Wer kennt das nicht: Wir laufen in der wärmeren Jahreszeit durch die Straßen, und finden innerhalb kürzester Zeit verschiedene Lufttemperaturen auf den "öffentlichen" Anzeigen diverser Geschäfte oder Informationstafeln. Die Unterschiede betragen durchaus 5 Grad Celsius innerhalb von ein paar Metern. Wie kann das kommen?
Zum einen sind das Unterschiede der einzelnen Thermometerbauarten, zum anderen hängt die gemessene Lufttemperatur auch von der Umgebung ab. Im heutigen Thema des
Tages setzen wir voraus, dass uns perfekte Thermometer zur Verfügung stehen. Diese würden unter gleichen Umgebungsbedingungen die gleichen Temperaturen anzeigen. Die unterschiedlichen Umgebungsbedingungen sorgen aber dafür, dass auch perfekte Thermometer verschiedene Temperaturen anzeigen.
Es ist natürlich jedem klar, dass ein Thermometer, das von der Sonne beschienen wird, andere Temperaturen anzeigt als eines im Schatten. Das im Sonnenschein liegende Thermometer zeigt nämlich
zusätzlich zur Lufttemperatur seine Eigenerwärmung durch die direkte Sonneneinstrahlung an. Daher sollten also Temperaturen im Schatten gemessen werden. Wir bauen also ein Dach über das Thermometer, das so gestaltet ist, dass die Sonne das Thermometer selbst niemals erreichen kann. Dann kann aber immer noch ein von der Sonne über die Lufttemperatur erwärmter Gegenstand, z.B. eine Hauswand oder der Boden seine Strahlungsenergie an das Thermometer abgeben. Das
Thermometer darf also von seiner dem direkten Sonnenlicht ausgesetzten Umgebung möglichst wenig "sehen". Daher muss es in einer Kiste seine Messungen machen. Wir wissen, dass sich dunkle Gegenstände im Sonnenschein stärker erwärmen als helle. In einer schwarzen Kiste wird es also wärmer als in einer weißen Kiste. Wir wollen aber nicht die Lufttemperatur in einer Kiste messen, sondern die der Außenluft.
Dazu muss die Kiste belüftet werden. Das macht man mit Lamellen, die so gestaltet sind,
dass zwar die Luft, die bei Sonnenschein immer in Bewegung ist, durch die Kiste strömen kann, aber trotzdem keine Sonnenstrahlung direkt auf das Thermometer fällt. (Ein Bild dazu finden Sie, wenn Sie in der rechten Spalte unter dem Thema des Tages auf "mehr" drücken.)
Wir sehen also, dass die Temperaturen je nach Umgebungsbedingungen unterschiedlich sein werden. Die oben beschriebene weiße Kiste heißt in der Meteorologie Thermometerhütte bzw.
Wetterhütte und ist international genormt. Daher sind die offiziellen Messwerte vergleichbar. Im Gegensatz dazu sind die Umgebungsbedingungen der "öffentlichen" Thermometer unterschiedlich. Und daher sollten wir uns nicht wundern, dass wir so unterschiedliche Temperaturen innerhalb so geringer Entfernung sehen. Dabei gewinnt das Thermometer den Wettbewerb um die höchste Temperatur, das am stärksten von der Umgebung beeinflusst wird.
In der Meteorologie misst man die Lufttemperatur nach genauen Kriterien. Die Schattentemperatur wird in einem strahlungsgeschützten Gehäuse (eine so genannte Thermometerhütte oder englische Hütte) und in einer Standardhöhe von zwei Metern über dem mit kurzem Gras versehenen Erdboden erfasst. In den Thermometer- oder auch Wetterhütten wird die Temperatur meist mit einem Thermografen registriert. Dies ist ein kombiniertes Registriergerät zum gleichzeitigen Messen und Aufzeichnen der Temperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit. Temperaturmessungen in der Sonne ergeben aufgrund von Absorptionseigenschaften des Fühlers häufig Fehlinterpretationen (zu hohe Werte).
