Das Wetter

Wenn Sie schon mal einen Fahrradreifen aufgepumpt haben, dann kennen Sie auch den Grund, warum es auf der 3842 Meter hohen Aiguille du Midi um rund 18 Grad, manchmal sogar um satte 28 Grad kälter sein kann als im 2807 Meter tiefer gelegenen Chamonix - es ist derselbe, der auch die Fahrradpumpe in Ihrer Hand heiß werden lässt. Beim Pumpen pressen Sie die Luft durch das Ventil in den Reifen und erhöhen damit den Druck: mehr Druck gleich wärmere Luft. Also warmes Ventil!

Aber von Anfang an. Wir alle haben es nicht leicht! Im Gegenteil, jeder von uns schleppt eine gewaltige Last mit sich herum, gut und gern 18 Tonnen. So viel wiegt - umgerechnet auf die durchschnittliche Körperoberfläche - die Luftsäule über jedem von uns. Denn Luft wiegt nicht nichts, sondern rund ein Kilogramm pro Kubikmeter. Und zwischen unsere Frisur und die Höhe, ab der das Weltall beginnt, passen viele dieser Luftwürfel - den Begriff für diese drückende Last kennt jedes Kind: Luftdruck. Wichtig dabei: Der Luftdruck nimmt ab, je weiter man in die Höhe kommt, denn die Luftsäule über einem wird ja nun immer kürzer und deshalb auch immer leichter. Schließlich liegt auf einem hohen Alpengipfel viel Luft bereits unter uns und kann so keinen Druck mehr ausüben. Weil man Luft zusammendrücken kann, sie also komprimierbar ist, ist die Luftdichte unten am größten und wird mit der Höhe immer geringer, sprich, jeder unserer Kubikmeterwürfel wird mit der Höhe immer leichter.

Dazu kommt jetzt noch mal die Erkenntnis aus dem Radaufpumpen: Druck erzeugt Wärme - dort, wo hoher Druck herrscht, mehr als dort, wo er niedrig ist. Deshalb ist es auch im Tal meist wärmer als auf dem Gipfel; je nach meteorologischem Ansatz nimmt die Temperatur meist zwischen 0,5 und 1 Grad pro 100 Höhenmeter ab.

Wer es genauer wissen will

Luftdruck: Die Last, die wir
ständig tragen

Luft wiegt nicht nichts. Ein Luftwürfel von 1 Kubikmeter Ausdehnung bringt es in Bodennähe auf rund 1 Kilogramm, genau genommen sogar 1,226 Kilogramm. In die ganze Atmosphäre passen ziemlich viele solcher Luftwürfel, denn alle 511 Millionen Quadratkilometer Erdoberfläche haben Luft über sich, hinauf bis zu jeder Stelle, wo die Atmosphäre ins Weltall übergeht. Deshalb wiegt unsere aus dem Weltall so zierlich aussehende und verletzliche Atmosphäre am Ende auch beeindruckende 5 Billiarden Tonnen - kein Leichtgewicht also. Diese Luft übt nun einen Druck auf die unter ihr liegende Fläche aus, das nennen wir Luftdruck, den kann man mit einem Barometer messen. Und diesem Druck müssen freilich auch wir standhalten, denn jeder von uns hat das Gewicht der Luftsäule zu tragen, die über ihm liegt.

Wie viel ist das? Lassen Sie uns dazu mal ein bisschen rechnen: Der mittlere Luftdruck auf der Erde beträgt 1013,25 Hektopascal (hPa) oder 101 325 Pascal. Weil 1 Pascal, die Druckeinheit, 1 Newton (N) pro Quadratmeter entspricht und die Erdbeschleunigung 9,81 N/kg beträgt - da der Planet alles immer zu seinem Mittelpunkt ziehen will -, muss man nun aufschreiben: (101 325 N/m2)/(9,81 N/kg). Wenn man dann wie im Physikunterricht der Mittelstufe konzentriert rechnet und bei den Einheiten gut aufpasst, steht da nun 10 328,7 Nkg/Nm2. Weil N/N 1 ist und sich damit »wegkürzt«, wie Mathematiker in so einem Fall zufrieden resümieren, heißt das nichts anderes, als dass auf jedem Quadratmeter knapp 10 329 Kilogramm lasten, also rund 10 Tonnen. Jetzt muss jeder Einzelne von uns nur noch flott seine Körperoberfläche anschauen - bitte nicht entmutigen lassen -, und schon kennt man die höchstpersönliche Luftlast, die man tragen muss, ob man will oder nicht. Wenn Sie - rein von der Körpergröße her - ein Durchschnittsmensch sind, so haben Sie eine Körperoberfläche von 1,73 Quadratmetern. Dann lasten stets 17 869 Kilogramm, also knapp 18 Tonnen auf Ihnen, da der Druck immer aus allen Richtungen gleichmäßig auf uns einwirkt.

