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An dieser Stelle unterbricht die blutige Spur, die der Autor verfolgt hat und macht einer sachlichen
Betrachtungsweise Platz, illustriert mit einer Prinzipzeichnung, die nur beinahe
geeignet ist, Verständnis für das Entstehen und die Wirkungsweise eines Wirbelsturms zu wecken, denn sie vermag
trotz der Ausführungen in der Bildunterschrift nicht zu erklären, warum eine Strömung ihre Richtung umkehrt, was
auch durch die Pfeilrichtungen in der Skizze sehr widersprüchlich aussieht: Der von der Meeresoberfläche gegen den
Uhrzeigersinn aufsteigende Wirbel dreht sich in 15 Kilometer Höhe plötzlich mit dem Uhrzeigersinn.
In der Annahme, daß sich diese Strömungsumkehr nur in der Zeichnung, nicht aber in einem realen Wirbel
wiederfindet, müssen wir nach einer besseren und schlüssigen Erklärung suchen. Übrigens widerspricht diese
abrupte Gegenbewegung auch dem Prinzip der Impulserhaltung.
Bei der Beschreibung der Vorgänge, die zu den sintflutartigen Regenfällen innerhalb eines Wirbelsturms führen, fehlt eine Raumkoordinate. Fixiert vom eigenen Schema, erklärt der Autor das Abregnen ausschließlich mit der Kondensation von Wasserdampf mit zunehmender Höhe durch Abkühlung. Abgesehen von der Tatsache, daß in großer Höhe entstehendes Kondensat z.T. durch Reverdunstung wieder der Wolkenmasse zugeführt wird, "unterschlägt" der Autor das quer zur Aufwärtsrichtung liegende "Drehfeld" des Wirbels, das nichts anderes ist als ein Gravitationsfeld, dessen Drehimpuls wegen der darin befindlichen Wasserdampfmassen dringend einer quantitativen Betrachtung bedarf. Bei dieser Gelegenheit würde sich herausstellen, daß die Fliehkräfte weitaus mehr Anteil am Kondensationseffekt haben als die senkrecht zur Erdoberfläche stehende Komponente und auch erklären, warum es in der Nähe solcher Wettererscheinungen sogar zur Bildung von gewaltigen Hagelkörnern kommt, obwohl die Umgebungstemperaturen solche Erscheinungen eher unwahrscheinlich erscheinen lassen.
In diesem Zusammenhang finden in einem Gravitationsfeld sogar Aggregatsprünge statt (sog. Sublimation): Aus nicht sichtbarem Wasserdampf wird unter Überspringen des flüssigen Zustandes sofort Eis, was durch seine Masse dann aus dem Gravitationsfeld geschleudert wird. Bleiben wir aber zunächst einmal bei der Beschreibung durch den Autor:
"Alle diese Wirbelstürme entwickeln sich über dem Meer, nie über dem Festland. Voraussetzung ist, daß die Temperatur an der Wasseroberfläche mindestens 27 Grad Celsius beträgt. Deshalb können sie nur in den Tropen entstehen, wo das Meer von der Sonne stark aufgeheizt wird. Sie werden "Tropische Wirbelstürme" genannt, obwohl sie oft Gebiete weit außerhalb der Tropen verwüsten.
Unter der heißen Sonne verdunstet reichlich Wasser. In einem Meeresgebiet von 1000 mal 1000 Kilometer verflüchtigen sich pro Tag fünf bis sieben Milliarden Kubikmeter - in einer Woche einmal der ganze Bodensee. Damit aus dem Meerwasser gasförmiger Wasserdampf wird, bedarf es großer Energiemengen - etwa sechsmal mehr, als wenn dasselbe Quantum Wasser von null auf hundert Grad erhitzt würde. Diese Energie (meine Anm.: Enthalpie) steckt dann im Wasserdampf, der ein Bestandteil der Luft geworden ist. Über dem warmen Wasser heizt sich auch die Luft auf. Sie dehnt sich dadurch aus, wird leichter und steigt nach oben, während von den Flanken her kühlere Luft nachfließt. So entsteht ein mächtiges Transportsystem, das Energie in die Höhe befördert. Immer mehr Luft wird erwärmt und, bevor sie aufwärts schwebt, auch mit energiereichem Wasserdampf beladen.
Es ist anzunehmen, daß sich die Luft über dem Wasser nicht oder nur geringfügig erhitzt, weil Gas eine geringe Wärmekapazität besitzt und sich damit nur schwer erwärmen läßt. Allerdings nimmt die trockene Luft große Feuchtigkeitsmengen auf, sodaß das entstehende reale Gas, nämlich feuchte Luft, in der Tat insgesamt warm ist. Für die genaue Betrachtung sollte die Wärmekapazität trockener und feuchter Luft quantitativ ermittelt und gegenübergestellt werden, um die Diskussion zu verkürzen.
