Natural Sciences
**1000 Antworten**

Woher stammt die “Quarantäne”? Wie entsteht ein Schwarzes Loch? Warum fallen Wolken nicht vom Himmel? SWR Redakteur Gábor Paál und Gäste aus der Wissenschaft erklären im Wechsel jeden Tag ein kleines Stückchen Welt. Texte unter http://1000-antworten.de
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Latest Episodes:

Warum sondert der Mensch beim Schwitzen Salz ab? Feb 21, 2025

Show notes

Ohne Salz könnte der Mensch nicht schwitzen. Und wir brauchen Salz vor allem für den Stoffwechsel und die Verdauung. Was passiert da im Körper?

Salz als Transportvehikel für Körperflüssigkeiten

Anders als Fett oder Eiweiße ist Salz weder etwas, woraus wir Energie gewinnen noch etwas, was sich im Körper als Masse einlagert. Vielmehr dient das Salz unter anderem als Transportvehikel für Körperflüssigkeiten in den Zellen. Das heißt, wenn in einer bestimmten Stelle im Körper Flüssigkeit, also Wasser, benötigt wird, dann wird nicht primär das Wasser dorthin gepumpt, sondern es wird zuerst die Salzkonzentration erhöht bzw. Salz ausgeschieden. Das Salz zieht dann die Flüssigkeit nach sich – wie bei einer aufgeschnittenen Tomate: Wenn man die von außen salzt, dann tritt Flüssigkeit aus den Zellen von innen nach außen, weil es die Flüssigkeit immer dorthin zieht, wo die Salzkonzentration höher ist. Das Gleiche passiert auch überall dort, wo wir Salz ausscheiden. Die Schweißdrüsen produzieren zunächst kein Wasser, sondern sie sondern Salz ab; das Salz zieht die Flüssigkeit nach sich. – Das gleiche Prinzip passiert übrigens auch in den Tränendrüsen. Der Schweiß ist also salzig, weil es ihn sonst gar nicht geben würde. Wir könnten kein Süßwasser schwitzen, weil der Körper das Salz einfach braucht, um den Schweiß überhaupt erst nach außen zu transportieren.

2 bis 3 Gramm Salz pro Tag genügen

Eigentlich bräuchten wir nur 2 bis 3 Gramm frisches Salz pro Tag. In der Regel nehmen wir aber viel mehr Salz auf, als wir ausschwitzen. Das überschüssige Salz scheiden wir wieder aus. Dabei spielt der Schweiß nur eine untergeordnete Rolle. Das meiste überschüssige Salz scheiden wir über den Urin aus.

Warum wirken Wolken oft wie "unten abgeschnitten"? Feb 19, 2025

Show notes

Wolkenbildung bei mehr als 100 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit

Das passiert dann, wenn die Atmosphäre relativ gleichmäßig geschichtet ist. Wolken entstehen vereinfacht gesagt, wenn die relative Luftfeuchtigkeit höher ist als 100 Prozent. Dann nämlich ist die Luft wasserdampfgesättigt. Damit keine Missverständnisse entstehen: Wasserdampf ist unsichtbar. Es ist also eben gerade nicht das, was man sieht, wenn z.B. ein Topf mit heißem Wasser "dampft". Sondern das, was wir umgangssprachlich als "Dampf" bezeichnen, sind in Wirklichkeit flüssige Tröpfchen in der Luft. Aber Wasserdampf ist gasförmig. Wenn Wasser irgendwo verdunstet, kann die Luft eine bestimmte Menge Wasser in Gasform aufnehmen. Wenn diese Menge überschritten ist, fängt das Wasser an zu kondensieren.

Vom unsichtbaren Dampf zum sichtbaren Tröpfchen

Wenn man von 100 Prozent Luftfeuchtigkeit spricht, ist das genau diese Grenze zwischen einem Zustand, in dem die Luft Wasserdampf nur in Gasform enthält und dem Zustand, in dem sich Tröpfchen und somit Nebel oder Wolken bilden. Jetzt kommt aber der nächste Faktor ins Spiel, nämlich die Temperatur: Je wärmer die Luft ist, desto mehr Wasserdampf kann sie aufnehmen, ohne zu kondensieren. Das macht ganz schön was aus:

Hat die Luft eine Temperatur von 0°C, dann kann sie nur 5 Gramm Wasser pro Kubikmeter aufnehmen. Sobald weiterer Wasserdampf dazukommt, bildet sich Nebel – so haben wir etwa an Novembertagen vielerorts Frühnebel.
Steigt die Lufttemperatur dagegen auf 20°C, kann sie mehr als die dreifache Menge Wasserdampf speichern.