So, nun einmal durchatmen und diesen Abschnitt noch mal lesen, dann bekommt man richtig Freude an der Zahlenjonglage! Wenn wir Sie mit unserer Begeisterung aber nicht anstecken konnten, dann zeigen wir hiermit größtmögliches Verständnis, und Sie merken sich einfach: »Ich muss stets knapp 18 Tonnen Luft tragen.«

Warum ist das aber nicht anstrengend? Weil unser Körper so gestaltet ist, dass er mit seinem Innendruck diesen Außendruck ausgleicht. Deshalb wäre es sogar ganz schlecht, wenn genau dieser Außendruck fehlen würde! Denn was würde passieren, wenn ein Mensch ein Raumschiff im Weltall ohne Raumanzug verließe? Ganz praktisch würde er sofort ersticken, weil der Sauerstoff fehlte. Um diesen sofortigen Tod zu vermeiden, würde man sicher spontan versuchen, die Luft anzuhalten. Weil sich die Luft im Körper ohne den Außendruck aber sofort stark ausdehnt, würde unsere Lunge nicht standhalten und schlicht platzen. So, wie es einem Taucher widerfahren würde, wenn er mit einer Luftflasche tauchen und bei einem raschen Aufstieg die Luft anhalten würde. Darum ist das einer der wichtigsten Sätze in der Tauchausbildung: »Nie die Luft anhalten, immer atmen!«

Neben der platzenden Lunge würden zu allem Überfluss auch noch unsere Körperflüssigkeiten beginnen zu kochen. Denn bei abnehmendem Druck sinkt der Siedepunkt schnell. Betrachten wir dazu einmal Wasser, denn unser Körper besteht zu 60 bis 80 Prozent aus Wasser. Auf Meeresspiegelhöhe beträgt der Siedepunkt bekanntlich 100 Grad Celsius. Nun nimmt dieser pro 100 Meter, die man nach oben steigt, durch die Abnahme des Luftdrucks aber um circa 0,34 Grad ab. Besteigt man zum Beispiel den höchsten Alpenberg, den Mont Blanc mit seinen 4807 Metern, dann muss man 100 Grad minus 48 x 0,34 Grad rechnen und erhält etwa 84 Grad. Dort oben kocht Wasser also schon bei 84 Grad und erwärmt sich dann auch nicht weiter. Ein gekochtes Mont-Blanc-Ei fordert uns demnach viel Geduld ab, weil es ewig lange braucht, bis es fertig ist.

Wenn es nun weiter bergauf geht, wird das Problem klar: Auf dem Gipfel des 8848 Meter hohen Mount Everest kocht Wasser bei 70 Grad, und auf knapp 19 000 Meter Höhe würde es - Achtung! - schon bei 37 Grad kochen. Das ist unsere Körpertemperatur, und deshalb ist es gut, dass kein zu besteigender Berg auf diesem Planeten so hoch ist. Und wenn der Druck wie im Weltall eben weg ist, dann kochen Wasser und andere Flüssigkeiten sofort. Also ist der Kauf eines guten Raumanzugs auch für Weltraumtouristen immer eine vernünftige Investition, oder aber man bleibt - wie es wohl die meisten von uns instinktiv bevorzugen würden - gleich im kuscheligen Raumschiff. Hier lässt sich auch gut erkennen, warum keine Raumstation mit Weltraumschrott kollidieren möchte. Bei so einem Zusammenstoß mit rund 28 000 Kilometern pro Stunde könnten die Trümmer Außenwände oder Fenster der Station durchschlagen, und dann würde die Luft sofort mit all den gerade beschriebenen Folgen entweichen.

Verlassen wir das Weltall jetzt aber wieder und schauen noch mal in die Atmosphäre. Für die Druckabnahme mit der Höhe gibt es nämlich ein paar schöne Faustregeln: Alle rund 5500 Meter halbiert sich der Luftdruck. Da der Bodendruck rund 1000 hPa beträgt, sind es folglich auf 5500 Meter Höhe noch 500 hPa, auf 11 000 Metern 250 hPa, auf 16 500 Metern 125 hPa und so weiter. Es handelt sich - auch hier wieder wegen der Komprimierbarkeit der Luft - um eine Exponentialfunktion. Umgekehrt gerechnet können wir festhalten, dass der Druck in Bodennähe alle 8 Meter (das ist gar nicht so viel!) um 1 hPa abnimmt. In den höheren Regionen braucht man für 1 hPa auf 5500 Metern über dem Meer aber schon 16 Meter, auf 11 000 Metern 32 Meter und auf 16 500 Metern 64 Meter Höhendifferenz.

Das zeigt übrigens auch, wie unwahrscheinlich es ist, dass Luftdruckschwankungen für Wetterfühligkeit ursächlich sind, denn sonst würde es uns schon bei einem Ausflug ins Mittelgebirge sehr schlecht...