Dampf im Kessel

Petershagen. Im 19. Jahrhundert war er der Motor der industriellen Revolution. Jeder Mensch setzt im Schnitt täglich etwa 500 Gramm davon frei. Und im Wettergeschehen ist er ein ganz entscheidender Faktor. Die Rede ist vom Wasserdampf, dem wir in der Atmosphäre in vielfältiger Form begegnen, im Kleinen als Wassertröpfchen, Schnee-flocke oder als Eiskristall, in der Masse als Dunst, Nebel, Hagel, Wolkendecke oder Starkregen. Streng physikalisch betrachtet entsteht Wasserdampf, wenn Wasser in den gasförmigen Aggregatzustand wechselt. Das passiert insbesondere, wenn Wasser so stark erhitzt wird, dass es seinen Siedepunkt überschreitet — bestes Beispiel: im Kochtopf auf dem Herd. Andererseits trocknet Wäsche im Freien auch auch bei niedrigen Außentemperaturen durch Verdunstung, sogar, wenn die Temperatur unter Null liegt. Auch dabei wechselt Wasser in den gasförmigen Zustand. Und es ist auch bekannt, dass sich selbst Schnee buchstäblich in Luft auflösen kann, ohne dass zunächst Schmelzwasser entsteht. Dieser direkte Übergang von fest zu gasförmig wird als Sublimation bezeichnet. Zurück zur physikalischen Definition: In allen genannten Fällen entsteht ein Gas, das genauso unsichtbar ist wie die Luft! 

Umgangssprachlich sind wir physikalisch meist weniger korrekt und verbinden den Begriff Wasserdampf mit sichtbaren Dampfschwaden, die etwa über einer kochenden Suppe freigesetzt werden. Solche Schwaden sind deshalb sichtbar, weil ein Teil des aufsteigenden „trockenen” Dampfes Wärme an die Umgebung abgibt, dabei abkühlt und wieder in den flüssigen Zustand zurückfällt, physikalisch ausgedrückt kondensiert. Dabei bilden sich zahllose kleine, feinverteilte Tröpfchen, die im Luftstrom mitgerissen werden. Auch Kondensstreifen von Flugzeugen verdanken ihre Entstehung dem gleichen Vorgang. Bei der Verbrennung von Flugzeugkraftstoffen fällt in den heißen Abgasen als Nebenprodukt auch Wasserdampf an, der nach dem Austritt aus den Triebwerken in der Luft schlagartig kondensiert.

Wasserdampf ist der Energietransporteur in der Atmosphäre, und die Phasenübergänge machen “Wetter” für uns überhaupt erst sichtbar. Dass warme Luft mehr Wasserdampf aufnehmen kann als kalte Luft, sorgt für die Entstehung von Wolken. Wenn Wasser über den Ozeanen verdunstet und gasförmig mit der Luft aufsteigt, kühlt diese mit zunehmender Höhe ab. Irgendwann wird dann der Sättigungszustand überschritten und der überschüssige Dampf kondensiert zu Wassertröpfchen, die sich bei hinreichender Menge zu Wolken vereinigen. Das Prinzip ist einfach, aber viele Faktoren haben Einfluss darauf, wie sich Wasserdampf in der Atmosphäre genau verhält. Einiges davon lässt sich recht gut an einem Objekt demonstrieren, das in Blickweite liegt: der Kühlturm des Kraftwerks Heyden. 

Es hat durchaus eine gewisse Ähnlichkeit mit einem physikalischen Experiment. Im Zuge der Stromerzeugung entsteht im Kühlturm auf immer gleiche Art Wasserdampf. Wenn der Dampf aus dem Kühlturm austritt, bietet sich jedoch keineswegs immer das gleiche Bild. Die Dampffahne kann ganz unterschiedliche Gestalt annehmen, wie die nebenstehenden Fotos zeigen.

Zuerst registriert man üblicherweise die Orientierung der Dampffahne, die Auskunft über die Windrichtung und Anhaltspunkte für die Windstärke gibt (Bild 1). Selten herrscht auch in größerer Höhe solche Windstille, dass der Dampf senkrecht aufsteigt (Bild 3). Das Gegenstück ist, wenn die Dampffahne direkt über dem Kühlturm infolge starken Windes fast rechtwinklig abknickt.

Dass Luft keineswegs immer ein homogenes Gemisch ist, verrät Bild 4. Angesichts des “Hakens” der Fahne tippen Fachleute in diesem Fall auf eine Art Sperrschicht über dem Dampf, die dessen weiteren Auf-stieg verhinderte. Bei einer Hochdrucklage kommt dafür insbesondere eine wärmere Schicht in Betracht, die kältere Luft überlagert, was als Inversion bezeichnet wird.

Versuchen Sie doch spaßeshalber einmal, selbst eine plausible, wetterdingte Erklärung dafür zu finden, warum auf Bild 6 so viel mehr Dampf vorhanden ist als auf Bild 5. Hierbei geht es um die Frage: Wann lösen sich die kondensierten Wassertröpfchen der Dampffahne wieder auf? Zwei Faktoren sind dabei vorrangig zu bedenken, die Temperatur und die Feuchtigkeit der umgebenden Luft. Letzter Tipp: Es macht einen Unterschied, ob diese Luft von einem Tiefdruckgebiet aus westlicher Richtung herangeführt wurde und dabei über dem Atlantik viel Feuchtigkeit aufgenommen hat, oder ob ein Hochdruckgebiet Festlandsluft aus Russland geliefert hat. Auflösung in der nächsten Folge. 

Vielleicht werfen Sie beim nächsten Spaziergang einmal einen bewußten Blick in Richtung Kühlturm. Es könnte sein, dass Sie die Dampffahne ab jetzt mit etwas anderen Augen wahrnehmen.

Text: Klaus-Peter Vogel und Dietmar Meier, Fotos: Dietmar Meier