Wetter-Umsturz
von Lothar Rohling
Juli 1995

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Teil 4

Der Autor in GEO fährt fort mit seiner Einschätzung des Wirbelbeginns und verlagert diesen Zeitpunkt weiter nach hinten, was meiner Meinung nach nicht richtig ist. Der Wirbel entsteht sofort und nicht erst nach der Erzeugung von Wind in irgendeine Richtung. Lediglich seine Kraft ändert sich permanent. Dabei entstehen sichtbare Beweise seiner Existenz allerdings erst dann, wenn seine Kraft groß genug ist, sichtbare Kondensattröpfchen zu erzeugen und mechanische Arbeit zu verrichten. Dazu gehört auch das Aufwühlen der Meeresoberfläche durch Winderzeugung.

"So bildet sich über Hunderttausende von Quadratkilometern ein Warmluftpaket, in dem immer weiter feuchtwarme Luft wie in einem Schornstein aufsteigt, mitunter bis in 15 Kilometern Höhe. In diesem Gebiet herrscht niedrigerer Luftdruck als in der Umgebung - in das Warmluftpaket strömt von außen neue Luft nach, was heftige Turbulenzen hervorruft. Aber ein Wirbel entsteht auf diese Weise nicht. Dazu muß erst die Erdrotation ins Spiel kommen."

Wie wahr, wie wahr, möchte ich an dieser Stelle sagen, aber es geht auch ohne Ironie, denn der Autor hat ja recht mit seiner Erkenntnis, wenn sie auch etwas spät kommt und er nur einen Aspekt der Erdrotation berücksichtigt. Er fährt fort:

"Die Erde dreht sich von Westen nach Osten. Die Geschwindigkeit, mit der sich ein Punkt an der Erdoberfläche bewegt, ist am Äquator am größten: Etwa 1670 Kilometer pro Stunde. Mit der erde rotieren auch die Luftmassen, und das hat Einfluß auf die Winde. Ein am Äquator schnell rotierender Wind beispielsweise, der dort genau in nördlicher Richtung zum Pol weht, gelangt dabei in ein Gebiet, in dem die Bewegung der Erdoberfläche langsamer ist. Die Folge: Der Wind eilt der Erddrehung voraus, er wird nach Osten oder - in Windrichtung betrachtet - nach rechts abgelenkt. [...]

Ein Wind hingegen, der auf der Nordhalbkugel von Norden nach Süden fließen sollte, bleibt hinter den sich schneller drehenden Regionen im Süden zurück. Er verschiebt sich nach Westen - in Windrichtung gesehen wiederum nach rechts. Umgekehrt ist es auf der Südhalbkugel: Dort werden die Winde nach links abgelenkt.

Ein Wind nun, den es geradewegs ins Zentrum eines Tiefdruckgebietes zieht, wird durch die Erdrotation gezwungen, erst einmal am Zentrum vorbeizuwehen: rechts vorbei auf der Nordhalbkugel, links vorbei auf der Südhalbkugel. Da jedoch das Zentrum tiefen Drucks unwiderstehlich wirkt, nähert sich ihm die Luftströmung von außen in einer Spiralbahn. Diese Spirale läuft auf der Nordhalbkugel entgegengesetzt zur Richtung des Uhrzeigers in das tief, auf der Südhalbkugel hingegen in Uhrzeigerrichtung.

So entsteht der Wirbel im tropischen Wirbelsturm. Aber es gibt noch eine Komplikation: Der Wirbel kann sich gerade dort nicht bilden, wo die Sonne die besten Voraussetzungen schafft - direkt am Äquator. Man braucht sich nur einen Globus - oder notfalls eine Apfelsine - anzusehen, um zu erkennen, warum: Vom Äquator aus nimmt der Abstand der Erdoberfläche von der Erdachse zunächst nur langsam ab. Entsprechend wenig verringert sich auch die Drehgeschwindigkeit, bleibt die Ablenkung der Winde gering. In der Nähe des Äquators reicht sie nicht aus, einen so gigantischen Wirbel zu erzeugen."

Wenn ich einmal von der Frage absehe, wie gigantisch denn der Wirbel werden soll, von dem zuletzt die Rede war, so muß doch erheblich in Zweifel gezogen werden, ob am Äquator keine Wirbel entstehen. Die zu untersuchende Frage ist eine andere, nämlich die der Drehimpulskomponenten in Verbindung mit dem Koriolis-Effekt.

