Endlich verstehen Warum wird an kalten Tagen der Atem sichtbar?

Manchmal treten wir im Herbst morgens aus dem Haus und stellen fest, dass bei jedem Ausatmen ein Nebelschleier vor unserem Gesicht entsteht. Was geschieht da, und warum erleben wir das nur in der kalten Jahreszeit?
Atem im Winter

Kalt muss es draußen sein und feucht: Dann entstehen vor unseren Mündern kleine Nebelschwaden

Dahinter steht ein Naturgesetz, das auch in viel größerem Maßstab wirkt und unser Wettergeschehen gestaltet. Es geht um die Feuchtigkeit in der Luft und die Entstehung von Wolken.

Beim Atemholen passiert zweierlei: Zum einen erwärmt sich die eingesogene Luft, zum anderen reichert sie sich in der Lunge mit Wasser an. Dies geschieht, weil die Lungenbläschen äußerst feine Membranen besitzen, um frischen Sauerstoff aus der Luft aufzunehmen und die Abfallprodukte des Stoffwechsels, Wasser und Kohlendioxid, an sie abzugeben. Die Wassermoleküle in der angewärmten Luft der Lunge existieren dort allerdings nicht in flüssiger Form, sondern schwirren als Gas umher.

Wie Wissenschaft uns den Alltag erklärt

Jedem Kind, aber auch vielen Erwachsenen, stellen sich beim Betrachten der Welt um sich herum ähnliche Fragen: Warum etwa steigt heiße Luft auf, wieso plätschert der Bach, weshalb kann man an kalten Tagen seinen Atem sehen, und weswegen blitzt es bei Gewitter? Die GEOkompakt-Ausgabe "Warum ist der Himmel blau? Wie Wissenschaft uns den Alltag erklärt" gibt Antworten auf 50 solche Fragen.

Wird die Luft dann in eine frostige Umgebung gehaucht, kühlt sie samt dem darin enthaltenen gasförmigen Wasser ab. Luft aber hat eine fundamentale physikalische Eigenschaft: Sie kann nur eine bestimmte Menge Wasser in Gasform enthalten.

Wie groß die Menge ist, hängt – und das ist entscheidend – von der Temperatur ab. Je wärmer die Luft ist, desto mehr Wasser kann sie enthalten: Bei null Grad Celsius sind es etwa fünf Gramm pro Kubikmeter, bei 30 Grad um die 30 Gramm Wasserdampf.

Das bedeutet: Irgendwann wird die Grenze dessen erreicht, was die Luft an gasförmigem Wasser aufnehmen kann: Sie ist „gesättigt“. Kühlt sie weiter ab, so wird jener Teil des Wassers, den sie nicht mehr halten kann, abgeschieden: Es wechselt vom gasförmigen in den flüssigen Zustand, kondensiert also zu winzig kleinen Tröpfchen, die in der Luft schweben – ebenjenem nebel- artigen Atemhauch, den wir in kühler Jahreszeit vor uns erblicken.

Physikalisch gesehen ist der Vorgang mit den Bewegungen der Moleküle zu erklären. Vereinfacht gesagt ist eine Substanz dann gasförmig, wenn ihre Teilchen – in diesem Fall die Wassermoleküle – viel Energie besitzen und deshalb schnell und weiträumig umherfliegen, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen.

Sie wird erst dann flüssig, wenn die Moleküle so viel Energie verlieren, dass sie sich nicht mehr frei bewegen können, sondern langsam werden und zusammenprallen. Je kälter die Umgebungstemperatur ist, desto langsamer werden sie und desto mehr von ihnen lagern sich zusammen. Und sie bilden schließlich Tröpfchen, die das Licht spiegeln. Dann sehen wir sie als Nebel.

Nach dem gleichen Prinzip entstehen auch Regenwolken

Ob unser Atem kondensiert, hängt allerdings nicht allein von der Temperatur ab. Sondern auch davon, wie viele Wassermoleküle bereits in der Umgebungsluft enthalten sind. Je feuchter die ist, desto größer ist die Chance, dass ihre Sättigungsgrenze überschritten wird und sich Nebeltropfen bilden. Daher sieht man seinen Atem an einem feucht-kühlen Novembermorgen, nicht aber an einem kalten, sonnigen Januartag, an dem die Luft trocken ist.

Und erst wenn es stark friert – etwa ab minus zehn Grad –, produziert ein Mensch fast garantiert Wölkchen, weil dann viele der Wasserdampfmoleküle seines Atems derart schnell kondensieren, dass sie unmittelbar Nebel bilden.

Jenes Prinzip, das unsere Atemluft sichtbar macht, regiert auch unser Wetter. Warme Luft kann sich etwa über dem Meer ähnlich mit Feuchtigkeit anreichern, wie dies in der Lunge geschieht. Steigt sie dann auf, kühlt sie zunehmend ab, weil in der Höhe geringere Temperaturen herrschen.

Dabei kondensiert der emporgestiegene Wasserdampf zu winzigen Tröpfchen: Wolken entstehen. Die Wassermoleküle ballen sich zu immer größeren Kugeln zusammen. Schließlich können sie so schwer werden, dass sie zu Boden fallen – und dann regnet es.

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