Wolken entstehen, wenn Luft abkühlt

Damit wird klar, warum sich Wolken entstehen: Sie bilden sich fast immer dann, wenn Luft abkühlt. Je kühler sie wird, desto weniger ist sie in der Lage, Wasserdampf gasförmig zu halten. An der absoluten Wassermenge in der Luft muss sich dann nämlich gar nichts ändern. Die Abkühlung alleine reicht, damit die Luftmasse den Sättigungspunkt erreicht und sich Tröpfchen bilden. Jetzt zurück zu den Wolken, die scheinbar unten "abgeschnitten" sind. Die kann man relativ einfach erklären: Stellen wir uns vor, die Sonne erwärmt die Luft am Boden. Diese Luft nimmt aus dem Boden eine bestimmte Menge Wasser auf. Weil sie warm ist, steigt sie auf. Und je höher sie aufsteigt, desto mehr kühlt sie ab. Im Schnitt um 1°C pro 100 Meter. In 2.000 Metern Höhe ist sie also um 20°C abgekühlt.

Gleichmäßig geschichtete Atmosphäre sorgt für "abgeschnittene" Wolken

Je nachdem, wie viel Wasserdampf sie enthält, erreicht sie irgendwo auf dem Weg nach oben den Punkt, wo das Wasser anfängt zu kondensieren. Vielleicht bei 1.800 Metern. Wenn die Luft in einem größeren Gebiet relativ gleichmäßig aufsteigt und gleich feucht ist, dann beginnt auch die Wolkenbildung jeweils in der gleichen Höhe. Die Unterseite der Wolken liegt dann auf einer durchgehenden Ebene – das sieht dann so aus, als wenn die Wolken auf einer Glasplatte aufliegen.

Was sind pyroklastische Ströme? Feb 18, 2025

Show notes

Glutlawinen: heiße Gemische von Asche und Gas

Pyroklastische Ströme oder einfacher ausgedrückt Glutlawinen sind Mischungen von heißen Aschepartikeln oder größeren Lapilli und Gasen, die nicht in einem Vulkan viele 100 Meter hochgeschossen werden und durch Einsaugen von Luft in bis zu 30 km Höhe steigen können. Die sind vielmehr so schwer, dass sie als heiße Gemische von Asche und Gas den Hang eines Vulkans herunterfließen. Diese Glutlawinen sind besonders gefährlich, weil sie wie alles, was fließt, in Tälern fließen, wo die Menschen wohnen. Täler sind an Vulkanen daher immer besonders gefährdet.

Bimsmassen auf Pompeji, pyroklastische Ströme in Herculaneum

Die berühmte Eruption des Vesuvs 79 n. Chr. kann man daher in zwei Teile teilen. Am Nachmittag fielen große Bimsmassen als sogenannter Fallout auf die Stadt Pompeji. Dort starben die Menschen durch einbrechende Dächer und Gase. Um Mitternacht änderte sich das Verhalten des Vulkans: Da flossen mit großer Geschwindigkeit die pyroklastischen Ströme bzw. Glutlawinen über Herculaneum und bedeckten die Stadt. Dort kamen sehr viele Menschen ums Leben; sie hatten sich in den Stunden zuvor in Bootshäusern am Strand gesammelt.

Hatte der Mond Einfluss auf die Entstehung des Lebens? Feb 17, 2025

Show notes

Mond hatte wohl Einfluss auf die Weiterentwicklung des Lebens

So ganz grundsätzlich kann man die Frage nicht beantworten. Da müsste man ein Gegenexperiment machen, den Mond wegtun und die Erde sich noch mal entwickeln lassen – und dann schauen, was dabei herauskommt. Dieses Experiment können wir nicht machen. Aber die Vorstellung, die wir im Moment haben, ist tatsächlich, dass der Mond einen erheblichen Einfluss zumindest auf die weitere Entwicklung des Lebens gehabt hat.