Wie bereits erwähnt, stellt die Erde durch ihre Rotation einen gewaltigen Kreisel dar, auf dem sich andere Kreisel, z.B. in Form von "Dampfwalzen" bilden und bewegen bzw. bewegt werden. Entsteht ein solcher "Dampfkreisel" direkt am Äquator, wirken auf ihn die Ablenkungskräfte nach Süden oder Norden nahezu gleich, mindestens aber ausgleichend auf einem Weg entlang des Äquators. Das mag über einen hinreichend großen Zeitraum ausreichen, um ein entstandenes Kreiselgebilde wieder verschwinden zu lassen. edenfalls stehen die am Äquator auftretenden Regenfälle denen tropischer Wirbelstürme in nichts nach, und die entstehende Kondensatmenge weist eher auf die Existenz solcher Wirbel hin, aber die Ablenkungskräfte sind einfach zu klein, um ein derartiges Gebilde durch Wanderschaft anwachsen zu lassen.

An dieser Stelle müßte zur Klärung dieser Frage untersucht werden, welche Feuchtigkeitsmengen am Äquator durch Verdunstung emporgetragen und zu den Wendekreisen transportiert werden. Diese Niederschlagsmengen, vermindert um den Kondensationsverlust am Äquator (Niederschlagsmengen), könnten quantitative Aussagen über Wirbeltätigkeit am Äquator selbst zulassen. Allerdings frage ich mich besorgt, ob es wirklich meßtechnisch möglich ist, derartige Daten mit entsprechender Genauigkeit zu ermitteln, differiert doch die Aussage über die Verdunstungsrate in unserem Muster-Verdunster bereits um 2 Milliarden Kubikmeter pro Tag bei einer Größenordnung von 5 bis 7 Milliarden, was bei einem mittleren Wert von 6 Milliarden Kubikmeter einen Fehler von 33 Prozent bedeutet und für eine quantitative Abschätzung einfach zu viel ist.

Es müßte weiterhin untersucht werden, wie groß die Drehimpuls-Komponenten der einzelnen Systemteile sind (Dampfwirbel - Erde - rotierende Meeresflüssigkeit u.a.) und wie sie miteinander in Wechselbeziehung stehen, eine Aufgabe, die ich leider bisher nicht weiter verfolgen konnte, weil es niemanden gab, der sie mir bezahlt hätte, erfordert sie doch eine beständige Arbeit, die keine andere neben sich duldet. Sie hätte zudem die angenehme Eigenschaft, Betrachtungen aus dem Bereich der Spekulation in den mehr handfesten Bereich der Mathematik zu verlagern, was für die Ergebnisse - so oder so - nur von Vorteil wäre. Fahren wir fort mit GEO.

"Daher entwickeln sich tropische Wirbelstürme erst in einigem Abstand vom Äquator, die meisten zwischen dem zehnten und dem zwanzigsten Breitengrad auf beiden Erdhalbkugeln. Warm genug ist es dazu im allgemeinen nur im Sommer und im Herbst.

Aber auch dann reift längst nicht jede "tropische Störung" zum Wirbelsturm heran, sondern nur eine von jeweils zehn. Viele energiegeladenen Warmluftpakete scheitern noch in einem Stadium, in dem sie schon bedrohlich erscheinen. Der Wirbel ist ausgebildet, der Sturm schraubt sich mit einer Geschwindigkeit von 60 oder 70 Kilometer pro Stunde ins Zentrum. Die Regenschauer haben sich verstärkt, und aus den wattigen Wolkenhaufen sind düster drohende Gewittertürme geworden. Doch etwa die Hälfte dieser Stürme löst sich wieder auf. Es bedarf weiterer - derzeit noch unbekannter - Voraussetzungen, bevor die warme Luft zur tödlichen Gefahr wird. Dienen Höhenwinde als "Anlasser" eines Motors, der einen tropischen Sturm zur Höllenmaschine werden läßt? Beeinflußt der Mond die Wetterwirbel? Oder wachsen sich etwa Reste von Unwettern über der Sahara nach einer Reise über den Atlantik zu Hurrikans aus?"

Es wäre wohl besser gewesen, solche Spekulationen nicht in einem Atemzug zu nennen, denn der Autor macht gleich mehrere Annahmen, die einander widersprechen, was nicht zur einfachen Lösung beiträgt. Zunächst einmal braucht man keine weiteren "unbekannten Voraussetzungen", denn alle physikalischen Erklärungsmodelle sind vorhanden; sie werden nur nicht genutzt.

