Die Kraft der Sonne heizt das Land und das Wasser an der Oberfläche auf. Durch die Wärme verwandelt sich ein Teil des flüssigen Wassers in gasförmiges Wasser: Es verdunstet. Weil warme Luft leichter ist als kalte, steigt sie auf. Kühlt die feuchtwarme Luft nach oben immer weiter ab, sammelt sich das überschüssige Wasser als Tröpfchen rund um winzige Staub- oder Rußteilchen. Man sagt auch, das Wasser kondensiert. Noch sind die Tropfen so klein und leicht, dass sie in der Luft schweben. Eine Wolke ist entstanden.

Wolken bilden sich also immer dann, wenn warme Luft abkühlt. Das kann passieren, wenn sich der Boden und die darüber liegende Luft erwärmt und nach oben steigt. Auch wenn der Wind die Luft auf ein Gebirge treibt, wird wärmere Luft nach oben gezwungen. In der Höhe kühlt sie ab, Wolken entstehen. Das Gleiche geschieht, wenn eine Zone von warmer Luft auf eine Zone kalter Luft trifft. Die Kaltluft lässt die leichtere Warmluft aufsteigen und schon wieder bilden sich Wolken!

Doch nicht aus jeder Wolke regnet es sofort. Erst, wenn sich die Wassertröpfchen durch Luftbewegung zu größeren Tropfen vereinigen und schwer genug sind, fallen sie als Regen auf die Erde zurück. Liegt die Temperatur unter 0° Celsius, gefrieren die Tropfen zu Eiskristallen. Dann fällt der Niederschlag als Schnee, bei Gewitterwolken auch als kleine Graupel- oder als große Hagelkörner.

Es gibt auch Wolken, die direkt über der Erdoberfläche entstehen. Das geschieht oft im Herbst, wenn die Luft immer weiter abkühlt. Die ganze Landschaft erscheint dann weißlich verschwommen. Wenn man durch diesen weißen Dunst weniger als einen Kilometer sehen kann, spricht man von Nebel.

Der Motor des Wasserkreislaufs ist die Sonne: Sie erwärmt das Wasser der Meere, Seen und Flüsse so stark, dass es verdunstet. Auch Pflanzen geben durch winzige Öffnungen Wasserdampf in die Atmosphäre ab. Die feuchte Luft steigt nach oben, winzige Wassertröpfchen versammeln sich in der Höhe und bilden Wolken. Als Regen, