Luftdruck, Temperatur & UV-Strahlung in Abhängigkeit zur Höhe

1
Ausgangshöhe
m ü.M.
2
Aufstieg oder Abstieg?
Wie weit?
Höhenmeter

Durch den um Höhenmeter ist zu erwarten:

der Temperatur um °C

des Luftdrucks um hPa / mbar

der UV-Strahlung um %

Hinweis: Ausgegebene Werte gelten nur unter Idealbedingungen. In der Praxis gibt es viele weitere Einflussfaktoren, v.a. die Wetterlage.

Jeder Bergsteiger weiß, dass sich die Luft mit zunehmender Höhe verändert. Sie wird „dünner“. Doch was bedeutet das eigentlich? Und wie erklärt sich dieses Phänomen?

Wie verändert sich der Luftdruck bei zunehmender Höhe?

Um zu verstehen, warum der Luftdruck mit zunehmender Höhe abnimmt, stellen wir uns einfach einen 10 m hohen Glaszylinder mit einem Durchmesser von 10 cm vor. Nun werfen wir nach und nach Wattebällchen in diesen Zylinder, bis er bis oben gefüllt ist. Die Watte ganz oben spürt keinen Druck und ist demnach genauso weich wie vorher. Die Watte in der Mitte wird von der Watte, die über ihr liegt, zusammengedrückt. Sie verspürt einen Druck, der ihr Volumen verringert. Sie verliert ihre Bauschkraft. Die Watte ganz unten spürt den Druck der gesamten Watte im Zylinder und wird komplett platt gedrückt. Auf ihr lastet der größte Druck, sie hat deswegen das kleinste Volumen .

Obwohl es die gleiche Watte wie oben ist, verändern sich die Eigenschaften der einzelnen Wattebällchen innerhalb des Zylinders. Würden wir den Zylinder nun in 10 cm dicke Scheiben schneiden und die darin enthaltenen Wattebällchen zählen, würden wir feststellen, dass die Anzahl der Bällchen von unten nach oben abnimmt. Das liegt daran, dass die Watte bei kleinstem Volumen die größte Dichte hat. Die Dichte wird also nach oben immer kleiner und damit nimmt auch der Druck, der auf jeder Schicht lastet, ab.

Dasselbe Prinzip gilt für die Luft, die uns umgibt, nur dass wir hier keinen 10m hohen Zylinder, sondern eine in etwa 100km hohe Atmosphäre haben. In dieser Atmosphäre drückt jedes Luftmolekül auf die Moleküle unter sich. Sowohl die Dichte als auch der Luftdruck der Atmosphäre wird dadurch immer größer, je näher man sich am Boden befindet. Oder umgekehrt kleiner, je höher man kommt.

Der Siedepunkt nimmt in der Höhe ab
Kochen in großer Höhe verbraucht mehr Brennstoff

Das führt zu einer ersten Konsequenz, die sich relativ schnell bemerkbar macht. Da das Volumen der Lunge konstant bleibt, nimmt man pro Atemzug am Boden mehr Luftmoleküle und damit auch mehr lebenswichtigen Sauerstoff auf, als in 5000 Metern Höhe. Die Luft am Berg wird dünner und man muss, je höher man kommt, öfter atmen um die gleiche Menge an Sauerstoff aufzunehmen.

Ein weiterer interessanter Effekt ist, dass sich der Siedepunkt von Wasser bei abnehmendem Druck verringert. Das bedeutet nichts anderes, als dass das Wasser bei weniger als 100°C kocht. Du solltest Dich aber nicht täuschen lassen: Das Kochen von Speisen dauert dadurch auch länger als in geringerer Höhe und du benötigst mehr Brennstoff für den Outdoor Kocher .

Wie verändert sich die UV-Strahlung bei zunehmender Höhe?

Aber nicht nur der Druck ändert sich, auch die Intensität der UV-Strahlung verändert sich mit zunehmender Höhe. UV-Strahlung wird von der Atmosphäre absorbiert. Je weniger Atmosphäre sich über uns befindet, desto weniger Strahlung wird logischerweise absorbiert. Die UV-Strahlung steigt alle 100 Höhenmeter um etwa 2% an.

Man sollte deshalb in den Bergen unbedingt auf ausreichenden UV-Schutz durch entsprechende Sonnenschutzmittel und Bekleidung mit integriertem UV-Schutz achten. Selbst bei bewölktem Himmel dringt UV-Strahlung zu uns, und da die Intensität der Strahlung in den Bergen höher ist als im Tal, unterschätzt man leicht, wie stark die Haut belastet wird.

Wie verändert sich die Temperatur bei zunehmender Höhe?

Kommen wir zum letzten Punkt, der Temperatur. Jeder Bergsteiger wird wissen, dass es kälter wird, je höher man kommt. Und zwar um 0,65° Celsius kälter pro 100 Höhenmeter , eine stabile Wetterlage ohne Schichtung vorausgesetzt. Aber warum eigentlich?

Unser Planet Erde produziert kaum selbst Wärme. Beinah die gesamte thermische Energie an der Erdoberfläche kommt von der Sonne. Diese Energie, welche in Form von Strahlung die Erde erreicht, wird vom Boden absorbiert und als Wärme gespeichert. Der Boden gibt die Wärme an seine Umgebung (die Luft) wieder ab. Die Atmosphäre heizt sich auf.

