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'''Regen''' ist die am häufigsten auftretende Form flüssigen Niederschlags aus Wolken. Er besteht aus Wasser, das nach Kondensation von Wasserdampf infolge der Schwerkraft auf die Erde fällt.

Regentropfen binden Staub und Aerosole, die in die Atmosphäre aufgestiegen sind. Diese Bestandteile bestimmen den pH-Wert des Regens.

Die Regenformen werden nach Entstehung, Dauer, Intensität, Wirkung und geografischem Vorkommen unterschieden. Fester Niederschlag, z. B. Hagel, Graupel oder Schnee, besteht aus gefrorenem Wasser und Kondensationskeimen und tritt auch gemischt mit Regen auf.

Etymologie

Das gemeingerm. Wort mhd. ''regen'', ahd. ''regan'' ist vermutlich lateinischen Ursprungs: ''regare -'' 'bewässern, benetzen'.

Entstehung

Die Kondensation des Wasserdampfes in der Atmosphäre tritt durch und durch
Aerodynamik ein. Zusätzlich bestimmen der Staubgehalt und die Aerosole den Taupunkt abweichend vom Phasendiagramm der theoretischen Thermodynamik.

Allgemein

Ausgangspunkt jedes Regens sind Wolken, die aus feinen Eiskristallen oder ''Wolkentröpfchen'' (Wassertropfen mit 5 bis 10 ?m Durchmesser) bestehen. Sie bilden sich infolge der Abkühlung einer feuchten Luftmasse beim Aufstieg in der , wenn der Taupunkt unterschritten wird. Je nach Höhe und herrschender Temperatur bilden sich entweder Eiskristalle an Kristallisationskeimen durch Resublimation oder Wolkentröpfchen mit Hilfe von Kondensationskeimen durch Kondensation. Diese Primärkörper können, in Abhängigkeit von der Aufenthaltsdauer in der Wolke, weiteren Wasserdampf, andere Wolkentropfen oder auch Eiskristalle an sich binden und dadurch anwachsen. Erreichen Eiskristalle eine wärmere Umgebung, so schmelzen sie wieder zu Tropfen. Wird das Gewicht der Tropfen so groß, dass sie weder durch die Luftreibung (Reibung im Fluid nach dem Gesetz von Stokes) noch von den in einer Wolke vorherrschenden Luftströmungen (Aufwinden) ?in Schwebe? gehalten werden können, beginnen sie aufgrund der Schwerkraft langsam zu Boden zu sinken, und es entsteht der uns bekannte Regen. Das Zusammenwachsen vieler kleiner Wassertröpfchen zu größeren und schwereren beschleunigt diesen Vorgang und erhöht die Fallgeschwindigkeit. In der Regel besteht der am Boden auftreffende Regen aus Tropfen mit einem Durchmesser von 0,6 bis 3 mm.

Tropfenwachstum in warmen Wolken

''Warme Wolken'' sind Wolken, in denen nur flüssiges Wasser vorkommt.

Weiterhin gibt es noch Regensensoren ? diese dienen nicht der Messung, sondern lediglich der Steuerung technischer Prozesse.

Regenformen

{| class="wikitable float-right"
|-
| colspan="4" | Definition ausschließlich nach Menge und zeitlichem Anfall
|-
| colspan="2" | '''Regenschauer'''
<small>Niederschlagsmenge in 10 Minuten</small>
| colspan="2" | '''Regen'''
<small>Niederschlagsmenge in einer Stunde</small>
|-
! <small>Definition</small>
! <small>Menge</small>
! <small>Definition</small>
! <small>Menge</small>
|-
| leicht
| 0,1 bis 0,4 mm
| leicht
| 0,1 bis 0,5 mm
|-
| mäßig
| 0,4 bis 2 mm
| mäßig
| 0,5 bis 4 mm
|-
| stark
| 2 bis 8 mm
| stark
| 4 bis 10 mm
|-
| sehr stark
| ab 8 mm
|  
|  
|}

