Der Schlüssel zur Erklärung: die Luftfeuchtigkeit

Luft kann Wasserdampf aufnehmen – wenn es sein muss, eine ganze Menge. An schwülen Tagen ist das regelrecht spürbar. Doch das funktioniert nur bis zu einer bestimmten Sättigungsgrenze. So kann ein Kubikmeter Luft bei einer Temperatur von 10 Grad und bei atmosphärischem Normaldruck maximal 9,41 Gramm Wasser aufnehmen. Ist dieser Gehalt überschritten, kondensiert ein Teil des Wasserdampfs und schlägt sich in winzigen Tropfen nieder. 

So weit, so gut. Doch bei Nebel kommt noch ein weiterer physikalischer Effekt hinzu: Je höher die Temperatur, desto mehr Wasser kann Luft aufnehmen. Bei 30 Grad kann ein Kubikmeter Luft schon bis zu 30,38 Gramm Wasser aufnehmen, bei 60 Grad sind es sogar mehr als 100 Gramm Wasser. Kühlen solche warmen Luftmassen mit einer relativ hohen Luftfeuchtigkeit dann wieder ab, muss die Luft wohl oder übel etwas von ihrem Wasseranteil abgeben. Das Wasser kondensiert, es bilden sich winzige Tröpfchen, die fein verteilt in der Luft als Nebel oder Dunst sichtbar werden. Diese Tröpfchen sind übrigens wesentlich kleiner als die Wassertropfen in einer Wolke, da geht es um Größenordnungen von nur wenigen hundertstel Millimetern. 

Für den Nebel müssen also zwei Bedingungen erfüllt sein: Die Luft muss viel Feuchtigkeit aufgenommen haben und sie muss aus irgendwelchen Gründen plötzlich abkühlen. Nebel ist im Grunde ein faszinierendes Begleitphänomen aus dem ständigen Wechselspiel von Verdunsten und Kondensieren von Wasser.

(Bild: stevepb / Pixabay)

Herbstnebel über den Feldern

Es ist schon bezeichnend, dass es Herbstnebel als Begriff gibt, aber keinen Frühlings- oder Sommernebel. Warum es im Herbst häufiger zu Nebel kommt, hat zu tun mit den großen Temperaturunterschieden zwischen Tag und Nacht. Ist es tagsüber noch schön warm, kann die Luft relativ viel Feuchtigkeit aufnehmen. Doch das Erdreich kühlt in den klaren Nächten bereits ziemlich stark ab. Und mit ihm die angrenzenden Luftschichten, in denen sich deswegen prompt Nebel bildet. So kommt es zu den morgendlichen Herbstnebeln über den Feldern, die unter die Kategorie Strahlungsnebel fallen. Der Bodenwärmehaushalt spielt da die entscheidende Rolle. Das Erdreich kühlt schneller aus als versiegelte Flächen wie Straßen.

Scheint am Tag die Sonne, erwärmt sich die Luft wieder. Dann können die in der Nacht kondensierten Wassertröpfchen schnell verdunsten, also in Wasserdampf übergehen und von der Luft abtransportiert werden. Herbstnebel lösen sich deswegen meist rasch auf. Im Winter klappt das nicht so gut, dann hat die Sonne nicht genug Kraft und es bleibt mitunter den ganzen Tag über trüb.

Über den Wolken: Inversion in den Bergen

Es ist ein irres Wetterphänomen: Man steht im Winter bei warmem Sonnenschein und blauem Himmel auf dem Feldberg im Schwarzwald – oder einem anderen Gipfel eines Mittelgebirges oder der Alpen. Und man ist gleichzeitig über den Wolken: Denn in den Tälern wabern dicke Nebelschwaden, die keine Chance haben, sich aufzulösen. Wie dieser Nebel entsteht, ist relativ klar: Der erdnahen Luftschichten sind ausgekühlt, es bildet sich Nebel. Doch warum steigt er nicht nach oben und löst sich auf?

Zum einen ist eine Inversionswetterlage nur gegeben, wenn warme und kalte Luftmassen klar getrennt sind. Die warme Luft in größerer Höhe bildet eine kompakte Schicht, während sich in der kalten Luftschicht darunter der Nebel staut. Und dann kommt noch eine besondere Eigenschaft des Nebels ins Spiel: Er kann das Sonnenlicht besonders gut reflektieren und wärmt sich dadurch aber selbst nur schwer auf. Fachleute sprechen da von der Albedo, das ist das Rückstrahlvermögen von Oberflächen. Nebel hat einen Albedo-Wert von etwa 0,9, ähnlich wie Neuschnee. Zum Vergleich: Bei Wüstensand beträgt dieser Wert nur 0,3, bei Asphalt nur 0,15. Kein Wunder, dass sich Städte so stark aufheizen!

