Die physikalischen Regeln hinter dem Aussehen von Wolken sind einfach. Helle Wolken streuen Licht, während dunkle Wolken den Weg des Lichts verändern. Dabei hängt die Helligkeit von Wolken vor allem von der Größe und Dichte der enthaltenen Wassertröpfchen sowie vom Einfallswinkel des Sonnenlichts ab.
Woraus bestehen Wolken?
Wolken setzen sich aus Wassertröpfchen oder Eiskristallen zusammen. Deren Größe liegt meist zwischen wenigen Mikrometern und einigen Zehntelmillimetern.
In einer Wolke kommen jedoch Milliarden solcher Teilchen zusammen. Ihre gemeinsame Wirkung bestimmt das Erscheinungsbild der Wolken. Entscheidend ist auch die Anzahl der Teilchen pro Volumen. Dichte Wolken enthalten mehr Teilchen auf engem Raum.
Wie Wolken das Licht reflektieren
Licht ist eine Form elektromagnetischer Strahlung. Obwohl es viele Wellenlängen in sich vereint, nimmt unser Auge es als weiß wahr. In der Atmosphäre trifft dieses Licht auf Luftmoleküle, aber auch Staubpartikel, Wassertröpfchen und Eiskristalle. Dadurch wird es gestreut, reflektiert oder absorbiert.
Warum wir Wolken als zusammenhängende Gebilde sehen
Erst die Gesamtheit der Teilchen streut genügend Licht, damit unser Auge die Wolken als Gebilde am Himmel erkennen kann. Einen großen Einfluss darauf haben Auf- und Abwinde in der Atmosphäre. Diese Luftströmungen transportieren, verdichten, verteilen oder verformen die in der Luft schwebenden Teilchen. Dadurch sammeln diese sich an bestimmten Stellen stärker und an anderen weniger.
Warum sind Wolken bei gutem Wetter weiß?
Wolken, die uns als weiß erscheinen, streuen viel Licht in zahlreiche Richtungen. Das Sonnenlicht dringt in sie ein, wird dort mehrfach gestreut und tritt schließlich an ihrer Unterseite wieder aus. Besonders flache Wolken vom Typ Stratocumulus oder Cumulus, die bei Schönwetter auftreten, wirken besonders hell, da das Licht auf dem Weg nach unten nur wenig Energie verliert.
Welche Rolle spielt die Wolkendicke?
Die Dicke einer Wolke bestimmt die Länge des Lichtweges. Kurze Wege bedeuten geringe Verluste. Lange Wege erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass Licht absorbiert oder seitlich abgelenkt wird. Flache Wolken erscheinen daher heller als dicke Wolken.
Was unterscheidet Gewitterwolken von anderen Wolken?
Gewitterwolken sind Cumulonimbus-Wolken. Ihre vertikale Ausdehnung kann mehr als zehn Kilometer betragen, sie reichen oft vom bodennahen Bereich bis in große Höhen. Damit sind sie deutlich größer als Schönwetterwolken.
In Gewitterwolken herrschen zudem starke Aufwinde. Daher wachsen in ihrem Inneren Wassertröpfchen, zudem kollidieren und gefrieren sie. Hierbei entstehen große Tropfen sowie Eiskörner und Hagel. Durch starke aufsteigende Warmluft wachsen Gewitterwolken zudem sehr schnell in die Höhe und in die Breite. Sie ziehen mit dem Wind in höheren Atmosphärenschichten und bewegen sich daher horizontal mit ihm. Schönwetterwolken bewegen sich generell gemächlicher und wachsen auch langsamer.
Warum sehen Gewitterwolken dunkel aus?
Da große Teilchen das Licht weniger gleichmäßig lenken, streuen sie es auch anders. Zudem erhöhen solche Teilchen die Wahrscheinlichkeit, dass Licht absorbiert wird. In Gewitterwolken erreicht daher weniger Licht die Unterseite und sie wirken dadurch dunkler.
Dazu bilden Gewitterwolken Schatten, da sie eine große horizontale Ausdehnung besitzen und das direkte Sonnenlicht blockieren. Den Himmel darunter erreicht nur noch diffuses Licht aus der Umgebung.
Steht die Sonne tief, trifft das Licht schräg auf die Wolke. Der Weg durch die Wolke wird für die Sonnenstrahlen länger und der Lichtverlust steigt. Gewitterwolken wirken dann besonders dunkel.
Warum sind Gewitterwolken an der Unterseite oft dunkler als an der Oberseite?
Die Oberseite einer Gewitterwolke wird direkt von der Sonne beleuchtet, wobei das Licht stark reflektiert wird. Von unten sehen wir diese Reflexion nicht. An der Unterseite der Wolke sammelt sich die Summe der Streuprozesse, die in ihrem Innern stattfinden. Das Licht hat hier bereits einen langen Weg hinter sich gebracht. Die Unterseite von Gewitterwolken erscheint daher dunkelgrau bis fast schwarz. Allerdings sind nicht alle dunklen Wolken zwingend Gewitterwolken. Auch gewöhnliche Wolken, die eine besonders hohe Dichte besitzen, können auffällig dunkel aussehen.
Wie sehen Regenwolken aus?
Regen verstärkt den Effekt, der Unwetterwolken dunkel aussehen lässt. Fallende Regentropfen absorbieren und streuen zusätzlich Licht. Der Raum unter der Wolke wird zudem weiter abgedunkelt. Darüber hinaus bildet Regen einen natürlichen Vorhang. Unser Blick in die Wolke endet früher. Dies lässt sie zusätzlich dunkler erscheinen.
Die wichtigsten Fakten zu Schönwetterwolken und Gewitterwolken
- Wolken bestehen aus winzigen Wassertröpfchen und/oder Eiskristallen, die in der Atmosphäre schweben.
- Schönwetterwolken erscheinen hell, weil die Wassertropfen, aus denen sie bestehen, Sonnenlicht in alle Richtungen streuen. Hier erreicht ein großer Teil dieses Lichts den Beobachter am Boden.
- Gewitterwolken wirken dunkel, weil ihre große Dichte und die groben Teilchen, aus denen sie bestehen, viel Licht absorbieren oder umlenken. Unterhalb der Wolke kommt dabei nur wenig Licht an.
- Nicht alle dunklen Wolken sind zwingend Regenwolken oder Gewitterwolken. Auch Schönwetterwolken, die besonders dicht sind, können dunkel aussehen.
Häufige Fragen zum Thema Schönwetterwolken und Gewitterwolken
Warum sind Wolken nicht blau wie der Himmel?
Wolken sehen weiß aus, weil ihre Wassertröpfchen das Sonnenlicht nahezu gleichmäßig über alle Farben streuen. Der Himmel wirkt dagegen blau, da kurzwelliges Licht (Blau) beim Durchgang durch die Erdatmosphäre stärker gestreut wird als langwelliges Licht.
Kündigen dunkle Wolken immer Unwetter an?
Dunkle Wolken besitzen eine hohe Dichte, sind aber nicht zwingend Unwetterwolken. Ob Wolken Gewitterwolken sind, lässt sich eher an ihrer Fortbewegungsgeschwindigkeit und ihrer Wachstumsgeschwindigkeit (jeweils höher als bei Schönwetterwolken) erkennen.
Warum sieht man bei Gewitterwolken manchmal helle Ränder?
An den Rändern sind Gewitterwolken oft dünner. Dort kann mehr Licht entweichen.
