Chaos in der Atmosphäre
Hallo liebe Kinder,
Ich will euch von unserer Veranstaltung „Chaos in der Atmosphäre“ am mit Prof. Dr. Günther Heinemann erzählen. Dabei erzählte uns Herr Heinemann, ein Meteorologe (jemand, der sich mit Luft und Luftströmungen beschäftigt) was Chaos eigentlich ist und wie es entsteht. Dafür fragte er zuerst, was wir dachten, was das Chaos ist. Dann erklärte er uns, dass Chaos vom lateinischen Wort für „völlige Unordnung“ kommt und entsteht, wenn man ganz viel in ordentlichen Systemen rührt und herum wischt. Dann erklärte er uns, was eine Turbulenz ist, nämlich ein Prozess, der Chaos erzeugt. Es kommt vom lateinischen Wort für „vollständige Störung“. Oft sind damit auch Luftwirbel gemeint.
Herr Heinemann erklärte dann den Unterschied von geordneten und ungeordneten Wirbeln mit Hilfe von mehreren Beispielbildern, einem Video zu Wirbeln in Unordnung und einem Rauchexperiment. Dann erklärte er uns aber, dass man normalerweise diese Wirbel nicht sieht und stattdessen mit einer speziellen Maschine aufzeichnen muss.
Diese Maschine ist zum einen sehr teuer (man könnte sich für das Geld ein neues Auto kaufen) und hochauflösend (sie misst 20 Luftströmungen pro Sekunde). Zwei Kinder wurden nach vorne gerufen und sollten in die Maschine reinpusten, dann versuchten wir dasselbe nochmal mit einem Ventilator. Die Ergebnisse wurden dann in einem Computerprogramm dargestellt und wir fanden heraus, dass wir kleine Turbulenzen erzeugt hatten, da wir die Luft in Unruhe versetzt hatten und damit Chaos erzeugt hatten.
Herr Heinemann erklärte uns dann, dass in der freien Natur Turbulenzen durch die Abgabe von Oberflächenenergie an die Atmosphäre entstehen. Hierdurch würden entweder turbulente Strömungen zustande kommen (alle Wirbel haben unterschiedliche Größen, die sich in unterschiedliche Richtung drehen) oder laminare Strömungen (bestehen aus geordneten Wirbeln, die sich in die gleiche Richtung drehen).
Danach stellte Herr Heinemann die Frage, wie eigentlich Wirbel entstehen? Nämlich beim Kontakt von Luftströmungen mit Kanten, Löchern oder anderen Hindernissen. Dann zeigte er uns einen Film, bei dem Wirbel künstlich sichtbar gemacht wurden und sich ohne Hindernisse gleichmäßig und gerundet bewegen. Alternativ bewegen sich Wirbel, wenn sie auf Kanten treffen ungleichmäßig und wirbeln sich stärker ein.
Dieses Prinzip zeigte uns Herr Heinemann dann noch an drei Experimenten. Zuerst füllte er einen Eimer mit künstlichem Rauch und zeigte uns, wie der Rauch aus dem Eimer in geordneten Wirbeln entkam. Dann füllte er einen Sack mit Nebel und richtete diesen auf ein Hindernis und zeigte uns, wie es aussah, wenn der Rauch auf die Kante traf, nämlich dass sich die Wirbel an der Kante bildeten. Zuletzt füllte er eine Kiste mit einem Loch mit Rauch und zeigte uns, dass sich aus der Kiste Rauchringe schießen ließen. Dieses Experiment fanden wir ganz toll!
Nach den Experimenten erklärte uns Herr Heinemann, wie genau nun Turbulenzen entstehen. Nämlich entweder dadurch, dass eine Luftströmung zwei verschiedene Geschwindigkeiten hat, sich also ein Teil schneller bewegt als ein anderer. Dies stört die Strömung und die Wirbel geraten in Unordnung und werden instabil. Dies zeigte er uns nochmal mit einem Film.
Die zweite Ursache für Turbulenzen ist die Konvektion. Dabei zeigte uns Herr Heinemann ein Bild von einer Zigarette und dem Rauch, der unregelmäßig von ihr aufsteigt. Dieses Phänomen erklärte er uns dadurch, dass die aufsteigende Luft heiß ist und deshalb Auftrieb hat. Dazu machten wir dann zwei Experimente. Wir hatten zwei Aquarien mit kaltem Wasser. In das eine gaben wir rote Farbe und eine kleine Heizplatte.
Erst ließen wir die Farbe sich im unteren Bereich des Wassers verteilen und schalteten dann die Heizplatte an. Dadurch wurde das rotgefärbte Wasser über der Heizplatte warm und stieg nach oben. Also erwärmte die Heizplatte das kalte, gefärbte Wasser, das dann in Wirbeln aufstieg und sich über der Heizplatte anlagerte. Im zweiten Experiment gaben wir blau gefärbte Eiswürfel in kaltes Wasser. Die Eiswürfel schmolzen und das durch sie gefärbte, kältere Wasser sank nach unten ab und lagerte sich am Beckenboden ab.
Dann erklärte uns Herr Heinemann, dass die Erde eine natürliche Heizplatte ist: Die Erdoberfläche wird durch die Sonne aufgewärmt und es entsteht ein Konvektionseffekt (warme Luft steigt in Wirbeln auf) in den unteren 1000m der Atmosphäre. So entstehen Turbulenzen in den Wolken, weil sich die warme Luft mit der kalten vermischt, bis die Wärme gleichmäßig in der Atmosphäre verteilt ist.
Anschließend erklärte uns Herr Heinemann noch, was ein „Luftloch“ eigentlich ist: Nämlich ein Luftwirbel, der das Flugzeug abwechselnd nach oben und nach unten drückt. Zusätzlich erklärte uns Herr Heinemann noch, dass Turbulenzen durch die Veränderung der Windgeschwindigkeit in der Troposphäre erzeugt werden können. So entsteht zum Beispiel der Strahlstrom dadurch, dass in großer Höhe der Wind nach oben abgelenkt wird. Die Flugzeuge versuchen in diesen Strom zu gelangen, da er sich schneller bewegt als es das Flugzeug könnte und der Strahlstrom ihnen Rückenwind gibt. Der Strahlstrom verläuft von Ost nach West und ist wie eine Röhre: Innen gibt es Windgeschwindigkeiten zwischen 200 und 300 km/h, an den Rändern des Stromes gibt es Turbulenzen und Windlöcher, die den Flug für das Flugzeug ganz schön schwierig machen können!
Zuletzt gingen wir noch einmal zu unseren zwei Aquariumsexperimenten. Hier konnten wir beobachten, dass sich das rote, warme Wasser an der Wasseroberfläche angelagert hatte, während sich das Wasser im anderen Aquarium komplett blau gefärbt hatte.
Das war eine spannende Veranstaltung rund um das Chaos in der Atmosphäre!
Klara Schlaufuchs
