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Hagelkörner

Hagel ist eine Form von Niederschlag, der aus Eisklumpen besteht und überwiegend in warmen Jahreszeiten und den Mittleren Breiten auftritt. Zur Abgrenzung spricht man erst bei einem Durchmesser von über 0,5 Zentimetern von Hagel bzw. Eishagel, darunter von Graupel. Bei Aggregaten von Schneeflocken mit einem Durchmesser unter einem Millimeter spricht man von Griesel.

Etymologie

Das Wort Hagel (altdeutsch hagal) ist vermutlich verwandt mit dem griechischen Wort κάχληξ káchlēx „Kieselstein“, das auf der indogermanischen Wurzel *kaghlo-s „kleiner Stein“ beruht.

Die ebenfalls gebräuchliche Bezeichnung Schloße für ein Hagelkorn ist namensgebend für den Farbnamen schlohweiß (dissimiliert aus schloßweiß), was also „weiß wie ein Hagelkorn“ bedeutet und einen hellen, fahlen Weißton bezeichnet.

Entstehung

Ein 6 cm großes Hagelkorn, das durch das Zusammenkleben kleinerer Hagelkörner entstanden ist (NOAA)

Deutlich erkennbare Anlagerungsschichten im Kern eines großen Hagelkornes

Hagelkörner entstehen in den niedrigeren Schichten von Gewitterwolken bzw. innerhalb einer Gewitterzelle durch unterkühltes Wasser, das an Kristallisationskernen zu Eis gefriert. Diese Kerne müssen dabei in vergleichsweise geringer Zahl vorkommen, so dass die je Kern zur Verfügung stehende Wassermenge ausreichend groß ist, um ein schnelles Wachstum zu ermöglichen. Da es sich also um sehr wasserreiche Wolken handelt, haben die über Phasenumwandlungen umgesetzten latenten Wärmemengen eine starke Labilität der Temperaturschichtung innerhalb der Wolke zur Folge. Die hierdurch erzeugten starken Aufwinde von durchaus 20 bis 30 m/s sind ein weiterer wichtiger Faktor für die Hagelbildung, denn die Gefrierungsprozesse haben eine stetige Massenzunahme der Partikel zur Folge. Ohne einen Aufwind würden die Partikel durch die Schwerkraft absinken, sich aus der Wolke entfernen und dadurch nicht weiter anwachsen können.

Es zeigt sich dabei, dass der Aufwind innerhalb einer Wolke unterschiedlich stark ist und Partikel dadurch einen Kreislauf durchfahren können. Zunächst werden sie durch den Aufwind angehoben, danach fallen sie wieder in tiefere Luftschichten, nehmen weiteres Wasser auf, werden abermals nach oben gerissen, und zusätzliches Wasser gefriert an. Dieser Vorgang wiederholt sich solange, bis ein Hagelkorn zu schwer ist, um von den Aufwinden getragen zu werden. Aus der Größe der Hagelkörner kann daher auf die Windstärke im Inneren der Gewitterwolke geschlossen werden, was in der Umkehrung auch zur Prognose von Hageldurchmessern dient.

Die stufenweise Entstehung der Hagelkörner kann an den einzelnen Anlagerungsschichten, aus denen ein Hagelkorn besteht, abgelesen werden. Dabei deuten die klaren Schichten auf eine sehr wasserreiche Umgebung mit dementsprechend schnellem Gefrieren hin, während die trüben Bereiche auf niedrigere Wassergehalte zurückgehen. Die Trübung selbst wird dabei durch unzählige kleine Lufteinschlüsse hervorgerufen. Ist das Hagelkorn letztendlich zu schwer und sinkt aus dem Aufwindbereich ab, so kommt es aufgrund der Größe des Hagelkorns und einer Temperatur von meist unter 0 °C nicht zu einem Aufschmelzen.