"Auf dem Weg in die Höhe gelangt die mit Feuchtigkeit gesättigte Luft allmählich in kühlere Regionen. Dort kann sie einen Teil des Wassers nicht mehr in gasförmigem Zustand halten. Winzige Wassertropfen kondensieren und bilden flauschig weiße Wolkenhaufen, die bei uns als Schönwetterwolken gelten würden. Diese "Cumuluswolken" entstehen in den Tropen in 500 bis 700 Meter Höhe, und sie wachsen zu gewaltigen Türmen empor."
Ich nehme an, daß es sich um übersättigte Luft handelt, die in die Höhe steigt, weil durch die Sogwirkung mehr Wasser als unter normalen Verdunstungsbedingungen durch die Luft aufgenommen wird. Bei der vom Autor selbst vorgegebenen Wassertemperatur von 27� C bildet sich dicht über der Wasseroberfläche mehr Wasserdampf, als die Luft aufnehmen kann.
Jedes einzelne Wassermolekül dicht an der Wasseroberfläche speichert zunächst bestimmte Energiemengen in seinen verschiedenen Freiheitsgraden, bis diese besetzt sind, der Überschuß an Energie wird für die im Anschluß daran benötigte Austrittsarbeit benötigt, um den Aggregatzustand zu verlassen und in Dampfform überzugehen. Die im Freiheitsgrad der Rotation gespeicherte Energie sorgt dafür, daß das Molekül eine Eigenrotationskomponente bekommt, woraus aber nicht geschlossen werden darf, daß die Rotationsbewegung perfekt rund wäre.
Vielmehr ist zu vermuten, daß eine kleine Unwucht das Molekül mehr oder weniger nutieren läßt, eine Eigenschaft, wie sie auch bei makroskopischen Rotationsbewegungen frei beweglicher Kreiselsysteme beobachtet wird. Die Rotationskomponente erhält beim Übergang vom flüssigen in den dampfförmigen Zustand mehr Spielraum. Eine deutliche Unwucht des Dampfmoleküls ist die Folge. Die Unwuchten vieler Moleküle sorgen dafür, daß sie aneinanderstoßen und abprallen, wobei zu untersuchen ist, ob die Unwucht nicht prinzipiell Ursache aller Molekularbewegungen ist, auch der Braunschen.
Bei günstigen Feldbedingungen lassen sich diese Bewegungen formatieren, ein Strömungsfeld mit all seinen bekannten Eigenschaften entsteht. Bei der Berechnung dieser Vorgänge spielt der Drehimpuls der beteiligten Moleküle eine entscheidende Rolle. Ob er bei makroskopischen Vorgängen vergleichbarer Art ebenfalls anzuwenden ist, bleibt den fortschreitenden Ergebnissen und den Schlüssen daraus vorbehalten.
"Wenn nun Wasser aus dem gasförmigen wieder in den flüssigen Zustand übergeht, wird genau dieselbe Energiemenge frei, die zuvor für die Umwandlung des Wassers in Wasserdampf benötigt wurde. Die Energie, die aus einem Gramm Wasserdampf beim Flüssigwerden freigesetzt wird, reicht aus, um 1000 Gramm Luft 2,5 Grad zu erwärmen und dadurch den Aufstieg der Luft weiter "anzuheizen". Die Kondensation in den oberen Wolkenpartien nimmt derart zu, daß das Wasser in heftigen Schauern abregnet."
Auch diese Darstellung trifft den wahren Sachverhalt nur zum Teil. Es fehlt die dritte Raumkoordinate für eine vollständige Erklärung aller Vorgänge. Bereits bei der Schilderung der Verdunstung des Wassers an der Meeresoberfläche sind Zweifel und Einwände an der Beschreibung angebracht, wenn auch der Autor aus damaliger Sicht keine bessere Erklärung liefern konnte und die hier vorgetragene Theorie erst in den letzten zehn Jahren Fuß fassen konnte, wenn auch nur im kleinen Kreis.
Außerdem ist zu ergänzen, daß zwar dieselbe Energiemenge bei der Kondensation frei wird, wie bei der Verdunstung aufgenommen wurde, aber in einem wesentlich kleineren Zeitraum, was noch an anderer Stelle Gegenstand der Untersuchung sein wird. Auch Öl und Kohle entstanden erst in Millionen Jahren. Um damit Arbeit zu verrichten, braucht es bei seiner Verbrennung (Stoffumwandlung) nur wenige Sekunden. Man möge mir diesen Vergleich verzeihen, weil bekanntlich alle Vergleiche hinken (und nicht alles, was hinkt, einen Vergleich darstellt), aber der Umgang mit sog. "Primärenergie" erzwingt diese Betrachtungsweise. Bei natürlicher Verdunstung von Wasser spielt mechanische Arbeit praktisch keine Rolle. Bei der Kondensation von Wasserdampf in der Natur werden die freigesetzten Energien in Megatonnen TNT aufgerechnet. Im molekularen Bereich wird beim Verdunstungsprozeß thermische Energie in das Molekül investiert, das zunächst diese Energie in seinen verschiedenen Freiheitsgraden speichert und bei weiterer Energiezufuhr seinen Aggregatzustand verändert.
