3. Luftdruck

Eine der wichtigsten Messgrössen ist in der Meteorologie der Luftdruck. Auch wenn man die Luft nicht sehen kann, übt sie einen Druck auf die Erdoberfläche aus, der von der Luftmenge oberhalb des betrachteten Niveaus abhängt. Der Luftdruck ist daher über tiefer gelegenen Gebieten grösser als in der Höhe. Da die Luft komprimierbar ist, ändert sich der Druck allerdings nicht linear mit zunehmender Höhe, sondern exponentiell. Das heisst, man hat 3000 Meter über Meer bereits etwa einen Drittel des Gewichts der Erdatmosphäre unter sich, auf einer Höhe von 5500 Metern hat der Luftdruck bereits um die Hälfte abgenommen, und in 11 000 Metern hat er sich nochmals um die Hälfte verringert, d.h. er beträgt nur noch einen Viertel seines ursprünglichen Wertes.

Änderung des Luftdrucks mit der Höhe

Die Änderungen des Luftdrucks mit der Höhe lassen sich immer wieder feststellen. So werden leere Petflaschen, die von einer hoch gelegenen Hütte ins Tal gebracht werden, zusammengedrückt. Viele Menschen, die innert kurzer Zeit eine grosse Höhendifferenz überwinden, verspüren einen Druck in den Ohren.

Die Luftdruckabnahme mit der Höhe hat Auswirkungen auf die Atmung. Die Zusammensetzung der Luft ändert sich zwar mit zunehmender Höhe nicht. Der Sauerstoffanteil beträgt überall rund 21 %, doch die Anzahl der Sauerstoffmoleküle, die in einem bestimmten Luftvolumen vorhanden sind, geht parallel zum Luftdruck zurück. Im Vergleich zur Meereshöhe steht auf den höchsten Alpengipfeln nur noch etwas mehr als die Hälfte, auf Höhe des Mount Everest nur noch etwa ein Drittel des lebensnotwendigen Sauerstoffs zur Verfügung. Das wirkt sich beim Bergsteigen mit Kurzatmigkeit, also in einer erhöhten Atemfrequenz, aus. Mit einer ausreichenden Akklimatisation können sich viele Menschen bis zu einem gewissen Grad an die Verhältnisse in der Höhe anpassen. Wie weit eine solche Anpassung funktioniert, hängt von der Veranlagung jedes Einzelnen ab.

Der Luftdruck hat aber auch Auswirkungen auf den Siedepunkt von Wasser und anderen Flüssigkeiten. Ist der Luftdruck tief, so siedet das Wasser früher, bei hohem Umgebungsdruck muss die Wassertemperatur auf einen höheren Wert erwärmt werden, bis der Siedepunkt erreicht wird. Der Rückgang des Siedepunkts mit zunehmender Höhe verläuft annähernd linear und beträgt 1 °C pro 300 Meter. Diese Abhängigkeit bewirkt in höheren Lagen – falls kein Dampfkochtopf zur Verfügung steht – längere Kochzeiten als in den Niederungen (Tabelle S. 33).

Das Gewicht der Luftsäule, die vertikal über einem Ort vom Boden bis zur Obergrenze der Atmosphäre reicht, kann mit dem Barometer gemessen werden. Evangelista Torricelli (italienischer Physiker des 17. Jahrhunderts) demonstrierte als Erster, dass die Luft unter normalen Verhältnissen auf Meereshöhe das gleiche Gewicht wie eine Quecksilbersäule von 760 Millimetern Höhe hat. Als Masseinheit für den Luftdruck wurde damals entsprechend die Länge der Quecksilbersäule benutzt (Abkürzung: mm Hg oder Torr).

In der Meteorologie wird heute als Einheit für den Druck das Hektopascal (hPa) gebraucht. Es ist zahlengleich mit der früher in der Meteorologie verwendeten Einheit Millibar (mbar). Für die Umrechnung der gebräuchlichsten Druckeinheiten gilt:

760 mm Hg oder Torr = 1013,25 mbar = 1013,25 hPa