Verbreitung

Weltweit sind am stärksten die Mittleren Breiten (Gemäßigte Zone) von Hagelereignissen betroffen, insbesondere Zentral- und Südeuropa, die USA, Mexiko, Ostchina, Argentinien, Südafrika und Südost-Australien. Jedoch sind vereinzelt bei entsprechenden Bodengegebenheiten auch äquatornahe Gebiete betroffen, darunter Kenia (insbesondere die Region Kericho) oder Äthiopien. Auch an Gebirgsrändern tritt häufiger Hagel auf, zum Beispiel an den Anden in Peru, Ecuador und Kolumbien oder am Himalaya im Norden Indiens oder in Nepal.

Größe und Fallgeschwindigkeit

Die Größe von Hagelkörnern variiert stark: Das Schweizerische Hagel-Register unterscheidet elf Intensitätsklassen, die von kleinem Hagel unter 0,5 cm bis zu außergewöhnlich großem Hagel von über 10 cm Durchmesser reichen. Das Gewicht der Körner schwankt dabei gemäß der Formel

$m={\frac {\pi }{6}}\cdot d^{3}\cdot \rho _{Hagel}$ mit $\rho _{Hagel}=870\,\mathrm {\frac {kg}{m^{3}}}$

mit $d$ als dem Hageldurchmesser zwischen 0,1 g und mehr als 500 g. Zu Schäden an Autos, Glasscheiben und Zelten kommt es bereits ab einem Durchmesser von etwa 2 cm, bei dem Hagelkörner dieser Größe gemäß der Formel

$v_{F}={\sqrt {{\frac {4}{3}}\cdot {\frac {\rho _{Hagel}\cdot g}{\rho _{Luft}\cdot c_{Luft}}}\cdot d}}$ mit $\rho _{Luft}=1,2\,\mathrm {\frac {kg}{m^{3}}} ,\ g=9,81\,\mathrm {\frac {m}{s^{2}}} ,\ c_{Luft}=0,5$

Fallgeschwindigkeiten von etwa 70 km/h erreichen. Kleinerer Hagel dagegen fällt langsamer, während außergewöhnlich großer Hagel umgekehrt Geschwindigkeiten von weit über 150 km/h erreichen kann: Bei 12 Zentimetern Durchmesser etwa sind es bereits über 170 km/h, mit denen ein solches Hagelkorn aufschlägt und dabei gemäß der Formel

$E_{kin}={\frac {m}{2}}\cdot {v_{F}}^{2}={\frac {\pi }{9}}\cdot {\frac {{\rho _{Hagel}}^{2}\cdot g}{\rho _{Luft}\cdot c_{Luft}}}\cdot d^{4}\approx 4.319.800\,\mathrm {\frac {J}{m^{4}}} \cdot d^{4}$

eine kinetische Energie von fast 900 Joule besitzt. Wie zu sehen, nimmt die Energie der Hagelkörner dabei mit der vierten Potenz ihres Durchmessers zu: ein doppelt so dickes Hagelkorn besitzt dementsprechend bereits das Sechzehnfache an Energie, was die verheerende Wirkung grobkörnigen Hagelschlags erklärt.

Das bisher größte Hagelkorn der US-Geschichte mit 20 cm Durchmesser und einem Gewicht von 875 g wurde laut Nachrichtensender CNN am 9. August 2010 im amerikanischen Bundesstaat South Dakota gefunden und besaß damit beim Aufschlag eine Energie von über 6900 Joule, etwa dem Dreifachen der Mündungsenergie einer Gewehrkugel. Das größte jemals in Deutschland registrierte Hagelkorn dagegen maß, als es am 6. August 2013 mit rund 186 km/h über dem Ortteil Undingen der Gemeinde Sonnenbühl vom Himmel fiel, nur einen Durchmesser von 14,1 cm.

