Regen – und was so dahinter steckt

Was ist Regen und wie entsteht er?

Die Antwort scheint einfach, Regen ist die flüssige Form von Niederschlag und besteht aus Wasser sowie feinem Aerosol – den sogenannten Kondensationskeimen. Sie können natürlichen oder künstlichen Ursprungs sein (etwa aufgewirbelter Staub, Salz, vulkanische Asche oder Russpartikel aus Verbrennungsprozessen...). Hochreines Wasser gefriert nicht bei 0 Grad, sondern kann auch bei tiefen Minuswerten noch flüssig sein. Die Kondensationskeime verhindern das, der Wasserdampf kondensiert und lagert sich an den feinen Partikeln an. Es bilden sich also erste feine Tröpfchen. Diese sind aber zu Beginn noch sehr klein und bleiben in Schwebe. Es bilden sich Wolken, aber nicht jede Wolke bringt auch Regen. Hier greifen nun zwei verschiedene Mechanismen, die zum Anwachsen der Tröpfchen führen.

Koaleszenz

Was kompliziert klingt, ist aber einfach zu verstehen. Die feinen schwebenden Wassertröpfchen berühren sich und verschmelzen zu grösseren. Diese grösseren Tropfen sammeln weitere ein und wachsen dadurch an. Irgendwann sind sie so gross und schwer, dass sie durch Luftzirkulation nicht mehr in Schwebe gehalten werden. Sie fallen als Regentropfen zur Erde. Ob sie dort ankommen, hängt aber wieder von anderen Bedingungen ab. Ist die Luft unter der Wolke trocken genug und der Fallweg lang, können diese Tropfen auf ihrem Weg nach unten auch wieder verdunsten. Dadurch wird die Luft aber feuchter, was den folgenden Regentropfen den Weg zur Erde mehr und mehr erleichtert. Dieser Prozess dominiert in warmen Wolken.

Bergeron-Findeisen-Prozess

In der Realität ist es in Wolken aber auch oft kalt genug, dass neben unterkühlten Wassertropfen auch Eiskristalle vorhanden sind – sogenannte Mischwolken. Der Sättigungsdampfdruck über Eis ist geringer als der über Wasser, die Eiskristalle wachsen dadurch auf Kosten der Tröpfchen (die verdunsten, der Wasserdampf lagert sich in weiterer Folge als Eis am Kristallgitter ab). Werden die Eiskristalle gross genug, beginnen sie ebenfalls zu fallen. Ist es kalt genug, verbinden sie sich mit anderen Kristallen zu grösseren Schneeflocken. Sonst schmelzen sie und werden zu Regentropfen. Sind die Aufwinde in der Wolke stark genug (etwa in einer Gewitterwolke), tragen diese die Tropfen und Schneeflocken wieder in die Höhe, wo sie mit anderen Eiskristallen zu Körnern verschmelzen – es bildet sich Hagel. Dieser Wechsel aus Fallen, Schmelzen und wieder Aufsteigen kann sich unzählige Male wiederholen. Die Hagelkörner werden dabei grösser, wie bei einer Zwiebel lagern sich immer neue Schalen an. Tauende Hagelkörner bilden die typischen grossen Tropfen bei einem Wolkenbruch. 

Grösse und Form

Hier gibt es eine recht grosse Spannweite, von sehr klein bis gross. Ein typischer Regentropfen hat einen Durchmesser zwischen 0,5 und 1 mm. Das Beispiel wäre der typische Landregen, gleichmässig und länger anhaltend. Die Fallgeschwindigkeit liegt dann im Bereich von etwa 3 m/s. Ist der Tropfendurchmesser kleiner, handelt es sich eher um Nieselregen mit geringerer Fallgeschwindigkeit. Bei einem Platzregen oder Wolkenbruch erreichen die Tropfen Durchmesser von mehreren Milimetern, die Obergrenze liegt aber bei etwa 6 bis 8 mm. Noch grösser können die Tropfen nicht mehr werden, da durch das höhere Gewicht auch die Fallgeschwindigkeiten zunehmen. Kleine Tropfen sind nahezu rund, die Oberflächenspannung des Wassers sorgt dafür (wie eine Art Gummihaut). Wenn die Tropfen aber grösser werden und schneller fallen, nehmen auch die Kräfte der anströmenden Luft zu. Sie verformt den Tropfen mehr und mehr, er wird flacher und nimmt schliesslich eine Art Fallschirmform an. Ab einer gewissen Grösse wird er in kleinere Tropfen zerrissen. Ist der weitere Weg nach unten noch lang genug, können diese über Koaleszenz aber auch ein weiteres Mal anwachsen.

Regen ist nicht gleich Regen

Regen ist per Definition flüssig, zumindest zu dem Zeitpunkt, wenn der die Erdoberfläche berührt. Die Prozesse, die zu Regen führen, können aber recht unterschiedlich sein. Daneben wird Regen auch nach Dauer, Intensität und regionalem Auftreten klassifiziert. 

• Steigungsregen: Hierbei wird feuchte Luft an einem Hindernis gestaut (etwa einem Gebirge) oder zum Aufsteigen gezwungen.
• Konvektionsregen: Ein typisches Beispiel sind Regenschauer oder Gewitter. Sie sind regional und bezüglich der Intensitäten stark inhomogen
• Frontregen: Regen, der sich entlang von sich verlagernden Luftmassengrenzen bildet (Warm- und Kaltfronten sowie Okklusionen) 

Regenmessung

Regen wird mit Hilfe eines Ombrometers gemessen. Dabei wird die Regenhöhe registriert, die sich in einem entsprechend konzipierten Gefäss sammelt. Die Regenhöhe ist 1:1 äquivalent mit der Regenmenge, wobei die Regenhöhe in Millimeter und die Regenmenge in Liter pro Quadratmeter angegeben wird. Schüttet man einen Liter Wasser in einen Gefäss mit einem Quadratmeter Grundfläche, steht es dort dann einen Milimeter hoch. 

Petrichor

Regen hat unter gewissen Umständen auch einen typischen Geruch, der Petrichor genannt wird. Unter dem link geht es zu dem entsprechenden Artikel.