Abhängig von meteorologischen und geografischen Bedingungen gibt es unterschiedliche Formen von Regen. Die Klassifikation von Regen kann nach Dauer oder Intensität beziehungsweise nach Entstehung, räumlichen Vorkommen, Wirkung am Boden oder dem Empfinden eines Betrachters erfolgen. Man kann ein und dasselbe Regenereignis in verschiedene Kategorien einordnen, abhängig von der Perspektive des Beobachters ? hier einige Beispiele:
  • Wenn der Meteorologe von einem länger anhaltenden Frontregen spricht, wird dieser von der Allgemeinbevölkerung landläufig eher als Dauerregen betrachtet.
  • Konvektionsregen über den Tropen wird auch als Tropenregen oder, wenn so gefühlt, als warmer Regen aufgefasst.
  • Monsunregen ist von der Entstehung her Steigungsregen oder Frontregen, am Boden wird dabei oft Starkregen beobachtet.

Monsunregen

'').

Zusammensetzung

Hauptbestandteil von Regen ist Wasser in flüssiger Form. Das Wasser kann eine Temperatur zwischen ?40  (unterkühlt, aber nicht gefroren) und über 20 °C haben. Daneben kann der Regen je nach Entstehungsort weitere chemische Elemente und Verbindungen enthalten. Die Anreicherung des Regens mit zusätzlichen Stoffen reinigt die Luft, kann aber für das Regenwasser die Verunreinigung mit unerwünschten Substanzen mit sich bringen.

Die im Regen enthaltenen Stoffe können sowohl natürlichen Ursprungs als auch anthropogen, das heißt vom Menschen verursacht, sein.

Mit aufgewirbelter Gischt gelangen Na<sup>+</sup>, Cl<sup>?</sup>, Mg<sup>2+</sup> und K<sup>+</sup> als Seesalz-Aerosol in die Atmosphäre. Im Regenwasser nehmen die Konzentrationen dieser Ionen landeinwärts ab. Dagegen stammen Ca<sup>2+</sup>, NH<sub>4</sub><sup>+</sup>, HCO<sub>3</sub><sup>?</sup> und NO<sub>3</sub><sup>?</sup> im Niederschlag überwiegend aus dem über Landoberflächen fortgewehten Staub.
In Mitteleuropa ging die Intensität des sauren Regens seit den frühen 1980er Jahren zurück. An den Messstationen des deutschen Umweltbundesamts stieg der pH-Wert des gesammelten Regenwassers zwischen 1982 und 2014 von 4,1?4,6 wieder auf 5,1?5,2 an. Größere Tropfen verändern ihre Form aufgrund des Luftwiderstands und werden flachgedrückt, sie fallen turbulent. In diesem Fall ist der (''c''w-Wert) geschwindigkeitsabhängig. Er verändert sich permanent während der Beschleunigung. Der Luftwiderstand der Tropfen nimmt mit dem Quadrat der Fallgeschwindigkeit so lange zu, bis die Gewichts- und Widerstandskräfte gleich groß geworden sind, dann fällt der Regentropfen mit (fast) konstanter Geschwindigkeit.

Tropfenform

Tropfen bis etwa 1 mm Durchmesser behalten ihre sphärische Form (Kugel), dann beginnen sie sich allerdings durch die Luftgeschwindigkeit im Fallen immer stärker zu verformen. Dadurch nimmt ebenfalls der Luftwiderstand weiter zu, und die Fallgeschwindigkeit bleibt nahezu konstant. Die Tropfengröße ist variabel (A), der größte bisher fotografierte Tropfen hatte einen Durchmesser von 9 mm, in der Regel jedoch zerplatzen Tropfen bereits ab 6 mm zu kleineren. Die des Wassers überwindet (E). Die maximal erreichbare Größe eines Tropfens ist somit auch von der Zusammensetzung und Temperatur des ihn bildenden Wassers abhängig.

