Die Aufklärer und das Wetter

Den Ansprüchen der Naturwissenschaftler der Aufklärungszeit konnte das nicht genügen. Auch hinter den unberechenbar scheinenden Wetterprozessen mussten physikalische Gesetze stehen. Das gesamte „Weltsystem“, so der schottische Philosoph David Hume (1711–1776), sei nichts „als eine große Maschine, unterteilt in eine unzählbare Vielfalt kleinerer Maschinen“.

Dass es möglich sein konnte, die verborgene Mechanik dieser natürlichen Maschine zu erklären, schien die Astronomie zu beweisen. Hier war es durch lange und genaue Beobachtung des Himmels gelungen, die Gesetze der Himmelsmechanik aufzuklären, sodass man Planetenbewegungen so präzise vorhersagen konnte wie Sonnenstände und Mondphasen. Das Ziel musste es also sein, die „Witterungslehre“ zu einer ebenso sicheren Wissenschaft zu machen, wie es die Astronomie schon war.

Meteorologie wird zu einem eigenständigen Forschungsgebiet

Das Programm einer solchen Wissenschaft, die sich schon bald „Meteorologie“ nannte, wurde erstmals 1774 in dem mehrere Hundert Seiten starken „Traité de Météorologie“ („Abhandlung der Meteorologie“) formuliert. Ihr Verfasser war der Theologe Louis Cotte (1740–1815), Mitglied des katholischen Ordens der Oratorier. Sein Interesse galt freilich weniger der kirchlichen Dogmatik als dem Studium der meteora. Der griechische Begriff bezeichnete damals alle Naturphänomene am Himmel: das Wetter ebenso wie die Bewegungen der Sterne, von denen man glaubte, dass sie die Vorgänge in der Atmosphäre beeinflussten.

Von sich selbst sagte Cotte, dass er die Lektüre eines physikalischen Traktats immer der Lektüre der „Summa theologica“ des heiligen Thomas von Aquin vorgezogen habe. Die „Anciens“, so kritisierte er, hätten bisher nichts weiter als „leere Spekulationen“ hervorgebracht. Das Wetter müsse aber mit wissenschaftlichen Methoden erforscht werden, anstelle bloß subjektiver Einschätzungen seien systematische Beobachtungen (observations) notwendig. Die einzelnen Wetterfaktoren wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck müssten genau mit speziell dafür entwickelten Messinstrumenten vermessen werden. Er selbst richtete im Ordenshaus in Montmoncery (im heutigen französischen Département Val-d’Oise) ein meteorologisches Labor ein, in dem er 30 Jahre lang mit den verschiedensten Instrumenten Wettermessungen durchführte und sorgfältig protokollierte.

Tatsächlich war die Entwicklung von zuverlässigen Messinstrumenten entscheidend für den Fortschritt der Meteorologie. Das wichtigste dieser Instrumente war fraglos das Thermometer, weil die Temperatur als der hauptsächliche Bestimmungsfaktor für das Wettergeschehen galt. Der Vorläufer des modernen Thermometers, das „Thermoskop“, war bereits im 16. Jahrhundert, vermutlich von Galileo Galilei, entwickelt worden.

Die Konstruktion war simpel. Ein mit Luft gefüllter Glaskolben, der mit einem Rohr verbunden war, wurde in ein Gefäß mit einer farbigen Flüssigkeit gestellt. Stieg die Temperatur, dehnte sich die Luft im Glaskolben aus und drückte die Flüssigkeit nach oben. Genauere Messungen waren freilich erst möglich, als im 17. und 18. Jahrhundert Instrumente entwickelt wurden, die Alkohol oder Quecksilber als Messflüssigkeit benutzten.

Was zunächst noch fehlte, waren einheitliche Messskalen, auf die die unterschiedlichen Geräte geeicht werden konnten. Zuerst schlug der aus Danzig stammende Physiker Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736) eine Skala vor, bei der null Grad der tiefsten Temperatur entspricht, die er damals künstlich herstellen konnte.

