Und umgekehrt: Gefrieren macht warm. Wie bitte?

(Das ist die Fortsetzung von Schmelzen macht kalt, nicht warm. Oder: Moleküle auf dem Schulhof. Sie können aber auch erst hier weiterlesen. Immer hin und her geschickt werden ist ja auch doof.)

Die Energiequelle für Tropenstürme schützt Obstbaumblüten vor kalten Nächten.

Wenn Wasserdampf zu Wassertröpfchen kondensiert, wird die Umgebung wärmer.  Das Gleiche passiert auch,  wenn flüssige Wassertropfen zu Eis gefrieren.

Stellen Sie sich eine Tanzfläche vor, und daneben eine Reihe von Stühlen. Auf der Tanzfläche wirbeln Leute wild herum. Auf den Stühlen sitzen sie ruhig da.

So ähnlich ist es mit den Wassermolekülen. Erst bewegen sie sich frei umher – als gasförmiger Wasserdampf.  Jedes Molekül zittert, wirbelt und dreht sich um sich selbst. Wenn sie weniger Energie haben, bewegen sie sich nicht mehr so unabhängig voneinander fort. Weil ihre Eigenbewegung dann abnimmt, können die Anziehungskräfte zwischen den Molekülen sie näher aneinander ziehen. Sie bewegen sich zwar noch unabhängig voneinander, aber nicht mehr voneinander fort – sie rutschen gewissermaßen durcheinander, als flüssiges Wasser. Haben sie noch weniger Energie, zittern und drehen sie sich nur noch auf der Stelle. Jetzt bilden sie feste Bindungen zu festen Nachbarn aus und werden zu einem Kristallgitter: Das Wasser ist zu Eis gefroren.

Das war jetzt vielleicht nichts Neues. Aber warum wird die Umgebung wärmer, wenn Wasser gefriert? Na, was passiert, wenn von den 30 Tänzern auf der Tanzfläche die 5, die am müdesten sind, sich setzen? Dann ist die Durchschnittsenergie der verbliebenen Tänzer automatisch höher. Auf die Wassermoleküle übertragen, entspricht diese Energie der Wärme. Die „lahmsten” Moleküle setzen sich hin kristallisieren. Wenn die müden „Tänzer” runter sind von der Tanzfläche, nimmt dort die durchschnittliche Eigenbewegung ( = Wärme) zu.

Diesen Effekt machen sich Obstbauern zu Nutze, um die Blüten Ihrer Obstbäume in späten Frostnächten vor Kälte zu schützen: Sie berieseln die Bäume die ganze Nacht mit Wasser. Das Wasser gefriert dann zwar auf den Blüten. Aber während die Nachtluft bis zu den Morgenstunden immer kälter wird, bildet das Sprühwasser immer neue Eisschichten auf der Blüte. Und beim Gefrieren wärmt es die Umgebung – also die Blüte – ein wenig auf. Deshalb wird dieser unter dem Eismantel sehr viel weniger kalt, als wenn sie ungeschützt der Luft ausgesetzt wäre. (Das weiß ich aus der Sendung mit der Maus, dort wurde die so genannte Frostschutzberegnung mal vorgestellt.

Das gleiche physikalische Prinzip versorgt aber auch Gewitter und Tropenstürme mit Energie. Z. B. so: Warmes, tropisches Meerwasser verdampft. Die warme Luft über der Meeresoberfläche sättigt sich mit Luftfeuchtigkeit. Warme Luft steigt bekanntlich auf und kühlt dann etwas ab, weil sie da oben mehr Platz hat und der Luftdruck sinkt (weniger Druck = weniger Wärme). Durch die Abkühlung verwandelt sich ein Teil des gasförmigen Wasserdampfs zurück in flüssige Wassertröpfchen – er kondensiert, Wolken bilden sich.

Dadurch erhält die Luft, die sich ja eigentlich gerade durch den sinkenden Druck abkühlt, wieder mehr Wärme. Die wiederum wirkt als Auftriebsmittel – die Luftmasse steigt noch ein Stück höher, dorthin, wo der Luftdruck noch geringer ist, weshalb sie wieder weiter abkühlt, so dass wieder einen Teil des Wasserdampfs kondensiert, was der Luft wiederum erneut Wärme und damit Auftrieb gibt ….

Der Wasserdampfanteil verleiht der Luftmasse gewissermaßen Flügel. Die Wärme, die die Wassertröpfchen bei der Kondensation an die sie umgebende Luft abgeben, sorgen dafür, dass warme und feuchte Luft insgesamt viel weiter aufsteigt, als es bei trockener, warmer Luft der Fall wäre.  Und dieser Aufwärtsdynamik kann auch Gewitter und Wirbelstürme entstehen lassen.

(Das ist noch längst nicht alles, was man zur Entstehung von Wirbelstürmen sagen muss: Die entstehen z. B. , wenn über warmen Meeren, aber nicht direkt am Äquator, sehr feuchte Luft aufsteigt und dabei jede Menge Wolken bildet, so dass sich ein gigantischer, senkrechter „Luftkanal” entstehen lässt, der durch die Erdrotation in eine Drehung versetzt wird, in der Mitte ein Auge ausbildet, in dem die Luft zurück nach unten strömt, und … ach, das die Entstehung von Wirbelstürmen ist ein tolles Thema, aber zuviel für jetzt. Dazu schreibe ich später mal etwas,  oder  Sie gucken sich’s hier an oder lesen es hier nach, wenn Sie möchten.)

Was mir hier am Herzen liegt: Es ist die Kondensationswärme des Wasserdampfs, die dafür sorgt, dass die Luft vom Meeresspiegel schnell und weit nach oben steigt.

P.S: Und wenn Sie ein vielleicht nutzloses, aber schönes Fremdwort mitnehmen wollen, dann empfehle ich „adiabatisch”. So heißt es, wenn sich die Wärme einer Luftmasse rein durch Veränderungen der inneren Energie ändert, also ohne dass sie Wärme von außen erhält oder dorthin abgibt – so wie unsere aufsteigende Luftmasse, die ihren Wasserdampfanteil zu Wärme machte.

Ja, natürlich brauchen wir Nichtmeteorologen dieses Wort nicht. Aber vielleicht ist es doch irgendwann mal nützlich. In einem Beziehungsgespräch zum Beispiel. „Du bist in letzter Zeit aber auch so … adiabatisch mir gegenüber.” Oder wenn Sie mal ein Kunstwerk kommentieren müssen. „Dieses adiabatische, adialogische Nur-Präsentsein der Skulptur berührt mich sehr.” Da macht sich das doch schön, oder nicht?

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