Bildquelle: Vasiliy Koval / de.fotolia.com
„Es ist soooo heiß. Hier sind es 35 Grad im Schatten,“ jammerte die Frau neben mir in ihr Handy. Sie saß auf der Parkbank und wedelte sich mit einem Papierfächer Luft zu. Der große Baum bot reichlich Schatten, aber die Luft war aufgeheizt.
Und in dem Moment stellte sich mir plötzlich die Frage:
Warum sagen wir eigentlich, dass es 35 Grad im Schatten ist und nicht 35 Grad in der Sonne?
Wieso misst man Temperaturen nur im Schatten?
Die Antwort ist eigentlich ganz einfach. Temperatur ist relativ.
Man muss sich also erst mal die Frage stellen: Was ist Temperatur eigentlich?
Temperatur auf der Erde wird von sehr vielen Faktoren beeinflusst.. Ein paar möchte ich hier mal nennen.
Die Erde bewegt sich ellipsenförmig um einen glühenden Feuerball – unsere Sonne. Je nach Neigungswinkel der Erdachse brezelt sie so richtig auf uns ein und kocht uns bei lebendigem Leib oder beleuchtet lediglich die Skifahrer von 10 bis 16 Uhr.
Schon früh versuchten die Menschen Temperatur zu messen. Für die Aussaat und Ernte war das damals wirklich wichtig. Das Problem ist, dass Temperatur nirgendwo gleich ist. An der Erdoberfläche ist es beispielsweise kälter, als 100 m höher, denn Wärme steigt nach oben. Noch weiter oben wird es wiederum kälter, da von außen die Eiseskälte des Weltraums durch die Atmosphäre dringt. Bohrt man sich ein wenig in die Erde hinein, wird es je 100 m etwa 3 °C wärmer. Im Erdkern – so vermutet man – herrschen Temperaturen von etwa 5.000 bis 7.000 °C. Indem die Erde langsam die Wärme an die Erdoberfläche abgibt, kühlt sie langsam aber stetig ab – seit Jahrmillionen.
Welche Temperatur ein Körper hat, hängt von seiner Beschaffenheit ab. Chemische Zusammensetzung und Dichte spielen da ebenso mit rein, wie andere Faktoren. Andersherum beeinflusst die Temperatur wiederum die Eigenschaften von Stoffen. Wenn die Sonne scheint, wird Eis flüssig und tropft aus der Waffel, unser hauseigener Stoffwechsel wird langsamer und einige Stoffe verändern nicht nur ihre Dichte, sondern auch ihren Aggregatzustand.
Durch den ständigen Wärmeaustausch ist Temperatur an einem Ort eigentlich nie exakt gleich, denn sie hängt von all diesen Faktoren ab. Wenn zwei Körper die gleiche Temperatur haben, findet kein Wärmeaustausch statt. Das ist auch der Grund, warum wir Dinge als kalt oder warm empfinden. Ein leichter Wind lässt uns die gleiche Temperatur beispielsweise auch als ein bisschen kühler empfinden. Das ist also sehr subjektiv.
Da der Mensch sich nun im Schatten und in der Sonne gleichermaßen aufhält, wäre es natürlich sinnvoll beide Werte zu kennen - die Temperatur im Schatten und in der Sonne. Genau genommen ist es aber im Grunde egal, denn die Werte, die ein Mensch irgendwann mal festgelegt hat zu kennen, ändert nichts an der Tatsache, dass es schweineheiß oder arschkalt ist.
Temperaturen sind eigentlich also sehr relativ. Aber da die Temperaturen ja so wichtig waren, begann man sie zu messen. Und da kommen wir zum eigentlichen Problem. Ein Thermometer ist vom Menschen gemacht. 1592 wurde es vom Physiker Galileo Galilei erfunden. Es gab nie eine Skala, bis Menschen eine erfunden haben. Und davon gab es reichlich. Heute sind eigentlich weltweit nur noch drei gebräuchlich.
°C (Celsius) gibt es seit 1742, diese Skala leitet sich von der Réaumur-Skala ab.