Einige Jahre später entwickelte der schwedische Astronom und Physiker Anders Celsius (1701–1744) eine Skala, die Schmelz- und Siedepunkte des Wassers – null Grad und 100 Grad – als Bezugspunkte nahm. Beide Skalen existierten nebeneinander und konnten problemlos ineinander umgerechnet werden. So entsprechen null Grad Fahrenheit minus 17,8 Grad Celsius.

Auch andere Messinstrumente, die für die Wetterforschung bis heute wichtig sind, wurden seit Ende des 17. Jahrhunderts entwickelt. Der italienische Mathematiker Evangelista Torricelli (1608–1647), ein Schüler Galileis, konnte mit einem Glasrohr, das er mit Quecksilber füllte, das „Gewicht der Luft“, wie man den Luftdruck nannte, nachweisen und entdeckte so die Grundlagen für die Konstruktion von Barometern.

Messinstrumente für Temperatur, Luftdruck und Feuchtigkeit

Viele prominente Forscher der Epoche, darunter der britische Mathematiker Robert Hooke (1635–1703), arbeiteten an der Weiterentwicklung. Hooke erfand das wheel barometer, das eine Quecksilbersäule nutzte und den Luftdruck recht genau auf einer Rundskala anzeigen konnte (siehe Abbildung im Inhalt, Seite 5).

Zur gleichen Zeit wurden zudem brauchbare Messgeräte für die Luftfeuchtigkeit, Hygrometer, entwickelt. Das war vor allem das Verdienst des deutschen Mathematikers Johann Heinrich Lambert (1728–1777) und des Genfer Naturforschers Horace Bénédict de Saussure (1740– 1799). Diesem gelang es, die Empfindlichkeit des menschlichen Haares auf Veränderungen in der Luftfeuchtigkeit zu nutzen und ein „Haar-Hygrometer“ zu konstruieren.

In spezialisierten Manufakturen wurden bereits Mitte des 18. Jahrhunderts praxistaugliche und erschwingliche Wetterinstrumente hergestellt. So wurde die Wetterbeobachtung bald zu einer verbreiteten Freizeitbeschäftigung des aufgeklärten Bürgertums. Beliebt war das Verfassen von Wettertagebüchern: Sorgfältig notierten die Hobbymeteorologen ihre Messungen in Tabellen und tauschten ihre Befunde untereinander aus.

Einer dieser Amateure war Thomas Jefferson (1743–1826), Verfassungsvater und späterer Präsident der USA. Er befasste sich über viele Jahre in seiner Heimatstadt Williamsburgh in Virginia mit dem Wetter. Sorgfältig notierte er Niederschläge, Windverhalten, maß mit modernen Messgeräten und wertete die Daten in Tabellen aus. Er stand dabei in enger Korrespondenz mit anderen Wetterbeobachtern, deren Ergebnisse er mit seinen eigenen verglich.

Bald wurde klar: Das Wetter ließ sich nicht allein aus den lokalen Verhältnissen erklären. Gerade Winde, die über große Räume Wolken, Hitze und Kälte transportieren, zeigten, dass es ein globales Klimasystem geben musste, das das lokale Wetter beeinflusste, wenn nicht gar bestimmte.

Der Brite Edmond Halley (1656– 1742), der durch seine astronomischen Forschungen an Kometen berühmt wurde, war der Erste, der ein Konzept zum System der globalen Luftströmungen entwarf. Im Jahr 1686 veröffentlichte er eine Weltkarte, in der er die damals bekannten globalen Winde aufzeichnete und in ihrer Stärke abschätzte. Seine Vermutung war, dass durch die Sonne die Luft über der Erdoberfläche erwärmt und dadurch eine globale Zirkulation in Gang gehalten wurde.

Knapp ein Jahrhundert später unternahm der französische Mathematiker und Mitherausgeber der „Encyclopédie“ Jean-Baptiste le Rond d’Alembert (1717–1783) dann den Versuch, das globale System der Luftströmungen auch mathematisch zu erfassen. 1744 legte er der Preußischen Akademie der Wissenschaften seine Abhandlung „Réflexions sur la cause générale des vents“ („Überlegungen zur Ursache der Winde“) vor.