Die Atmosphäre erwärmt sich nun von unten nach oben. Je näher man sich am Boden befindet, desto mehr thermische Energie, also Wärme, ist verfügbar und desto wärmer ist es. Im Gegensatz zum Druck, der gleichmäßig bis zum Rand der Atmosphäre abnimmt, ist der Temperaturverlauf in der Atmosphäre jedoch nicht gleichmäßig. Die äußeren Schichten, also in ca. 100 Kilometern Höhe, werden direkt von der Sonne aufgeheizt und sind sehr heiß. Dadurch ergibt sich ein nichtlinearer Temperaturverlauf .

In den für den Bergsport relevanten Höhen, also zwischen Meereshöhe und knapp 9000 Metern , ist der Verlauf allerdings relativ linear und unser Rechner liefert zuverlässige Ergebnisse.

Man muss jedoch auf Effekte achten, die nicht direkt mit den physikalischen Eigenschaften der Atmosphäre zusammen hängen. Die Luft ist ständig in Bewegung. Es gibt Hochdruckgebiete und Tiefdruckgebiete.

Trifft ein Hochdruckgebiet (hohe Luftdichte, hoher Luftdruck) auf ein Tiefdruckgebiet (niedrige Luftdichte, niedriger Druck) so kommt es automatisch zu einem Druckausgleich. Das bedeutet, dass Luft aus dem Hochdruckgebiet in das Tiefdruckgebiet strömt. Passiert dies in Bodennähe, merken wir das als Wind .

Die Entstehung dieser Gebiete mit hohem und niedrigem Druck hängt von vielen, teils sehr lokalen Faktoren ab. Bewegen sich große Luftmassen auf ein sehr hohes Gebirge zu und können nicht einfach über dieses hinwegfliegen, so staut sich die Luft vor diesem Gebirge. Der Luftdruck wird größer.

Ebenso bestimmt die Temperatur der Atmosphäre deren Dichte. Es gilt grob: Hohe Temperatur bedeutet hohen Luftdruck, niedrige Temperatur bedeutet niedrigen Luftdruck.

Was bedeutet das nun für uns Alpinisten und Outdoor-Sportler?

Prinzipiell mögen wir alle einen wolkenlosen, blauen Himmel. Stabile Hochdruckgebiete sind also genau das, was wir brauchen, denn da strömen kalte Luftmassen aus großer Höhe Richtung Boden und erwärmen sich dabei. Das bedeutet, dass Wolken sich auflösen und der Himmel klar ist.

In Tiefdruckgebieten strömen Luftmassen vom Boden in große Höhen, dabei kühlen sie ab und es bilden sich Wolken, welche zu Regen führen.

Hoch- und Tiefdruckgebiete treten jedoch nicht nur nebeneinander auf, es kann auch zu einer Schichtung kommen, bei der Luftmassen mit unterschiedlichem Druck übereinander liegen. Wir haben eingangs erwähnt, dass der Luftdruck mit zunehmender Höhe abnimmt. Bei bestimmten Wetterphänomenen ist jedoch genau dies nicht der Fall.

Inversionswetterlage als Sonderfall

Inversionswetter im Oberrheingraben vom Kandel aus fotografiert
Inversionswetterlage: Nebel und Rauch bleiben in Bodennähe

Zum Beispiel wenn sich ein Hochdruckgebiet über einem Tiefdruckgebiet befindet. Dieses Phänomen tritt meist sehr lokal auf und wird als Inversionswetterlage bezeichnet. Dabei verhindert die warme Luftschicht, dass die kalte Luftschicht aufsteigt.

Es kommt meist zu sehr starker Wolken- oder Nebelbildung in Bodennähe. Dabei gibt es oftmals eine klar erkennbare Grenze, bei der die Wolken scheinbar abrupt aufhören. Dies ist der Beginn des Hochdruckgebietes. Oberhalb dieser Wolkendecke hat man sehr klare Luft mit guter Fernsicht, während man innerhalb nur sehr eingeschränkte Sicht hat und die Temperatur stark abnimmt. Hier sind Temperatur- und Druckverlauf der Atmosphäre lokal umgekehrt im Vergleich zur physikalischen Erwartung. Druck und Temperatur nehmen ab, je tiefer man kommt.

Die Grenzen der Berechenbarkeit

Prinzipiell lässt sich relativ gut vorhersagen, wie sich Druck, Temperatur und Dichte mit zunehmender Höhe verändern. Das gilt jedoch nur bei stabilen Wetterlagen ohne Wetterwechsel , das heißt bei konstanter Luftfeuchtigkeit. Da die Atmosphäre jedoch in ständiger Bewegung ist, verändert sich auch die Luftfeuchtigkeit teilweise sehr schnell. Temperatur und Luftdruck verhalten sich dann nicht, wie in diesem vereinfachten Modell vorhergesagt. Das Thema Luftfeuchtigkeit führt an dieser Stelle jedoch zu weit.

Wichtig ist: Wer längere Zeit in den Bergen unterwegs ist, besonders in großen Höhen, sollte sich vorher unbedingt über die aktuelle Wetterlage und gegebenenfalls über die Wetterprognose für die nächsten Tage informieren!