Berechnung

Das von Gewichtskraft und Reibung bei konstanter Fallgeschwindigkeit bildet den Ansatz für die Berechnung mittels Cw-Wert, oder mittels Gesetz von Stokes. Zur Vereinfachung werden keine Vorzeichen oder Vektoren verwendet, die Fallrichtung ist immer in Richtung Erde und der Luftwiderstand wirkt entgegen. Zusätzliche Einflüsse wie Luftströmungen (Auftrieb), Temperatur, Oberflächenspannung des Tropfens (Materialbeschaffenheit) oder veränderliche Form des Tropfens werden hier nicht berücksichtigt.

Kräftegleichgewicht, Ansatz für folgende Betrachtungen:

<math>\begin{matrix}

\text{Gewichtskraft} &=& \text{Reibungskraft} \F_\mathrm{g} &=& F_\mathrm{r} \\end{matrix}</math>

Folgende werden dabei verwendet:

{| class="wikitable"

! Formelzeichen !! Beschreibung !! SI-Einheit !! Standardwerte
|-
|<math>F_\mathrm{r}</math>|| Reibungskraft|| N||
|-
|<math>F_\mathrm{g}</math>|| Gewichtskraft|| N||
|-
|<math>g</math>|| Erdbeschleunigung|| m/s²|| (9,81 m/s²)
|-
|<math>c_\mathrm{w}</math>|| des Tropfens|| || (~0,35 bis 1,3, geschwindigkeitsabhängig)
|-
|<math>A_\mathrm{T}</math>|| des Tropfens als Widerstandsfläche|| m²||
|-
|<math>m_\mathrm{T}</math>|| Masse des Tropfens|| kg||
|-
|<math>\rho_\mathrm{L}</math>|| Dichte der Luft|| kg/m³|| (~1,3 kg/m³)
|-
|<math>\rho_\mathrm{T}</math>|| Dichte des Tropfens (Wassers)|| kg/m³ || (~990 kg/m³)
|-
|<math>v_\mathrm{T}</math>|| Geschwindigkeit des Tropfens|| m/s||
|-
|<math>r</math>|| Radius des Tropfen|| m ||(0,0001 bis 0,003 m)
|-
|<math>\eta_\mathrm{L}</math>|| der Luft|| Pa·s|| (~17,1 µPa·s)
|}

Die Fallgeschwindigkeit von Partikeln bis ~1 Millimeter nach dem Gesetz von Stokes ergibt sich aus folgender Kräftegleichung:

<math>

6\cdot \pi\cdot \eta_\mathrm{L}\cdot r\cdot v_\mathrm{T} = (\rho_\mathrm{T} - \rho_\mathrm{L})\cdot g\cdot\frac{4}{3} \cdot \pi \cdot r^3
</math>

Wenn <math>\rho_\mathrm{L} \ll \rho_\mathrm{T}</math>, dann folgt für die Geschwindigkeit:

<math>

v_\mathrm{T} = \frac{2}{9}\cdot\frac{\rho_\mathrm{T}\cdot g}{\eta_\mathrm{L}}\cdot r^2
</math>

Für <math>\rho_\mathrm{T} = 1000\, \mathrm{kg/m^3},\; g = 9{,}8\, \mathrm{m/s},\; \eta_\mathrm{L} = 17\cdot10^{-6}\, \mathrm{Pa \cdot s}</math> und <math>r = 10^{-3}\,\mathrm{m}</math> erhält man eine Geschwindigkeit von <math>128\, \mathrm{m/s}</math>.

Mit dieser Formel lassen sich auch Sinkgeschwindigkeiten von Staubpartikeln in der Luft berechnen. Diese können durch starke Winde (Wüstenstürme), Vulkanausbrüche, Kernwaffenversuche oder Meteoriteneinschläge in große Höhen (bis 30 Kilometer) der Atmosphäre gelangen. Bei langer Aufenthaltsdauer infolge geringer Sinkgeschwindigkeit und einer großen Menge an Partikeln kann es zu starker Abkühlung kommen. Man spricht dann, im Falle von Großereignissen (Supervulkanausbruch, große Meteoriteneinschläge, Atomkrieg), auch vom Nuklearen Winter.