D’Alembert sah ebenfalls die Sonnenwärme als eine der hauptsächlichen Ursachen für die Entstehung der Winde. Er war aber überzeugt, dass auch der Mond eine Bewegung der Atmosphäre erzeuge, so wie er durch seine Massenanziehung in den Meeren Ebbe und Flut und damit eine permanente Meeresströmung verursache. Dies versuchte er durch umfangreiche und komplexe mathematische Berechnungen auf Basis der verfügbaren Wetterdaten nachzuweisen.

Auch wenn weder seine These vom Einfluss des Mondes noch seine Berechnungen dem heutigen Stand der Forschung standhalten, waren sie für die damalige Meteorologie ein wichtiger Fortschritt: Erstmals schien der Nachweis gelungen, dass hinter dem scheinbar chaotischen Wettergeschehen tatsächlich mathematische Gesetze eines globalen Klimasystems standen.

Ein immer dichteres Netz von Wetterstationen entsteht

Diese Vorstellung beförderte auch Konzepte für eine überregionale Klimaforschung. Bereits in den 1760er Jahren schlug der Lehrer Johann Heinrich Lambert (1728–1777) die Errichtung eines weltweiten Messnetzes von 32 Stationen vor, die vor allem den Luftdruck messen sollten. Nur so, glaubte er, ließen sich regionale Wetterschwankungen aus globalen Veränderungen gesetzmäßig erklären. Sein Vorschlag, den er der Berliner Akademie der Wissenschaften vorlegte, blieb freilich bloß eine Idee. In Preußen fand sich keine Institution, die bereit gewesen wäre, ein solches Großprojekt zu finanzieren.

Knapp zwei Jahrzehnte später wurden Lamberts Vorschläge dann doch realisiert, allerdings nicht in Berlin, sondern in der Kurpfalz. Hier regierte der Kurfürst Karl Theodor (1724– 1799), der sich als aufgeklärter Monarch verstand. Sein Ziel war die Förderung der Wissenschaften und besonders auch der Meteorologie.

Im Jahr 1780 gründete er als eigenständige „Klasse“ der Mannheimer Akademie der Wissenschaften die Societas Meteorologica Palatina. Diese Meteorologische Gesellschaft der Pfalz sollte, wie es in der Gründungsurkunde hieß, „Anstalten treffen, dass an mehreren wichtigen Orten der kurfürstlichen Erblanden, auch in anderen Gegenden Europas und der übrigen Weltteile künftig mit gleichartigen Instrumenten tägliche Beobachtungen gemacht und eingesammelt werden“.

Die Beobachter, die im Auftrag der Gesellschaft tätig waren, erhielten jeweils geeichte Instrumente zur Wettermessung: Thermometer, Barometer und Hygrometer. Zusätzlich gab es Anleitungen zur Herstellung für weitere Instrumente wie Windmesser und Regenmesser. Insgesamt waren weltweit 39 Stationen für die Mannheimer Gesellschaft aktiv, in Deutschland neben Mannheim auch in Göttingen, Düsseldorf, Erfurt und Berlin.

Erfassung der Wetterdaten wird standardisiert

Auf dem Hohenpeißenberg bei München wurde eine Wetterstation installiert, die bis heute genutzt wird. Weitere Stationen richtete man in Österreich, Italien, Dänemark, Russland und sogar in Grönland ein. Alle Messergebnisse der einzelnen Stationen, die zu festgelegten Zeiten (sieben, 14 und 21 Uhr – den „Mannheimer Stunden“) erhoben wurden, schickte man nach Mannheim, wo sie gesammelt, ausgewertet und in einer eigenen Zeitschrift, den „Ephemerides“, veröffentlicht wurden.