Für die Entwicklung höherer Lebewesen benötigt man Stabilität

Stabilität erzeugt der Mond für unsere Erde auf zweierlei Art. Zum einen ist die Erdachse leicht gekippt; dadurch erzeugt man schöne Jahreszeiten. Jetzt ist die Erde aber ein Kreisel, der in gewisser Weise instabil ist. Die anderen Planeten, die zwar sehr weit entfernt sind, haben einen ganz kleinen Einfluss. Das führt im Sinne der Chaostheorie zu enormen Schwankungen über die Milliarden Jahre. Wenn wir den Mond nicht hätten, könnte es also sein, dass sich die Erdachse immer mal wieder auf den Kopf stellen würde, quer liegen, wie auch immer. Das heißt, ein stabiles Klima kann man sich dann überhaupt nicht mehr vorstellen.

Unsere Erdachse ist über Milliarden Jahre stabil, weil wir den Mond haben

Der Mond ist auch ein Kreisel und der stabilisiert das Gesamtsystem. Das heißt, unsere Erdachse ist über Milliarden Jahre stabil, weil wir den Mond haben. Andererseits hat es auf der Erde tatsächlich über Milliarden Jahre ein stabiles Klima gegeben. Wichtig dabei ist, dass die Erdkruste sich verschieben kann. Die einzelnen Kontinentalplatten können sich gegeneinander verschieben. Das wirkt, mit etwas komplizierteren chemischen Prozessen, wie ein großer Thermostat. Die Erdkruste versinkt im Meer, an bestimmten Zonen kommen durch Vulkane wieder neue Gase aus dem Boden raus. Dieser Regelmechanismus kann nur deshalb funktionieren, weil sich die Erdplatten gegeneinander verschieben können. Und verschieben kann sich nur etwas, wo Lücken sind.

Venus als Treibhaushölle ohne Plattentektonik

Schauen wir uns den Schwesterplaneten Venus an. Der ist genauso groß wie die Erde. Trotzdem gibt es dort keine Plattentektonik und wahrscheinlich war das sein Verderben. Und zwar in dem Sinne, dass er zu einer Treibhaushölle geworden ist. Dort können sich die Platten nicht gegeneinander verschieben. Bei der Erde sieht die Vorstellung so aus: Die Urerde kollidierte, kurz nach ihrer Entstehung, mit einem marsgroßen anderen Planeten. Der hobelte uns große Teile der Erdkruste weg, die wir heute als Mond im Orbit haben. Dadurch fehlt uns Krustenmaterial – die einzelnen Platten können sich jetzt frei gegeneinander bewegen und können diese Thermostate bilden. Man könnte sagen: Allein die Tatsache, dass der Mond entstanden ist mit dieser Großkatastrophe der Kollision, ist die Ursache dafür, dass unser Planet überhaupt ein stabiles Klima hatte. Und dass der Mond dann da war, stabilisiert uns die Erdachse, und zwar in einer ganz hervorragenden Weise. Die Erde ist einfach – unterm Strich – etwas ganz Besonderes.

"Das geht mir auf den Keks" – Woher kommt der Spruch? Feb 17, 2025

Show notes

Man geht davon aus, dass dieser Ausdruck, der in Berlin um 1900 modern geworden ist, wahrscheinlich aus der Jugend- oder zumindest aus der Umgangssprache kommt.

Weil's lustig ist: Erst trampelte man auf dem Geist, dann auf dem Keks

Ursprünglich sagte man "das geht mir auf den Geist" oder "der trampelt auf meinen Nerven herum". Letzteres ist ja schrecklich; das muss sehr wehtun. Von den Nerven kam man auf den Geist und fand dann immer neue Varianten. Irgendjemand dachte dann, dass man da ja einfach irgendwas einsetzen könnte und sagte aus Spaß: "Das geht mir auf den Keks." Das fanden andere so lustig, dass es sich unglaublich verbreitet hat. Es hat aber eigentlich keinen rechten Sinn, außer dem, dass es eben sehr lustig ist. Und inzwischen verstehen wir alle, was damit gemeint ist.

