News | 20.07.2009 | Drucken | Teilen

Wetterphänomene

Aus allen Wolken

Regentropfen treffen in vielen Größen auf die Erde - das weiß jedes Kind. Wo und wie sie ihre Ausmaße aber erhalten, darüber zerbrechen sich selbst Wissenschaftler noch den Kopf.
Maike Pollmann
Nieselregen, Dauerregen oder Gewitterschauer – der Regen hat viele Gesichter. Und so richtig gefallen will uns irgendwie keines davon. Natürlich, Niederschlag aller Art ist überlebenswichtig für Flora, Fauna und letztlich auch für uns, aber fällt seinetwegen etwas förmlich ins Wasser, so gerät dieser Vorzug leicht in Vergessenheit.

Vielleicht haben Sie bei einer solchen Gelegenheit schon einmal beobachtet, dass die Tropfen in vielerlei Größen auf die Erde prasseln. Genau genommen liegt ihr Durchmesser zwischen 0,1 Millimetern bei leichtem Nieselregen und bis zu neun Millimetern bei einem richtigen Wolkenbruch. Angefangen haben sie allerdings alle mal ganz klein: Die Tröpfchen maßen einst weniger als 50 Mikrometer – und waren noch Bestandteil einer Wolke. Sie vereinigten sich mit anderen Tröpfchen oder wurden von Eispartikeln eingefangen, bis ihr Verbund schließlich auf mehr als 200 Mikrometer anwuchs.

Streifschuss und Frontalcrash

Damit waren sie schwer genug, um aus ihrer Wolke auszufallen und mit einer Geschwindigkeit von mehr als drei Metern pro Sekunde Richtung Erdboden zu fliegen. Auf dem Weg dorthin fanden dann eine Reihe von komplexen Wechselwirkungen zwischen benachbarten Partikeln statt – immer wieder stoßen sie aneinander. Bei einem "Streifschuss" bleiben die Stoßpartner weitestgehend erhalten und verursachen nur einige kleine zusätzliche Tröpfchen.

Anders bei einem Frontalcrash: Beide Parteien verschmelzen miteinander, platten ab und zerplatzen schließlich durch den wachsenden Luftwiderstand in viele kleine Tröpfchen. Die Größenverteilung der verbleibenden Tropfen sollte also von der Art der Kollisionen abhängen, mutmaßten Wissenschaftler. 1948 fassten ein gewisser Herr Marshall und ein Herr Palmer in einer relativ simplen Formel zusammen, welche Ausmaße unten zu erwarten sind.

Vielfältige Interpretation

Entscheidend sei dabei vor allem die Niederschlagsintensität. Ferner wären die Tropfengrößen in schweren Stürmen breiter verteilt als in feinem Nieselregen, stellten die beiden Forscher fest. Selbst in Zeiten von exakten Radarmessungen hat sich die so genannte Marshall-Palmer-Verteilung bewährt – auch wenn deren Interpretationen sehr vielfältig sind.

 Bild vergrößern Regentropfen
Die Serie zeigt einen Regentropfen mit einem Durchmesser von fünf Millimetern beim Auseinanderplatzen. Die gesamte Sequenz dauert 60 Millisekunden.
Emmanuel Villermaux und Benjamin Bossa von der Aix-Marseille Université haben sich die Vorgänge in fallenden Wassertropfen nun noch einmal mit Hilfe von Hochgeschwindigkeitsfilmen angesehen. Auf diesen ist zu sehen, wie ein ursprünglich kugelförmiger Tropfen allmählich die Form eines Pfannkuchens annimmt und zunehmend breiter und dünner wird. Schließlich fängt er Luft unter sich ein, die ihm die Form einer umgedrehten Plastiktüte verleiht. Ab einem bestimmten Volumen bricht das Gebilde dann in viele kleine Tröpfchen auseinander – der Druck überstieg die Oberflächenspannung des Wassers.

In luftiger Höhe

Damit verhält der Tropfen sich zwar wie seine verschmolzenen Zwillinge, doch im Gegensatz dazu ging seiner Existenz keine Kollision voraus. Anhand der Videos sowie Berechnungen kommen die beiden Wissenschaftler zu dem Ergebnis, dass es keiner komplizierten Interaktionen bedarf, um die in natürlichem Regen beobachteten Größenverhältnisse zu erklären. Allein das Aufplatzen einzelner, nicht in Wechselwirkung stehender Tropfen würde ausreichen.

Ihre Auslegung hat den Vorzug, dass die Tropfen bereits kurz nach Verlassen der Wolke aufbrechen und der Marshall-Palmer-Verteilung folgen können. Tatsächlich konnte man diesen Zusammenhang mit Flugzeugen auch in luftiger Höhe nachweisen. Würde nun die Fusion von Tropfen die Verteilung maßgeblich beeinflussen, argumentieren Villermaux und Bossa, so wäre die Anzahl der Stöße bis dahin nicht ausreichend, um das beobachtete Ergebnis zu erzeugen.

Die Größe der Regentropfen – die Freiluftveranstaltungen aller Art so oft vermiesen – wird den beiden Wissenschaftlern zufolge also bereits kurz nach ihrem Fall aus den Wolken festgelegt. Und da sie anscheinend überhaupt nicht regenscheu sind, würden sie ihre These gerne an Ort und Stelle und in Echtzeit nachprüfen.
© Spektrum.de
Regentropfen

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Villermaux, E., Bossa, B.: Single-drop fragmentation determines size distribution of raindrops. In: Nature Physics 10.1038/nphys1340, 2009.
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