Motiviert waren diese Forschungen nicht zuletzt durch den Wunsch nach zuverlässigen Wettervorhersagen. Der Mathematiker Johann Lorenz Böckmann (1741–1802), selbst aktiver Klimaforscher, war zuversichtlich, dass man sich in „Riesenschritten“ der Zeit nähere, „wo wir alle periodischen Hauptveränderungen der Witterung mit nicht viel geringer Gewissheit und Genauigkeit werden vorher bestimmen können, als unsre verschwisterte Freundin, die Astronomie, es beym Laufe der Gestirne thut“. Die Hoffnungen der wissenschaftsgläubigen Epoche reichten aber noch weiter. Man träumte auch davon, das Wetter beeinflussen zu können. Das erschien durchaus nötig: Die erhobenen Wetterdaten zeigten, dass sich die Erde abkühlte.

Und tatsächlich gelang es der modernen Klimaforschung für die Zeit vom Spätmittelalter bis ins 19. Jahrhundert eine „Kleine Eiszeit“ nachzuweisen, die sich in längeren Wintern und kühleren Sommern bemerkbar machte. Die Wettermessungen hatten nach Ansicht der damaligen Meteorologen aber auch ergeben, dass Gegenden mit vielen Wäldern und großen Seegebieten kühler waren als offene Landschaften.

Die Schlussfolgerung daraus schien eindeutig: Man müsse nur die Waldflächen verkleinern und Gewässer trockenlegen. Damit, so hoffte man, ließe sich die Erkaltung der Erde insgesamt zwar nicht verhindern, aber vielleicht einige Generationen lang verzögern.

So machte der norwegische Historiker Gerhard Schøning (1722–1780) in seiner Schrift „Velmeente Tanker om Agerdørkningen muelige Forbedring i Norge“ („Wohlmeinende Gedanken zur Verbesserung des Ackerbaus in Norwegen“) den Vorschlag, die dichten Wälder Skandinaviens weitgehend zu roden. Lediglich auf abgelegenen Bergen und in felsigen Regionen sollte man die Bäume stehen lassen, weil dort ohnehin keine Landbewirtschaftung möglich sei. Dann würde sich in Skandinavien ein Klima wie in Mitteleuropa, vielleicht sogar wie in Südeuropa einstellen.

Noch radikaler waren die Ideen des französischen Ökonomen Jean-Baptiste Moheau (1745–1794). In seinen „Recherches et Considérations sur la Population de la France“ („Untersuchungen und Überlegungen zur Bevölkerung von Frankreich“) verlangte er einen staatlichen Aktionsplan zur Verbesserung des Klimas. Alle kühlenden Binnengewässer in Frankreich sollten trockengelegt werden. Die Wälder müssten nicht nur gerodet, sondern abgebrannt werden. Das Feuer würde zu einer raschen Erwärmung des Landes führen. Damit nicht genug: Die Berge sollten im ganzen Land eingeebnet werden, weil von ihnen kalte, feuchte Luft in die Täler sinke und damit die Landwirtschaft erschwere. Die Bevölkerung würde durch die positiven Folgen dieser Maßnahmen – heute würde man Geoengineering sagen – wachsen, und Frankreich könne seine Vormachtstellung in Europa ausbauen.

Die Komplexität des Klimasystems ist größer als erwartet

Dass etwa das großflächige Brandroden von Wäldern langfristig über das dabei freigesetzte CO₂ tatsächlich das Klima verändern kann, wusste man damals noch nicht. Die großen Hoffnungen, die man im 18. Jahrhundert mit der Meteorologie verband, haben sich insgesamt nicht erfüllt. Wetter und Klima erwiesen sich als weit komplexer als man sich es vor mehr als 200 Jahren vorstellen konnte. Trotz leistungsfähiger Computermodelle sind die Möglichkeiten der Wettervorhersage auch heute noch begrenzt und weit entfernt von der Präzision der Astronomie.

Gleichwohl: Die moderne Klima- und Wetterforschung wäre ohne die Bemühungen der Aufklärer, das komplexe Wettergeschehen auf Naturgesetze zurückzuführen, nicht denkbar. Ihre Forderung, allein durch Messungen und mathematische Analyse sichere Erkenntnisse zu gewinnen, prägt bis heute die Meteorologie.