Die Thermik

Seltsamerweise deutete zunächst niemand die Beobachtung, daß große Greif- oder Wasservögel oft stundenlang ohne Flügelschlag auch im Flachland kreisend in der Luft bleiben, als Zeichen für eine andere, vom Hangwind unabhängige Energiequelle. So kam es, daß erste zufällige Flüge in solchen Aufwinden mangels einer besseren Erklärung unter der Bezeichnung „Schwachwindflüge“ bekannt wurden.
Diese Aufwinde entstehen, wenn Blasen aus warmer Luft vom Erdboden aufsteigen. Daher werden sie auch thermische Aufwinde oder kurz „Thermik“ genannt. Allerdings muß noch eine zweite wichtige Voraussetzung erfüllt sein, damit wirklich nutzbare Aufwinde entstehen können: die labile Luftschichtung.
Der Wirkmechanismus dieser Aufwinde und die Bedeutung der Luftschichtung wird bei einem kurzen Ausblick auf die Grundlagen der Physik deutlich: Beim Aufstieg in die Höhe dehnt sich die Luft aus, da der Luftdruck abnimmt. Dadurch nimmt gleichzeitig die Temperatur der aufsteigenden Luft ab.
Wenn die Umgebungstemperatur mit zunehmender Höhe gleich bleibt, hat die aufsteigende Luft aufgrund ihrer Abkühlung in genügend großer Höhe schließlich die gleiche Temperatur wie die Umgebung. Dann hört die Steigbewegung auf. Ein solche Temperaturverteilung heißt stabile Schichtung und ist ungeeignet für die Entwicklung von Thermik. Da sich die Luft während des Aufstiegs zwischen 0,6 und 1 Grad je hundert Meter abkühlt, würde eine anfangs um 10 Grad wärmere Luftblase nur 1000 Meter steigen. In Wirklichkeit treten derart extrem große Temperaturunterschiede praktisch nicht auf. Selbst ein großes Kraftwerk mit seinen Kühltürmen würde nur einen wenige hundert Meter hoch reichenden Aufwind erzeugen können. Trotzdem gelingt es Vögeln und auch Segelflugzeugen in der Thermik viel höher zu steigen als nur wenige hundert Meter.

Nun weiß zumindest jeder, der schon einmal in den Bergen war, daß die Umgebungstemperatur mit zunehmender Höhe normalerweise recht schnell abnimmt. Wesentlich ist nun, wie schnell genau die Umgebungstemperatur mit zunehmender Höhe fällt. Wird es schneller kälter, als die aufsteigende Luft während ihres Steigens an Temperatur verliert, bleibt die aufsteigende Luft trotz ihrer Abkühlung immer wärmer als die Umgebung.