Da weiterhin die allgemeine Strömungsrichtung in unserer Erdatmosphäre bei Erwärmung von Luftmassen (besser wäre es, von Dampfmassen zu sprechen) stets vom Boden nach oben gerichtet ist, erscheint es nicht sehr sinnvoll, anzunehmen, daß irgendwelche Höhenwinde einen direkten Einfluß auf das Entstehen eines Wirbels am Boden haben sollen. Jetstreams, das weiß man seit langem, haben entscheidenden Einfluß auf das Klima (damit natürlich auch indirekt auf örtliches Wettergeschehen), aber es wurde nie untersucht, inwieweit diese (ebenfalls) rotierenden Luftmassen mit anderen rotierenden Massen Drehimpulse austauschen.

Insofern vermutet der Autor schon sehr richtig, daß auch der Mond damit zu tun haben könnte, wenn auch unterstellt werden kann, daß er damit lediglich die Masse des Mondes, nicht aber seinen Drehimpuls meint. Diese Untersuchung steht meines Wissens noch aus oder wurde versehentlich nicht veröffentlicht.

Auch die Annahme von Unwetterresten aus der Sahara mag bei Hurrikans eine kurze Überlegung wert sein, erklärt aber keinesfalls die unterschiedlichen Wirbelsturm-Erscheinungen in anderen Teilen der Welt, die der Autor ja selbst schon geschildert hat (Taifun, Zyklon...).

"Theorien über Theorien. Die Meteorologen räumen freimütig ein, daß sie trotz jahrzehntelanger Forschungsarbeit noch immer nicht bis ins Detail sagen können, wie ein tropischer Wirbelsturm entsteht. Am meisten verwundert sind sie darüber, daß so viele verdächtige Strukturen am Ende doch keine Hurrikans, Taifune oder Zyklone werden."

Das darf nach meinen bisherigen Kommentaren nun nicht mehr sehr verwunderlich erscheinen, und ich bin auch nicht sicher, ob neue Erkenntnisse nicht in der Zwischenzeit (mehr als 20 Jahre seit Erscheinen des Artikels in GEO) Einzug gehalten haben in die heiligen Hallen der Wissenschaft. Dies einmal angenommen, müßte dabei aber mehr herausgekommen sein als ein Erklärungsmodell für Wetterphänomene.

Es sind einfach viele Randbedingungen für das Entstehen und den Erhalt eines MW zwingend notwendig, und die Physik tut sich schwer, eine solche Maschine, da sie doch einmal angeworfen ist und sie ihre mechanische Arbeit verrichtet, zu erklären, weil sie im krassen Widerspruch zu von der Physik selbst vorgegebenen Annahmen (Axiomen) steht, weshalb man das Thema vorzugsweise den Meteorologen in der Annahme überläßt, das seien die schlechteren Physiker. Mit dieser Taktik verhindert man, daß das Problem Grundsatzcharakter bekommt, allerdings nur für eine gewisse Zeit, die ja für bestimmte Dinge immer "reif" sein muß.

Edward Lorenz war ausgerechnet ein Meteorologe und verhalf mit seinem "Spielzeugwetter" im Jahre 1960 der Physik zur Chaostheorie, somit aus einer ganzen Reihe von vertrackten Erklärungsnotständen und zu neuen Grundlagenerkenntnissen. Daß nicht immer nur die etablierte Wissenschaft die Nase vorn hat, zeigte ja auch schon unser Sattler William Redfield mit seinen richtigen Beobachtungen und Schlüssen. Der Vorteil dieser Art der Betrachtung liegt in seiner Ganzheitlichkeit, während die exakte Naturwissenschaft notgedrungen vereinfachen und spezialisieren muß, um möglichst exakte mathematische Modelle nutzen zu können.

"Aber einige dutzendmal im Jahr braut sich über dem warmen Ozean tatsächlich Unheil zusammen, einige Tage, nachdem die Konzentration der Energie begonnen hat. Der Sturm auf der Wirbelbahn wird schärfer. Doch erst wenn der Wind Stärke 12 erreicht - eine Geschwindigkeit von 120 Kilometern pro Stunde -, sprechen die Meteorologen einem tropischen Wirbelsturm das Reifestadium zu. Dann erst ist er zum Taifun, zum Hurrikan oder Zyklon geworden. Gemessen wurden schon Geschwindigkeiten bis zu 330 Kilometern pro Stunde. Manchmal halten die Meßgeräte den Böen aber nicht mehr stand. Dann können die Forscher nur noch schätzen. Am Grad der Verwüstungen lesen sie dann die Geschwindigkeit ab: Sie kamen bis auf 370 Stundenkilometer.

