenfarben spielend, wie man sie zuweilen, aber nicht häufig, über den Alpen schweben sieht.
80. In der Wissenschaft ist das, was für Kleines wahr ist, auch für Großes wahr. Indem wir auf diese Art die Bedingungen, welche wir in großem Maßstab in der Natur beobachtet haben, in Verbindung bringen, erhalten wir in kleinem Maßstab die Erscheinungen der atmosphärischen Luft.
71. Füllen Sie eine Blase ungefähr zu zwei Drittel mit Luft in der Höhe des Meeresspiegels und nehmen Sie dieselbe mit auf den Gipfel des Mont-Blanc. Während Sie hinaufsteigen, dehnt sich die Blase mehr und mehr aus; auf dem Gipfel des Bergs ist sie vollkommen ausgedehnt und hat augenscheinlich einem Druck von innen zu widerstehen. Wenn Sie zur Hohe des Meeresspiegels zurückkehren, werden Sie finden, dass die Gespanntheit verschwindet, und die Blase zuletzt wieder so schlaff erscheint wie im Anfange.
72. Die Ursache davon ist klar. In der Höhe des Meeresspiegels hat die Luft innerhalb der Blase den Druck der ganzen Atmosphäre zu tragen und wird dadurch in einen verhältnismäßig engen Raum zusammengepresst. Indem Sie den Berg in die Höhe steigen, lassen Sie mehr und mehr von der Atmosphäre zurück; der Druck wird immer geringer, und vermöge ihrer Ausdehnungskraft schwillt die Luft in der Blase an in dem Grade, als sich der Druck verringert. Auf dem Gipfel des Bergs ist die Ausdehnung ganz ausreichend, um die Blase anzuspannen, weil der Druck innerhalb gegenwärtig größer ist als der von außen. Auch mit Hilfe einer Luftpumpe können wir die Ausdehnung eines Ballons, der zum Teil mit Luft gefüllt ist, zeigen, wenn der äußere Druck teilweise entfernt wird.
73. Aber weshalb verweile ich bei diesen Erörterungen? Einfach deshalb, um Ihnen klar zu machen, dass die unbegrenzte Luft, welche an der Erdoberfläche erwärmt wird und durch ihre Leichtigkeit aufsteigt, sich mehr und mehr ausdehnen muss, je höher sie in der Atmosphäre kommt.
74. Und nun muss ich Ihnen eine neue Tatsache vorführen, für deren Feststellung ich einige Zeit gearbeitet habe. Es ist folgende: Die aufsteigende Luft wird durch ihre Ausdehnung abgekühlt. In der Tat ist diese Abkühlung eine Quelle für die Kälte der hohen Luftregionen. Und nun richten Sie Ihr Auge auf jene gemischten Ströme von Luft und Wasserdampf, welche aus dem warmen tropischen Ozean emporsteigen. Sie gehen mit reichlich genug Wärme aus, um den Dampf als Dampf zu bewahren; aber indem sie aufsteigen, kommen sie schon in abgekühlte Regionen und werden durch ihre eigene Ausdehnung noch mehr abgekühlt. Die Folge hiervon kann vorausgesehen werden. Die Dampfladung wird zum großen Teil niedergeschlagen, dichte Wolken bilden sich, ihre Teilchen vereinigen sich zu Regentropfen, welche täglich in so dichten Güssen fallen, dass das Wort „strömend“ gebraucht wird, um die Reichlichkeit des Regenfalls zu bezeichnen. Ich könnte Ihnen diese Abkühlung, welche durch die Ausdehnung entsteht, zeigen und auch den darauffolgenden Niederschlag als Wolken.
75. Auf diese Weise ist, lange bevor die Luft des Äquators die Pole erreicht, ein großer Teil des Dampfes aus ihr entfernt, indem er als Regen auf die Erde wieder herniedergekommen ist. Dennoch wird ein guter Teil des Dampfes weiterbefördert, welcher in nördlichen und südlichen Ländern Hagel, Regen und Schnee liefert.
Erläuternde Versuche.
76. Ich habe gesagt, dass die Luft bei ihrer Ausdehnung abgekühlt wird. Sie können dies auf folgende Art beweisen. In einen eisernen Kasten, welcher mit einem Hahn versehen ist, können Sie vermittels einer dichten Spritze, welche an den Hahn geschraubt ist, Luft hineinpressen. Tun Sie das so lange, bis die Dichtigkeit der Luft im Kasten verdoppelt oder verdreifacht ist. Unmittelbar nach dieser Verdichtung ist der Kasten sowohl als auch die Luft in derselben warm, was durch einen geeigneten Thermometer bewiesen werden kann. Drehen Sie den Hahn um und gestatten Sie der zusammengepressten Luft in die Atmosphäre zu strömen. Wenn Sie den Strom an einem Thermometer vorbeistreichen lassen, wird letzterer sichtbar abgekühlt, und mit andern Instrumenten kann man die Abkühlung noch deutlicher machen. Selbst mit der Hand fühlt man die Abkühlung der sich ausdehnenden Luft.
77. Werfen Sie ein starkes Licht, z. B. einen konzentrierten Sonnenstrahl in den herauskommenden Strom; wenn die zusammengepresste Luft gewöhnliche feuchte Luft ist, so sehen Sie, wie eine kleine Wolke sich niederschlägt, welche durch die Abkühlung, die die Ausdehnung begleitet, entstanden ist. Diese Wolkenbildung kann jedoch noch besser auf folgende Art dargestellt werden:
78. Lassen Sie in ein dunkles Zimmer einen starken Lichtstrahl durch eine drei Fuß lange und drei Zoll breite Glasröhre fallen, welche an ihren Enden durch Glasplatten geschlossen ist. Verbinden Sie die Rohre durch einen Hahn mit einem Gefäß, das ungefähr ein Viertel so viel Raum wie die Röhre hat und aus welchem die Luft vermittels einer Luftpumpe entfernt worden ist. Der Zylinder der Luftpumpe selbst eignet sich hierzu vortrefflich. Füllen Sie die Glasröhre mit feuchter Luft; dann drehen Sie einfach den Hahn, welcher sie mit dem entleerten Gefäß in Verbindung setzt. Durch den größeren Raum dehnt sich die Luft aus. Kälte begleitet die Ausdehnung, und als eine Folge davon wird die Röhre unmittelbar mit einer dichten und glänzenden Wolke angefüllt. Wenn Sie den Versuch für sich allein machen, so können Sie die Wolke bei gewöhnlichem Tageslicht sehen; es ist bekannt, dass in der Tat die plötzliche Entleerung irgendeines mit feuchter Luft angefüllten Behälters eine solche Verdichtung hervorbringt.
79. Auch andere Dämpfe als solche aus Wasser können auf diese Art niedergeschlagen werden; einige von ihnen bilden Wolken von außerordentlichem Glanz und in Regenbogenfarben spielend, wie man sie zuweilen, aber nicht häufig, über den Alpen schweben sieht.
80. In der Wissenschaft ist das, was für Kleines wahr ist, auch für Großes wahr. Indem wir auf diese Art die Bedingungen, welche wir in großem Maßstab in der Natur beobachtet haben, in Verbindung bringen, erhalten wir in kleinem Maßstab die Erscheinungen der atmosphärischen Luft.
Dieses Kapitel ist Teil des Buches Das Wasser in seinen Formen als Wolken und Flüsse, Eis und Gletscher.