Unverkennbar hängen sie wie Beulen vom Himmel, angestrahlt von der untergehenden Sonne, die nach einem Gewitter hinter den dunklen Wolken wieder auftaucht: Mammatus. Warum diese Wolkenformation vielen Wissenschaftlern noch Rätsel aufgibt, wird heute im Thema des Tages erklärt.

Das Wort "Mammatus" stammt aus dem Lateinischen von "mamma" und bedeutet so viel wie Brust oder brustartig. Nicht immer sind diese beeindruckenden Strukturen nach einem kräftigen Schauer oder Gewitter (Cumulonimbuswolke) am Himmel zu sehen, aber häufig. Rufen sie nach dem tobenden Sturm hin und wieder doch einen romantischen Moment hervor.

Mammatus haben oft eine weiche, laminare Struktur und treten im Zusammenhang mit Cirrus-, Cirrocumulus-, Altocumulus-, Altostratus-, Stratocumulus- und Cumulonimbuswolken auf. Im Falle einer Gewitterwolke hängen sie dann üblicherweise an der Unterseite des Gewitterambosses herab. Falls Sie die lateinischen Begriffe dieser Wolkengattungen verwirren, schauen Sie gern in unserem DWD-Wetterlexikon vorbei! Ebenfalls können Mammatus in Kondensstreifen sowie in Pyrocumulus-Aschewolken von Vulkanausbrüchen zu sehen sein.

Auch wenn Mammatuswolken recht häufig auftreten, sind u.a. die Entstehungsprozesse aufgrund ihrer Kurzlebigkeit (ca. zehn Minuten) und auch der sehr kleinen räumlichen Ausdehnung (ca. ein Kilometer) nicht abschließend erforscht. Feldexperimente helfen selten, eher werden diese Wolkenformen während anderer Feldkampagnen zufällig gesichtet. So sind experimentell gesammelte Daten für eine gründliche Auswertung sowie zweifelsfreie Ergebnisse hinsichtlich ihrer Entstehung bisher nicht ausreichend. Vermutlich können sogar verschiedene Prozesse für das Auftreten von Mammatuswolken verantwortlich sein. Wissenschaftler haben so mehrere Theorien aufgestellt.

Da die beeindruckenden Wolkenstrukturen hauptsächlich an Gewitterambossen beobachtet werden, gehen Forscher davon aus, dass vor allem instabile Schichten, große Temperatur-, Feuchte- und Windgeschwindigkeitsunterschiede, sowie Turbulenzen in der Umgebung der Gewitterwolke für die Entstehung von Mammatus unabdingbar sind. Recht bildhaft kann man sich vorstellen, wie durch Niederschlag verursachte Verdunstungsvorgänge dazu führen, dass sich die Luft deutlich abkühlt, aufgrund ihrer höheren Dichte im Vergleich zur warmen Umgebungsluft, herabfällt und die Wolke somit "ausbeult". Sobald der Niederschlag verdunstet ist, erwärmt sich die Luft und steigt wieder auf. Kommt neuer Niederschlag von oben, beginnt der Prozess von vorn und so entstehen die vielen Ausbuchtungen unterhalb des Ambosses. Ohne neuen Niederschlag, bleibt die Verdunstung aus und die Mammatuswolken verschwinden wieder.

Ebenso wurden Strahlungsvorgänge im Gewitteramboss als Theorie herangezogen, da Mammatus häufig am späten Nachmittag beobachtet werden, wenn die Temperaturunterschiede am größten sind. Vernachlässigt wird hierbei die Verbindung zur Hauptentstehungszeit von Gewittern. Die Wolkenoberseite ist im Vergleich zur Umgebung über ihr wärmer, ebenso ist der Erdboden im Vergleich zur Wolkenunterseite wärmer. Nachdem die anfängliche Turbulenz im Gewitteramboss abgeklungen ist, kann der Amboss ähnlich wie eine Stratocumuluswolke wirken, außer dass die Konvektion an Ober- und Unterkante angetrieben wird.

Zudem könnte langwellige Ausstrahlung an der Wolkenoberseite zu Instabilitäten ebendort führen. Wenn dem so sei, könnten Strahlungsprozesse in hochreichender vertikaler Bewegung innerhalb des Ambosses resultieren. Mammatusformationen an der Wolkenunterseite würden so Konvektion sichtbar machen, die sich von der Wolkenoberseite zur Unterseite fortsetzt. Die Ausbeulung erklärt sich wiederum dadurch, dass sich strahlungsbedingt abgekühlte Thermikblasen beim Absinken ausdehnen.

Es sind hier noch lange nicht alle Entstehungstheorien beschrieben. Allein diese drei Theorien hören sich in den Ohren der Meteorologen aber sehr sinnvoll an. Jedoch schließt das Auftreten von Mammatus in den verschiedenen Wolkengattungen mehrere Theorien ihrer Entstehung wieder aus oder lässt die Frage offen, ob es den einen Entstehungsmechanismus gibt bzw. ob Mammatus in den verschiedenen Wolkengattungen durch unterschiedliche Prozesse entstehen. Das oben beschriebene Herabstürzen von Hydrometeoren, also von Niederschlagsteilchen, aus der "Mutterwolke", kann insofern kaum der Hauptentstehungsmechanismus sein, als dass Mammatuswolken auch an Cirruswolken entstehen. Denn Hydrometeore in Cirruswolken (hier: Eiskristalle) sind so klein, dass sie keine nennenswerten Geschwindigkeiten erreichen, die zu solch Ausbeulungen unterhalb einer Wolke führen würden. Strahlungseffekte können ebenso zum Teil ausgeschlossen werden, da Cirruswolken optisch relativ dünn sind. So bleiben diese faszinierenden Wolkenformationen weiterhin ein Mysterium für Wissenschaftler.

Dipl.-Met. Julia Fruntke

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 01.09.2018

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