Hagelschäden

Hagelschaden im Maisfeld

Hagelschaden am Außentank des Space Shuttle zur Mission STS-117

Zerschlagenes Maisblatt

Hagelschaden an einem PKW

Hagelschauer können beträchtliche Schäden verursachen, an Pflanzen und Tieren, aber auch an Gebäuden und Autos. Der Großteil der landwirtschaftlichen Anbauflächen ist ohne Schutz dem Hagel ausgesetzt. Zudem verursachen Hagelschläge hohe Schäden an Bäumen und senken damit den Waldbestand. Aufgrund der geringen Ausdehnung eines Hagelschlags sind meistens nur begrenzte Schäden zu verzeichnen. Der Hagelschlag mit der höchsten Schadensumme fand 1984 in München statt. Der Schaden belief sich auf über 1,5 Milliarden €. 2013 führte Hagelschlag, insbesondere die Ereignisse in Baden-Württemberg und Niedersachsen am 27./28. Juli, zu Schäden von insgesamt 2,7 Milliarden €. Auch was Hagelschäden an Autos angeht, war 2013 ein bemerkenswertes Jahr: 635.000 Autos in Deutschland wurden durch Hagelschauer beschädigt – so viele wie noch nie. Dadurch entstand ein versicherter Schaden von 1,5 Milliarden Euro. Hagelschäden an der Karosserie von Fahrzeugen können ab etwa 2 cm Durchmesser entstehen.

Das unter Umständen existenzielle finanzielle Risiko von Ernteausfällen durch Hagel kann nur durch Spezialversicherungen (Hagelversicherung) abgesichert werden. Die Hagelversicherung ist eine Form der Schadenversicherung, bei der die versicherten Bodenerzeugnisse, insbesondere alle wirtschaftlich nutzbaren Pflanzen, gegen Schäden, die durch Einwirkung des Hagelschlags entstehen, versichert sind. Auch Gewächshäuser können eingeschlossen werden. Die Wohngebäudeversicherung übernimmt die Schäden durch Hagel an Häusern. An Fahrzeugen greift bei Hagelschäden die Teilkaskoversicherung.

Wegen der teilweise beträchtlichen Hagelschäden wurde schon recht früh versucht, Mittel und Wege zu entwickeln, um Hagel zu vermeiden.

Häufigkeit

Der Klimawandel scheint einen Einfluss auf die Häufigkeit des Auftretens von Hagelunwettern zu haben. Wie Forscher der Universität Karlsruhe herausfanden, hat die Zahl der Hagelgewitter in den letzten Jahrzehnten deutlich zugenommen. Habe die Zahl der Tage mit Hagelschäden 1986 noch bei fünf gelegen, so sei sie 2004 auf 34 gewachsen.

Hagelabwehr

Silberiodidgenerator eines Hagelfliegers.

Hagelkanone

Zur Vermeidung von Hagelschäden wurden seit der Antike verschiedenste Methoden eingesetzt, von Bittopfer, rituellen Prozessionen, dem Wetterläuten und Schutzzeichen bis zu technischen Methoden wie dem Beschuss der Gewitterwolken mit Böllern, Kanonen und Raketen. Ab der Mitte des 20. Jahrhunderts wurde das Einbringen von Silberiodid (AgI) in die Wolken als Methode entdeckt. Silberiodid ist eiskeimbildend und soll durch zusätzliche Kristallisationkeime die Bildung größerer Hagelkörner verhindern. Die Ausbringung des AgI erfolgt vorwiegend durch Raketen oder speziell ausgerüstete Kleinflugzeuge, sog. Hagelflieger. Die Effektivität der Hagelbekämpfung mit Silberiodid ist wissenschaftlich bislang nicht belegt.

Ein weiterer Versuch wird mit Hagelkanonen unternommen. Hierbei werden im Abstand einiger Sekunden durch Gasexplosionen Schallwellen erzeugt und durch einen Trichter ausgestoßen. Damit soll die Hagelbildung gestört und der Hagel in Nassschnee umgewandelt werden. Die Methode wird von Ingenieuren und Meteorologen für wirkungslos gehalten.

Zudem werden in der Landwirtschaft Hagelschutznetze aus Polyethylen (PE) verwendet, die über komplette Pflanzen gespannt werden und die Hagelkörner im Traufebereich herabfallen lassen.

Siehe auch

• Hagel - Artikel in der deutschen Wikipedia

Weblinks

Commons: Hagel - Weitere Bilder oder Audiodateien zum Thema

 Wiktionary: Hagel – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

 Wiktionary: hageln – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Übersichtsartikel zu Hagel, seine Entstehung und Abwehr; mit Schwerpunkt auf der Schweiz (PDF-Datei; 787 kB)
• Video zu Hagelkanone