Woher kommt "man hat schon Pferde kotzen sehen"? Feb 15, 2025

Show notes

Pferde beherrschen Peristaltik nur in einer Richtung

"Man hat schon Pferde kotzen sehen" – das klingt natürlich sehr drastisch. Aber wenn man überlegt, dass die Pferde dazu physiologisch gar nicht in der Lage sind, wird ein Schuh daraus. Es ist tatsächlich so, dass Pferde in der Regel die Peristaltik nur in einer Richtung beherrschen – sie können sich nicht übergeben. Wenn also jemand sagt "ich werde mein Abitur garantiert mit 1,0 machen", dann kann der andere sagen "na ja, man hat schon Pferde kotzen sehen". Da man das nicht gesehen hat – Pferde sterben, wenn sie so krank sind, dass sie sich tatsächlich übergeben müssten – wäre das also so gut wie am Sankt Nimmerleinstag.

Warum sollten Pferde vor der Apotheke kotzen?

Dass sie das vor der Apotheke machen, ist eine Erweiterung. Die kommt daher, dass man gesagt hat, dass die Pferde sich genau da übergeben müssen, wo sie vielleicht ein Mittel kriegen könnten gegen die Übelkeit. Das wäre dann die Apotheke. Mein Vater hat es sogar noch weiter geführt indem er gesagt hat, "man hat schon grüne Pferde vor der Apotheke kotzen sehen". Da wird dann ganz klar, worum es bei der Sache geht und wohin der Hase läuft.

Warum ist es im Gotthardtunnel so warm? Feb 14, 2025

Show notes

Erdwärme sorgt für hohe Temperaturen

Selbst wenn man im tiefsten Winter durch den Gotthardtunnel Richtung Italien fährt, herrschen im Tunnel hochsommerliche Temperaturen. Das ist die Erdwärme!

Autos heizen nicht die Tunnel auf

Man könnte zunächst glauben, dass es vor allem die Abwärme der Autos ist, die sich im Tunnel staut und die hohen Temperaturen erzeugt. Doch dass das nicht sein kann, kann man sich leicht klar machen: Erstens sind Autos, die in den Tunnel reinfahren, zwar warm, aber auch nicht so warm, dass sie den Tunnel dermaßen aufheizen können. Im Winter schon gar nicht. Wenn sie im Leerlauf stehen, mögen sie eine warme Kühlerhaube haben, die auch Wärme an die Umgebung abgibt. Aber das würde nicht reichen. Denn der Rest des Autos und seiner Karosserie ist kalt. Und die Luft im Tunnel kann durch die Abwärme nicht wärmer werden als die Autos selbst sind.

Auch im Eisenbahntunnel ist es warm

Das zweite Gegenargument: Nicht nur der Autotunnel ist innen warm, sondern auch der Eisenbahntunnel – wo überhaupt keine Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren unterwegs sind. Zwar entsteht Abwärme auch im Triebwagen eines Zuges, aber davon spürt man bekanntlich wenig, und so viele Züge fahren auch nicht durch den Tunnel, als dass sich dadurch erklären ließe, warum im Gotthard-Basistunnel oft Temperaturen 40°C und mehr herrschen. Sie wären noch höher, wenn der Tunnel nicht entlüftet und auf diese Weise gekühlt würde.

Wärme kommt aus dem Erdinneren

Die Temperatur nimmt in der Erdkruste alle 100 Meter um 3°C zu. Beim Gotthard liegen mehr als 1.100 Meter Gebirge über dem Autotunnel – das entspricht also einer Temperaturzunahme gegenüber der Oberfläche von mehr als 30°C. Beim neuen Gotthard-Basistunnel ist das Gebirge mehr als doppelt so mächtig – da sind es mehr als 2.400 Meter – deshalb wird es darin noch wärmer.

Gestein über dem Tunnel wirkt als Isolationsschicht

Jetzt könnte man denken: "Wieso eigentlich? Nur weil da ein hohes Gebirge drüber liegt, sind die Tunnel deshalb doch noch nicht näher am Erdmittelpunkt." Das stimmt zwar, doch entscheidend ist, dass das Gesteinspaket eine dicke Isolationsschicht darstellt. Von unten kommt immer Wärme nach – je mehr Gestein drüber liegt, desto schlechter wird diese Wärme abgeführt. Deshalb wird es im Tunnel so warm. Das ist übrigens auch eine technische Herausforderung: Im Basistunnel müssen die Gleiskörper und die Strom-Leitungen diese Temperaturen auf Dauer aushalten, genauso wie im Autotunnel der Straßenbelag. Alles machbar – aber die Temperaturen müssen berücksichtigt werden.