Nehmen wir eine für uns überschaubare, endliche Meeresoberfläche als unseren Muster-Verdunster, der von der tropischen Sonne kräftig geheizt wird. Das führt in der Tat zu einer erhöhten Verdunstungsrate, aber nicht, weil die Luft vorher stark erhitzt wurde und dadurch "leichter" wurde. Wie schnell trockene Luft abkühlt oder, was viel eher zu vermuten ist, gar nicht erst erwärmt wird, merken wir an trockenen Sommer-Abenden, wenn die Sonne hinter dem Horizont verschwindet. Von der warmen Luft ist dann sehr schnell nichts mehr zu spüren. In einer grundlegenden Arbeit heißt es: "Es ist prinzipiell schwer, große Wärmemengen auf ein trockenes Gas zu übertragen."
Vielmehr ist anzunehmen, daß trockene Luftmoleküle sich sehr schnell mit Wasserdampf liieren und so in die Lage versetzt werden, große Energiemengen aufzunehmen und zu transportieren, aber gewiß nicht nur nach oben. Wäre dies der Fall, müßte man nämlich eine laminare Strömung, in diesem Fall eine laminare Quellströmung, voraussetzen, die es auf unserer Erde unter natürlichen Bedingungen gar nicht gibt und die technisch nur unter erheblichem Aufwand zu erreichen ist.
Was aber spielt sich in dem Augenblick ab, in dem ein Wasserdampf-Molekül zusammen mit vielen anderen auf die Reise zum Cumulus geht?
Nun, das Molekül wird in dem Augenblick, wo es nicht mehr im Verband mit anderen Wassermolekülen und hohem spezifischem Gewicht als Wasser existiert, sondern als Dampfmolekül mit erheblich vermindertem spezifischem Gewicht seine gewohnte Umgebung verläßt, sofort von seiner ursprünglich nach oben gerichteten Bahn abgelenkt, weil die Erde eine Kugel ist und sich dreht (Koriolis-Kraft). Es ist anzunehmen und Gegenstand einer ausführlichen Untersuchung, ob sich das einzelne Molekül dabei auch um sich selbst dreht und dabei einen Drehimpuls aufbaut. Im Falle einer asymmetrischen Masseverteilung des Moleküls würde es dabei mit einer Unwucht rotieren, wobei die größere Masse stets nach außen gerichtet wäre.
Die Ablenkung erfolgt quer zur Bewegungsrichtung der Quellströmung und bedeutet für das Molekül nichts anderes, als daß seinem radialen Beschleunigungsfeld in Richtung Atmosphäre ein ebenfalls radiales Gravitationsfeld überlagert wird. Das Ergebnis der Bewegung muß und wird eine Resultierende der überlagerten Felder sein. Unser Molekül wird automatisch in eine gewundene Aufwärtsbahn gezwungen, wobei wieder die größere Masse nach außen zeigt. Es kommt zu einer inneren Spannung zwischen Gas- und Flüssigkeitsatomen, die schließlich in einer Trennung beider mündet, wobei das schwerere Teilchen tangential nach außen fliegt und das leichtere Gasteilchen entgegengesetzt nach innen. Dies erklärt, warum sich ein Wirbel von außen nach innen aufbaut. Daß dabei mit zunehmender Höhe und abnehmendem Druck die Kondensation durch Abkühlung zusätzlich verstärkt wird, würdigt bereits der GEO-Autor im Artikel.
Beide Vorgänge lassen sich zusammenfassen als Kondensation in überlagerten Gravitationsfeldern. Bei der Rotation ist es ein Fliehkraftfeld, beim Aufstieg der Luft ein Schwerefeld. Die Frage, ob bei der Ablenkung ein weiteres Fliehkraftfeld, wiederum quer zur neuen Bewegungsrichtung, das Molekül in einen überlagerten Bewegungsablauf zwingt, soll an dieser Stelle angedeutet, aber nicht ausführlich erörtert werden; es ist aber zu vermuten. (Der Rotation wird Zirkulation überlagert.)
Die Wirbelbahn sorgt bereits bei geringen Geschwindigkeiten für kräftige Kondensation; die dabei frei werdende Kondensationswärme wird auf die Gasmoleküle übertragen, die damit kinetische Energie gewinnen und ihre Geschwindigkeit und damit den Sog gegenüber unserem Muster-Verdunster vergrößern. Der so eingeleitete Prozeß verstärkt sich selbst, weil größere Kondensationswärme größere Umfangsgeschwindigkeit nach sich zieht, was wiederum größere Verdunstungsmengen hervorruft.
Gleichzeitig fängt die so entstandene, rotierende "Dampfwalze" an, ihren Startort zu verlassen, weil auf das Gesamtgebilde auch wieder die Korioliskraft wirkt. Es können neue, noch nicht von stärkerer Verdunstung betroffene Oberflächen bestrichen werden, die durch Sonnenbestrahlung bereits einen größeren Vorrat an Dampfmolekülen dicht an der Wasseroberfläche bereithalten: Damit ist ein Wirbelsturm geboren und beginnt seine Wanderschaft.
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http://fluidmotor.com/motor/geo3.shtml , zuletzt geändert 01. 08. 2010