''Beispiel:''durchmesser in Millimeter (nur in einem Bereich von 0,5 bis max. 1,5 mm Tropfengröße annähernd richtig). Ein Tropfen der Größe 1 mm fällt mit einer Geschwindigkeit von etwa 6 m/s ? 20 km/h.

Wirkung

Regen ist die häufigste Form von Niederschlag und trägt dazu bei, den Wasserkreislauf zu schließen, der für das Leben auf der Erde ein entscheidender Faktor ist. Langfristig tragen die durch Regen gespeisten Bäche und Flüsse ganze Gebirge ab. Bei entsprechenden geologischen Verhältnissen können Schluchten und Canyons entstehen. Regen reinigt die Luft und wäscht Staub, Pollen und sonstige Partikel aus. Er löst weiterhin Sauerstoff, Stickstoff, , und aus der Luft. Die gelösten Stoffe führen zu einer erhöhten Erosion und der Verwitterung von Gestein und Boden, sowie zu einer erhöhten Regenerosion bei Gebäuden, Maschinen und Anlagen (zum Beispiel an Flugzeugflügeln). Regen löst außerdem Mineralien aus Gestein und Boden, die als Nährstoff für Pflanzen sowie andere Lebensformen dienen.

''Übermäßiger Regen'' kann langfristig zu einer Veränderung des lokalen Klimas (Mikroklima und Mesoklima), und damit auch zu einer Veränderung von Fauna und Flora führen. Ebenso kann dadurch eine (Denudation), beziehungsweise flächenhafte Erosion oder des Bodens erfolgen. Kurzfristiger übermäßiger Regen kann lokal zu Sturzbächen und Überflutungen führen. Bei Hanglagen und im Gebirge kann er Hang- oder Erdrutsche und Gerölllawinen hervorrufen.

''Ausbleibender Regen'' führt langfristig zu und somit zu einer Veränderung des lokalen Klimas, was ebenso Veränderungen bei Fauna und Flora hervorrufen kann. Dieser Prozess fördert die Desertifikation. Durch die verringerte Regenerosion bleiben aber Bauwerke, Anlagen und Maschinen unter Umständen länger erhalten; die Pyramiden von Gizeh sind ein Beispiel für geringe Erosion über Jahrtausende. Kurzfristig ausbleibender Regen (Austrocknung) verändert das lokale Klima nicht und stellt somit keine Bedrohung für Fauna und Flora dar.

Kulturgeschichte

Hydraulische Gesellschaften

Karl August Wittfogel These von der Hydraulischen Gesellschaft prägte lange die Vorstellung von Gesellschaften, bei denen die Verteilung und Regulierung der Wasservorkommen und seltener Regenfälle zentral war. Zentral war diesen Gesellschaften ein Staatskult (mit einer mächtigen Beamten- und Priesterschaft) und zentralisierte typische Herrschaftsformen eines ?Hydraulischen Despotismus?.

Er nannte dabei die im Altertum das chinesische Kaisertum zur Zähmung des Huang Hes, die im Punjab am Indus früh erscheinende Hochkultur, die Regulierung des Euphrat und Tigris in Mesopotamien (vgl. Babylonisches Reich), das ägyptische Pharaonentum am mittleren und unteren Nil und ? mit Abstrichen ? das Aztekenreich in Mexiko (vgl. Tenochtitlán) bzw. Inkareich in Peru vor ihrer Zerstörung durch den spanischen Imperialismus. Technische Kenntnisse, in der Wasserbewirtschaftung wie im Bereich der , 2007.</ref>

In altorientalischen Regionen und Epochen wurden Gewitter und Sturm als numinose Gewalt empfunden, mit wichtigen Unterschieden in der jeweiligen Mythologie. So spielte der Wettergott im vom geprägten Babylonien weniger eine Rolle als Regenspender, sondern stärker als Herr der Stürme. In den stärker vom Regenfeldbau geprägten Gebieten des Alten Orients, also in Obermesopotamien, Syrien, Anatolien und auch in Assyrien, nahm er eine bedeutendere Stellung unter den großen Gottheiten ein als in Babylonien.