Was ist Schwerkraft? Feb 14, 2025

Show notes

Newton machte sich über die Schwerkraft als erster Gedanken

Newton war der erste, der sich über die Schwerkraft größere Gedanken gemacht und eine Formel dafür gefunden hat. Für ihn war die Schwerkraft eine ominöse seltsame Fernwirkung, die irgendwoher kam. Einstein fand eine andere Antwort. Er sagte: Es gibt eigentlich gar keine Schwerkraft, sondern der Raum selbst ist verbogen; er wird ein physikalisches Objekt. Ein schwerer Körper wie die Sonne beispielsweise verbiegt den Raum um sich herum so, als ob Sie – stellen wir uns das im Modell vor – ein gespanntes Tischtuch haben und dort eine Kugel einsinken lassen, sodass sich drum herum eine Mulde bildet. Wenn Sie nun eine kleinere Kugel nehmen, sie anschubsen und die größere und schwerere Kugel umfahren lassen, dann stellen Sie fest, dass diese kleine Kugel gar nicht anders kann, als in diesem Trichter quasi auf dem Kreis laufen.

Warum bewegen sich die Gegenstände auf der Erde in Richtung Mittelpunkt der Erde?

Weil die Erde auch den Raum verbiegt. Die Erde – zumindest nach der Einsteinschen Sprechweise – verbiegt den Raum. Und alle Körper, die sich bewegen wollen, laufen nicht auf geraden Linien, wie man das auf einem Blatt Papier oder einem geraden Tisch hätte, sondern wenn Sie das loslassen, bewegen sie sich in einem Trichter, eigentlich einem Raumtrichter. Wenn Sie einen Stein hochwerfen, fliegt der aus diesem Grund nicht geradeaus, sondern bewegt sich zurück. Was wiederum verbiegt den Raum? Was führt zum Raum) Oder wie für Newton: Was ist die Schwerkraft? Da sind wir an einem ziemlich dicken Brett angekommen, das es zu bohren gilt, das aber eigentlich die ganze Physik nicht beantworten kann. Das "Warum" können wir nicht beantworten, sondern nur das "Wie".

Wie tief ist die Tiefsee? Feb 13, 2025

Show notes

Durchschnittlich 4.000 m – an den tiefsten Stellen deutlich tiefer

Der tiefste Punkt der Erde liegt im Pazifik, im Marianengraben. Allerdings ist noch immer nicht ganz klar, wie tief der tatsächlich ist. Man würde es gerne ganz genau wissen. Es sind auf jeden Fall über 11.000 m, also viel tiefer, als der höchste Berg der Erde hoch ist. Aber leider ist es sehr schwierig, in dieser Tiefe das Maß auf den Zentimeter genau festzustellen. Außerdem dem Marianengraben gibt es in den Weltmeeren noch mehr solcher Gräben, die über 5.000 oder 6.000 m tief sind. Der Puerto-Rico-Graben ist zum Beispiel über 9.000 m tief. Auch im Mittelmeer gibt es um Rhodos und Kreta herum Tiefseegräben. Im Durchschnitt aller Weltmeere ist die Tiefsee fast 4.000 m tief. Aber die spektakulärsten Tiefen liegen bei 11.000 m.

Welche Ursachen hat Kurzsichtigkeit? Feb 12, 2025

Show notes

Stubenhocken fördert Kurzsichtigkeit

Wenn beide Eltern kurzsichtig waren, dann ist das Risiko, kurzsichtig zu werden, stark erhöht. Man kennt etwa 40 verschiedene Gene, die kurzsichtig machen können. Doch alle Gene zusammengenommen haben einen geringeren Effekt als die Frage: Wie lange bin ich in die Schule gegangen? Wir sehen in Zeiten, in denen Schulkinder viel weniger draußen sind, dass sie noch kurzsichtiger werden. Gene belasten also einerseits. Aber das, was ich mit den Augen tue, ist noch viel ausschlaggebender. Das Auge verändert sich mit den Anforderungen, so wie unsere Muskeln sich auch verändern, wenn wir Sport machen oder arbeiten.