°F (Fahrenheit) gibt es seit 1714, 0°C sind etwa 32°F.
°K (Kelvin) gibt es seit etwa 1954, ihr Entstehen hat technische Gründe. Dabei entsprechen 0 °C umgerechnet 273,15 K.
Die meisten Skalen orientieren sich dabei an der Temperatur, bei der Wasser gefriert. Dummerweise gefriert Salzwasser bei anderen Temperaturen, als Süßwasser und jemand, der direkt beim Meeresspiegel misst hat andere Werte, als jemand, der das Gefrieren in einer Höhe von 3000 m testet. Auch dieser Fixpunkt ist also relativ. Aber immerhin ein Anfang. Für einen wissenschaftlichen internationalen Forschungsaustausch waren diese Unterschiede allerdings nicht geeignet. Es gibt genug gefährliche Stoffe, die bei minimalen Temperaturunterschieden komplett ihre Stoffeigenschaften verlieren. Einmal den falschen Wert abgelesen und es macht Bumm. Also musste man sich einig werden WIE man Temperatur eigentlich messen will.
Und so hieß es recht schnell: Es wird die Lufttemperatur gemessen, nicht die Wassertemperatur. Und wir messen die Temperatur 2 m über dem Boden. Dafür erfand man im 19. Jahrhundert sogenannte Wetterhütten – weiß gestrichene Vogelhäuschen mit Lüftungslamellen. Das grenzt die Unterschiede schon ziemlich ein. Aber Terrarienbesitzer und Menschen mit exotischen Pflanzen wissen: Selbst in einer kleinen Glasbox kann es ziemlich viele unterschiedliche Mess-Werte geben. Und das hängt meistens mit der Position der Wärmelampe zusammen. Unsere Wärmelampe auf der Erde ist die Sonne.
Faktisch sind aber unter der Sonne die Temperaturen immer unterschiedlich, im Schatten meistens einheitlich, da hier wirklich nur die Lufttemperatur gemessen werden kann und die Sonneneinstrahlung nicht als zusätzlicher Veränderungsfaktor hinzu kommt. Wenn man ein Thermometer in die Sonne hängt, erwärmt es sich und misst seine eigene Temperatur und nicht mehr die der Luft. Denn wenn die Sonne, also Licht, auf eine Oberfläche prallt, dann wird ein Teil der Energie absorbiert und ein Teil zurückgeschickt und einer in Wärme umgewandelt. Da gibt es dann plötzlich viel mehr zu berechnen und zu beachten, als wenn man den Faktor einfach rauslässt.
Knapp über der Wasseroberfläche eines Sees ist es beispielsweise nicht so warm, wie knapp über dem Strand daneben. Das liegt nur an der Sonneneinstrahlung. Im Schatten ist die Temperatur an beiden Orten annähernd gleich.
Der Grund warum Temperaturen also immer im Schatten gemessen werden ist einfach praktischer Natur. Man will so wenig Abweichung, wie möglich, deswegen muss man möglichst viele Faktoren ausschließen, die den Wert verändern können. Und da Temperatur keine Eigenschaft eines Raumes, sondern eine Eigenschaft von Körpern ist, muss man erst einmal alle Körper entfernen, die durch ihre Eigentemperatur die Werte verfälschen könnten. Nur so kann man wirklich die Temperatur der Luft messen. Dafür muss man sich auf einen einheitlichen Messpunkt einigen und deswegen misst man Temperaturen heute im Schatten im Freien, 2 m über dem Boden und nicht in der Sonne. Richtig müsste die Angabe also heißen: "Temperatur im Wetterhäuschen nach DWD-Norm" oder "Temperatur im Wetterhäuschen zwei Meter über Gras" und nicht "Temperatur im Schatten".
Wie und wo jetzt die Politiker messen, wenn sie nachprüfen wollen, ob sich die Erde wirklich nur um 2 Grad erwärmt hat, das weiß keiner so genau. Eine Annäherung an dieses komplexe Thema mit all seinen Messmethoden schafft dieser Blog hier: Wie messen wir die Erderwärmung?
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