Einschub: Optische und akustische Finessen von Nebel

Wie Nebel Sonnenstrahlen hervorzaubert

Als Fotomotiv sind sie total beliebt: Sonnenstrahlen, die durch den Nebel brechen. Aber warum sind sie da zu sehen und sonst nicht? Physiker sprechen da vom Tyndall-Effekt, gemeint ist die Streuung von Licht an mikroskopisch kleinen Schwebeteilchen. John Tyndall untersuchte das zwar an Flüssigkeiten mit Schwebeteilchen, aber im Nebel mit seinen vielen winzigen Wassertröpfchen funktioniert das genauso. Nur so sind auch die Lichtkegel von Autos im Nebel zu erklären. 

Warum Geräusche im Nebel näher klingen

Vielleicht liegt es auch ein bisschen daran, dass es bei Nacht und Nebel so unheimlich ist und man wenig sieht. Jedenfalls habe ich oft den Eindruck, dass Geräusche bei Nebel irgendwie dumpfer klingen – und vor allem näher. Tatsächlich können die Schallwellen durch Wasserdampf in der Luft abgelenkt werden. Je ungleicher die Luft bei Tag durch die Sonnenstrahlen erwärmt und durchmischt wird, umso schwerer haben es Schallwellen. Sie werden dann öfter aus der Bahn geworfen und abgelenkt. Bei Nebel dagegen sind die Bedingungen homogener, der Schall kann sich ungehinderter ausbreiten. Deswegen sind Nebelhörner so besonders gut zu hören. Auch in einer gleichmäßig erwärmten Nachtluft kann sich der Schall besser fortpflanzen als bei Tag. John Tyndall hat übrigens auch dieses Phänomen untersucht. Sein Merksatz: Optische Trübung entspricht akustischer Klarheit und umgekehrt.

(Bild: sectorZwo / Pixabay)

Herbstlicher Dunst über dem See

Während alle Nebelformen bisher etwas mit Abkühlung von Luftschichten zu tun hatten, ist der Fall bei herbstlichem Dunst über dem See ganz anders gelagert. Dort hat man es mit Verdunstungsnebeln zu tun. Der See hat noch viel von der Wärme des Sommers gespeichert und gibt Feuchtigkeit an die angrenzende Luftschicht ab. Das geht aber nur so lange gut, bis die Luft irgendwann genug hat, also mit Feuchtigkeit gesättigt ist. Der Wasserdampf, den sie dann nicht mehr aufnehmen kann, kondensiert und bildet winzige Tröpfchen – Nebel!

Wolkenfetzen über den Baumwipfeln: Bergnebel

Es ist das Nebelphänomen, das mich im Sommer mit schlechtem Wetter im Schwarzwald versöhnt: Bergnebel. Nach einem Regenguss sind entlang der Berghänge plötzlich Wolkenfetzen zu sehen, die aus dem Nichts zu kommen scheinen. Die feuchte, warme Luft steigt entlang der Berghänge nach oben, der Luftdruck nimmt ab. Die Luft kann sich ausdehnen. Damit geht eine Abkühlung einher, die etwa einem Grad Celsius pro 100 Metern Höhe entspricht. Und irgendwann kondensiert der Wasserdampf zu den verwunschenen Wattewölkchen, die immer so ein Hingucker sind. Wer's genauer wissen will: Bergnebel sind orografische, also durch Hangneigungen geprägte Nebel, die infolge einer adiabatischen Abkühlung entstehen, also infolge der veränderten Luftdruckverhältnisse.

Nebelschwaden über der Ostsee: Berührungsnebel

Der Berührungsnebel (Advektionsnebel) an der Ostsee ist typisch fürs Frühjahr. Das Meerwasser ist noch kalt, aber von Süden strömen warme, feuchte Luftmassen heran. Ihr ahnt es schon: Es hat natürlich mit der Abkühlung der Luftmassen über der Wasseroberfläche zu tun, wenn sich dann Nebel bildet. Und dieser See- oder Küstennebel kann sich verdammt lange halten.

Genug der Erklärung? Am besten einfach staunen und genießen ...

Unglaublich, wie viele Faktoren beim Phänomen Nebel eine Rolle spielen: Luftfeuchtigkeit, Bodenwärmehaushalt, Luftdruck, das Rückstrahlvermögen von selbst nicht leuchtenden Oberflächen und, und, und. Ich hatte mir die Erklärung wirklich leichter vorgestellt. Meteorologen haben wirklich keinen leichten Job. Da habe ich's schon besser: einfach staunen und genießen!

Fotos: pixabay.com

Mondstein, am 29.06.2015
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