Ein derartiger Sturm rast gut dreimal so schnell wie ein Orkan, der gerade Windstärke zwölf erreicht. Doch seine Kraft ist über neunmal größer. Denn sie wächst nicht im Maß der Geschwindigkeit, sondern im Quadrat. Ein tropischer Wirbelsturm kann 1000, ja 2000 Kilometer Durchmesser haben. Noch über Hunderte von Kilometern Entfernung vom Wirbelzentrum toben Stürme mit Stärke zwölf.

Zunächst wandert der rasende Luftwirbel gemächlich westwärts. Er hat die Geschwindigkeit eines Spaziergängers und beschleunigt sein Tempo allmählich auf sieben bis 25 Kilometer pro Stunde. Anfangs folgt er den von Osten wehenden Passatwinden, dann aber biegt er ab: nördlich des Äquators nach Nordwesten, südlich davon nach Südwesten. Am Wendekreis angelangt, ändert er seine Richtung noch einmal. Er treibt dann nach Nordosten auf der Nordhalbkugel, nach Südosten auf der Südhalbkugel. Außerdem kommt er nun schneller voran: 25 bis 40 Kilometer pro Stunde.

So lange der Sturmwirbel über warmem Meer tobt, büßt er kaum an Stärke ein. Der Orkan wühlt riesige Wellen im Ozean auf, bis zu 15 Meter Höhe im Atlantik und 25 Meter im Pazifik. Aber noch immer steigt Wasserdampf empor, wird in den Wirbel eingesaugt und beliefert das Monstrum mit neuer Energie. Regen fällt, wie aus Eimern geschüttet, vom Himmel. Den Rekord hält ein tropischer Wirbelsturm, der im April 1958 die Insel Réunion, 800 km westlich von Madagaskar, heimsuchte: über eineinhalb Meter Niederschlag in 24 Stunden."

Das steht nicht im Widerspruch zu meinen bisherigen Ausführungen, sondern ergänzt diese mit Beobachtungen. Unser Musterverdunster hat natürlich im aufgewühlten Zustand eine wesentlich größere Wasseroberfläche als im Ruhezustand und kann damit größere Wasserdampfmengen an den angrenzenden Luftrotor vermitteln, der damit noch größere Energiemengen aufnimmt, anwachsende Kondensatmengen produziert und dadurch weiter angeheizt wird.

Fassen wir einmal die sich gegenseitig verstärkenden Wechselwirkungen auf unserem Musterverdunster zusammen: Verdunstung bewirkt ein Strömungsfeld senkrecht zur Wasseroberfläche. Erddrehung und Strömung stellen voneinander beeinflußte Drehimpulse dar, die wegen der Korioliskraft in einer Resultierenden münden. Das läßt Fliehkraftfelder entstehen, was Kondensation auslöst, was wiederum das Restgas erhitzt und die Drehkräfte vergrößert, was wiederum die Verdunstungsrate auf dem Musterverdunster erhöht.
Die in Bewegung geratene Dampfwalze kann andere Teile des Verdunsters überstreichen, wo noch keine Abkühlung der Oberfläche durch die Verdunstung stattgefunden hat, womit mehr Energie durch den sowieso bereits verstärkten Prozeß aufgenommen werden kann. Durch die schnellere Eigenbewegung wird die Oberfläche des Musterverdunsters aufgewühlt, damit vergrößert und zusätzliche Verdunstung ermöglicht.

In dieser Kausalkette ist ein weiterer Mechanismus enthalten, der vom GEO-Autor bereits oben angedeutet wurde: Durch die Verdunstung an der Oberfläche des Musterverdunsters kommt es zur Abkühlung der Meeresoberfläche (Verdunstungskälte), was dazu führt, daß gegenüber der wärmeren Umgebung ein relativer Unterdruck entsteht, der natürlich durch nachfließende Luftmassen ausgeglichen wird. Bereits dabei werden aus der Umgebung mit Wasserdampf angereicherte Luftmoleküle dem in der Entstehung befindlichen Prozeß zugeführt, eine wichtige Komponente für das relativ schnelle Entstehen eines Wirbels.

Es erklärt auch, weshalb für das Zustandekommen eines MW weniger horizonale Luftströmungen (Wind) von Bedeutung sind, als vielmehr genau das Gegenteil, nämlich Windstille ("Ruhe vor dem Sturm"), denn nur bei Windstille kann sich ein senkrecht zur Erdoberfläche gerichtetes Strömungsfeld hinreichend genug ausbilden, um einen Wirbel entstehen zu lassen. Ist dieser erst einmal ausgeprägt genug, kann er auch Störungen von außen verkraften, ohne gleich zusammenzubrechen.

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