Dann steigt die Luft immer weiter, unter Umständen mehrere tausend Meter hoch. Wenn eine solche Aufstiegsbewegung erst einmal begonnen hat, erfaßt sie auch die umgebende Luft, die anfangs gar nicht wärmer war. Indem diese in höhere Lagen gelangt und dabei langsamer abkühlt, ist auch diese Luft schließlich wärmer als die Umgebung und trägt zum Aufwind bei. Aus der aufsteigenden Blase ist eine Art Schlauch geworden, ein sogenannter Bart.
Diese Temperaturverteilung der Atmosphäre nennt man eine labile Schichtung. Die labile Schichtung ist der tatsächliche Motor der thermischen Aufwinde und entsteht zum Beispiel, wenn kalte Luft in ein Gebiet einfließt, in dem der Boden durch mehrtägigen Sonnenschein erwärmt wurde. Dann erwärmt sich diese Luftmasse allmählich von unten her bis eine labile Schichtung erreicht ist. Die thermischen Aufwinde führen dann solange zu einem Temperaturausgleich zwischen unteren und oberen Luftschichten, bis wieder eine stabile Schichtung entstanden ist.
Die Aufwinde benötigen bei labiler Schichtung dann nur noch einen kleinen Auslöser, um sich zu entwickeln. Dies kann eine punktuelle Erwärmung durch Sonnenschein sein, z.B. ein Fabrikdach. Oft reicht aber auch schon ein Traktor, der über ein Feld fährt, oder auch nur eine Unregelmäßigkeit in der Landschaft wie eine Waldkante, ein kleiner Hügel oder ein Sendemast.
Eine extreme Folge von hochreichenden labilen Schichtungen ist das Gewitter, das entstehen kann, wenn die Luft auch gleichzeitig feucht ist. In den zwanziger Jahren geriet erstmals ein Segelflieger namens Max Kegel zufällig in eine Gewitterwolke und fand sich etwa 2000 m höher wieder, nachdem er eine Viertelstunde orientierungslos in ihr herumgewirbelt wurde. Diese Höhe nutzte er zu einem langen Gleitflug und landete rund fünfzig Kilometer von seinem Startplatz entfernt. Das brachte ihm den Spitznamen „Gewittermaxe“ ein. Fortan waren Gewitterflüge recht populär, boten sie doch die Aussicht auf längere Flüge außerhalb der Hangwindzone. Außerdem sind Gewitter einfach zu erkennen und konnten somit gezielt angeflogen werden. Wie sich jedoch bald durch eine Reihe tragischer Unfälle herausstellte, waren den Gewalten im Gewitter bei Aufwind- und Abwindstürmen von über hundert Stundenkilometern weder Flugzeuge noch Piloten gewachsen. Dies gilt auch heute noch, und kein vernünftiger Segelflieger würde freiwillig in ein Gewitter einfliegen.
Die verwandte, aber im Vergleich zum Gewitter, harmlose Aufwindquelle Thermik blieb noch eine Weile unzugänglich, da zunächst sehr wenig Wissen existierte und ein Bordinstrument fehlte, das solche Aufwinde unmittelbar anzeigen kann. 1928 erfand Robert Kronfeld das sogenannte Variometer, indem er sich die Tatsache zunutze machte, daß sich die Luft in einem abgeschlossenen Gefäß ausdehnt, wenn das Flugzeug in die Höhe steigt und damit der Außendruck sinkt. Die Luftströmung aus diesem Gefäß heraus (Steigen) und wieder hinein (Sinken) wird mit einem empfindlichen Anzeigeinstrument sichtbar gemacht. Dadurch war es erstmals möglich, sofort festzustellen, ob man mit dem Flugzeug gerade stieg oder sank.
Die Segelflieger versuchen nun, durch enge Kreise möglichst im Zentrum dieser Aufwinde zu bleiben. Wenn das obere Ende des Aufwindes erreicht ist, fliegt man mit hoher Geschwindigkeit solange in Richtung der geplanten Strecke, bis die Höhe verbraucht ist. Diese sogenannte Steilkreistechnik wurde 1930 von Wolf Hirth während eines Aufenthaltes in den USA entwickelt. Als er, wieder in Deutschland, einmal nach langem Kreisen dennoch auf einem Acker landen mußte, wurde er von einem verwunderten Zuschauer gefragt, ob sein Flugzeug auch geradeaus fliegen könne.
Danach nahm der thermische Segelflug einen ungeheuren Aufschwung, schon bald gelangen Flüge über mehrere hundert Kilometer. Heute ist der thermische Segelflug die wichtigste Variante, insbesondere wenn es um Langstreckenflüge geht. Im Jahre 1987 lag der Streckenweltrekord bei rund 1650 km (Ziel-Rück-Flug) und der Geschwindigkeitsrekord bei 158 km/h (Durchschnittsgeschwindigkeit über einer Distanz von 750 km).
Auch in der Umgebung unseres Flugplatzes ist die Thermik nahezu die einzige Aufwindart, die nutzbar ist. Als gut gelten hier Wettersituationen, die Steiggeschwindigkeiten von 2-3 m/s und Steighöhen von mehr als 1200 m über Grund erlauben. An besonders guten Tagen werden auch schon mal 5 m/s und 2500 m erreicht. In anderen Gegenden der Welt können thermische Aufwinde auch bis zu 8 m/s und Steighöhen von 4000 m und mehr erbringen. Noch größere Steigwerte und Höhen erreicht man normalerweise nur noch mit einer anderen Aufwindart, dem Wellenaufwind.