In China war der Regen Symbol für Fruchtbarkeit und Zeugung. Nach alten mythologischen Vorstellungen erzeugte ihn der Drache mit Hilfe von Bällen. Unter ''Wolken-und-Regen-Spiel'' verstand man damals in China auch die geschlechtliche Vereinigung von Mann und Frau.

Regenmacher und Hagelabwehr

Der Beginn der modernen Wetterkunde wird auf den Bau des ersten Thermometers durch Galileo Galilei um 1600 datiert.<ref>discovery.de , ''königlicher Regen'') eine zentrale Rolle im Verhältnis zur dortigen Monarchie.

Volkskundliche Aspekte

In Deutschland ist , gehäuft Nutzpflanzen befielen.

In ist insbesondere Salzburg und das angrenzende Salzkammergut für seinen lang anhaltenden bekannt.

Im insbesondere katholischen Christentum gilt der Heilige Georg als einer der Vierzehn Nothelfer und ist unter anderem für gutes Wetter zuständig, die Tradition der Georgiritte geht unter anderem darauf zurück. Eine zentrale Rolle als Hoffnungssymbol und besondere Naturerscheinung spielt in vielen Kulturen der Regenbogen, im Christentum als zentrale Verheißung Gottes, die Sintflut nicht zu wiederholen und den Bund mit den Menschen zu erneuern.

Siehe auch

  • spezielle Regenformen: Wolkenbruch, Schauer, Zenitalniederschlag, Praecipitatio
  • weitergreifend zum Thema: Wetter, Regenzeit, Gewitter, Regenwasser, , Niederschlagsrekorde
  • Petrichor ? Geruch von Regen auf trockener Erde
  • menschliche Einflüsse: Wetterbeeinflussung, Saurer Regen,
  • Kulturell-Technisches: Regenbekleidung, Niederschlagsradar, Regensensor (zur automatischen Scheibenwischersteuerung in Fahrzeugen)

Literatur

  • Cynthia Barnett: Rain. ''A natural and cultural history''. Crown Publications, New York 2015, ISBN 978-0-8041-3709-6.
  • Wolfgang Kühr: ''Der Privatflugzeugführer, Teil 2: Grundlagen der Flugwetterkunde.'' Luftfahrtverlag Schiffmann, Bergisch Gladbach 1991, ISBN 3-921270-08-1.
  • Gösta H. Liljequist, Konrad Cehak: ''Allgemeine Meteorologie.'' Vieweg, Braunschweig, 1984 (3. überarb. Aufl.), ISBN 3-528-23555-1.
  • Klaus Lüders, Gebhard von Oppen: ''Lehrbuch der Experimentalphysik, Bd. 1: Mechanik, Relativität, Wärme.'' Walter de Gruyter, Berlin 2008 (12. überarb. Aufl.), ISBN 3-11-016837-5.
  • Wilhelm Raith (Hrsg.): ''Lehrbuch der Experimentalphysik, Bd. 7: Erde und Planeten.'' Walter de Gruyter, Berlin 2001 (2. aktual. Aufl.), ISBN 3-11-016837-5.
  • Dieter Walch: ''So funktioniert das Wetter.'' blv, München 2000 (2. Aufl.), ISBN 3-405-15945-8.
  • Berthold Wiedersich (Hrsg.): ''Taschenatlas Wetter.'' Klett-Perthes, Gotha 2003, ISBN 3-623-00021-3.

Weblinks

  • Herleitung der Fallgeschwindigkeit eines Regentropfens (PDF; 592 kB)
  • : ''Rekorde und Extreme''
  • Sendung von N3, ausgestrahlt am 7. Oktober 2019. 45 Minuten.

Einzelnachweise

<references>
<ref name="Spiegel20130204">
Philip Bethge (4. Februar 2013) ''Meer aus Schlamm''; Der Spiegel 6/2013
</ref>
<ref name="ZhuNewell1998">
Yong Zhu und Reginald E. Newell (1998) ''A proposed algorithm for moisture fluxes from atmospheric rivers''. Monthly Weather Review, 126, 725?735.
</ref>
</references>