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Das in Wolken als kleine Tröpfchen vorkommende Wasser ist sehr rein und kann ohne Kristallisationskeim auf Temperaturen von bis -48°C abkühlen ohne zu gefrieren. Damit Wasserdampf gefrieren kann, braucht es sogenannte Kondensationskeime, Staub oder kleine Partikel, an die sich das Wasser anlagern und gefrieren kann. Irgendwann bei sehr tiefen Temperaturen setzt dann die Kondensation in jedem Fall ein.
Das Wasser lagert sich an bestehende Hagelkörner an und führt dazu, dass diese zu imposanter Grösse anwachsen können, während sie mehrmals durch die Wolke zirkulieren. Dieses Wachstum zeigt sich in Form von «Jahrringen». Die kleinste Störung, sei das ein Fremdkörper oder auch eine Erschütterung, lässt solches Wasser aber spontan gefrieren. Es steht dann nicht mehr für weiteres Wachstum bestehender Hagelkörner zur Verfügung. An diesem Punkt setzt die Hagelabwehr an.
Bei der Hagelabwehr werden mit jeder Rakete bis zu einer Milliarde kleine Partikel aus Silberjodid verstreut. Silberjodid hat eine Gitterstruktur, die jener von Eis sehr ähnlich ist. Deshalb wirken diese Partikel sehr gut als Kondensationskeime für die Bildung von Eiskristallen.
Die Hagelabwehr Ostschweiz verfolgt die Strategie, das Silberjodid mit den Hagelabwehrraketen direkt in die Aufwindzone vor dem Gewitter einzubringen. Damit erreichen wir, dass sich Eiskristalle bilden, bevor die Gewitterthermik gross ist. Die Eiskristalle oder die kleinen Hagelkörner, die sich bereits gebildet haben, fallen durch die noch schwache Thermik nach unten und tauen im besten Fall in der Übernullgradzone bis zum Boden wieder zu Wasser auf. Oder sie sind zumindest so klein, dass sie keinen Schaden anrichten können.
Durch das Einbringen von hochwirksamen Kristallisationskernen (Silberjodid-Moleküle) wird unterkühltes Wasser in der Wolke zum Gefrieren gebracht. Eine typische Hagelrakete bringt mehrere Milliarden Kristallisationskerne in die Wolke.
Unabhängig vom Verfahren ist es wichtig, dass das Keimmaterial an der richtigen Stelle in die Wolke eingebracht wird, sodass die warmen Aufwinde das Material dann in der Wolke verteilen können.
Ähnlich wie künstliche Kristallisationskerne führen auch Erschütterungen dazu, dass unterkühltes Wasser schlagartig gefriert. Dieses Prinzip wird durch Verfahren genutzt, die mit Explosionen arbeiten. Am meisten Erfolg versprechen hier Raketen, die direkt am Ort der gewünschten Wirkung explodieren, sodass die immense Druckwelle auf relativ kurze Distanz wirken kann. Dieses Prinzip wird vor allem dort angewandt, wo aufgrund der geografischen Situation ein mässig aktives Gewitter schlagartig anwachsen und somit spontan Hagel entstehen kann. Dieser Typ von Hagelraketen wird direkt in die Hagelzone des Gewitters geschossen, wo weiteres Wachstum bestehender Hagelkörner gehemmt wird.
Ziel der Hagelabwehr ist nicht primär Hagel zu verhindern, wie das fälschlicherweise oft angenommen wird. Vielmehr wird die Kristallbildung stimuliert, damit das vorhandene Wasser auf mehr, dafür aber kleinere Hagelkörner verteilt wird. Diese kleineren Körner können bis zum Boden wieder ganz oder teilweise schmelzen, was Schäden verhindert oder zumindest reduziert.
Schutznetze können gegen kleine Hagelschläge wirksamen Schutz bieten und sind zum Beispiel in Tafelobst-Anlagen wichtig. Solche Netze können durch starke Hagelereignisse jedoch zerstört werden.
Hagelabwehr ist weit mehr als nur ein Anliegen der Landwirte! Auch an Autos und Fassaden entsteht bei grossen Hagelereignissen immer viel Schaden – ein Schadensvolumen, das jenes in der Landwirtschaft oft um ein Vielfaches übersteigt.
Silberjodid kommt als natürliches Mineral vor. Es wird als Jodargyrit, Jodyrit oder Jodsilber bezeichnet. Die meist durchsichtigen und an der Luft langsam gelb anlaufenden Kristalle wurden an gut 135 Orten gefunden. Unter anderem liegen bekannte Fundorte in Spanien, Wales, Mexiko und Chile. Kleinere Funde sind auch aus Deutschland und Australien bekannt.
Weil Silberjodid (AgI) nur sehr selten vorkommt, wird es für die ökonomische Verwendung chemisch hergestellt. Silberjodid ist ein sehr schwerlöslicher gelber Niederschlag, der aus einer Silbernitratlösung mit Hilfe von Kaliumiodid (AgNO₃ + KI = AgI + KNO₃) gewonnen wird.
Silberjodid wird zur Sterilisation in der Medizin und zur Trinkwasseraufbereitung verwendet. Schon vor 2'000 Jahren wurde Trinkwasser in Silbergefässen aufbewahrt. Das Trinkwasser hat einen Grenzwert von 0,1 Milligramm pro Liter. Langzeit-Tierversuche in den 1980er-Jahren mit Ratten und Meerschweinchen, mit bis zu hundertfacher Überschreitung des Grenzwertes pro Tag, blieben ohne Befund.
Durch die enormen Wassermengen wird der Stoff stark verdünnt. Studien in den USA ergaben Werte unter der Nachweisgrenze, auch im Trinkwasser ist es nicht mehr nachweisbar. Deshalb sei das Impfen der Wolken ungefährlich.