Warum ist es in Flughöhe so kalt?

Warum ist es in Flughöhe so kalt? Ein Blick auf die Physik der Atmosphäre

Die Erfahrung, bei einem Flug in großer Höhe von eisiger Kälte überrascht zu werden, ist vielen Menschen bekannt. Doch warum ist es dort oben so viel kälter als am Boden? Die Antwort liegt in den physikalischen Eigenschaften der Atmosphäre und dem komplexen Zusammenspiel verschiedener Faktoren. Die Hauptursache für die extreme Kälte in Flughöhe ist die abnehmende Luftdichte mit steigender Höhe.

Die Erdatmosphäre ist kein statisches Gebilde, sondern ein dynamisches System, in dem sich Luftmassen ständig bewegen und vermischen. Mit zunehmender Höhe nimmt der Luftdruck kontinuierlich ab. Dies liegt daran, dass die darüber liegende Luftsäule immer kleiner wird und somit weniger Gewicht auf die untere Luftschicht drückt. Dieser Druckabfall hat einen entscheidenden Einfluss auf die Temperatur.

Der Prozess, der die Abkühlung in der Höhe verursacht, wird als adiabatische Abkühlung bezeichnet. Steigt Luft auf, dehnt sie sich aufgrund des sinkenden Drucks aus. Diese Ausdehnung geschieht ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung. Die Energie, die für die Ausdehnung benötigt wird, wird der inneren Energie der Luft entzogen. Vereinfacht gesagt: Die Luft „arbeitet gegen den Druck, und diese Arbeit wird durch eine Abnahme der Temperatur bezahlt. Es ist vergleichbar mit dem Ausströmen von Luft aus einer Druckluftflasche – die Flasche kühlt sich dabei spürbar ab.

Die Sonnenstrahlung spielt ebenfalls eine entscheidende Rolle. Die Erdoberfläche absorbiert einen Großteil der einfallenden Sonnenstrahlung und wird dadurch erwärmt. Diese Wärme wird dann durch Konvektion und Wärmeleitung in die Atmosphäre übertragen. Die Luft in Bodennähe wird somit stärker erwärmt als die dünnere Luft in der Höhe. Die Luft in der Höhe erhält nur einen Bruchteil der direkten Sonneneinstrahlung, und der Wärmeaustausch mit der Erdoberfläche ist stark eingeschränkt. Die geringe Dichte der Luft in der Höhe behindert zudem die effektive Wärmeverteilung.

Die Rolle der Feuchtigkeit ist ebenfalls nicht zu vernachlässigen. Wasserdampf in der Luft trägt zur Wärmekapazität bei. Kondensation, also der Übergang von Wasserdampf in flüssiges Wasser, setzt Wärme frei. Dieser Effekt wirkt der adiabatischen Abkühlung entgegen. Jedoch nimmt die Luftfeuchtigkeit mit zunehmender Höhe ab, wodurch die durch Kondensation freigesetzte Wärmemenge geringer wird und die Abkühlung stärker zum Tragen kommt. In großen Höhen ist die Luft meist sehr trocken, was die Abkühlung weiter verstärkt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die extreme Kälte in Flughöhe das Ergebnis eines komplexen Zusammenspiels aus abnehmender Luftdichte, adiabatischer Abkühlung, ungleicher Erwärmung durch Sonnenstrahlung und dem Einfluss der Feuchtigkeit ist. Diese Faktoren führen dazu, dass die Temperatur mit zunehmender Höhe deutlich sinkt, was zu den eisigen Bedingungen in der Reiseflughöhe von Flugzeugen führt. Dieses Verständnis ist nicht nur für Flugreisende interessant, sondern auch für Meteorologen und Klimaforscher von großer Bedeutung.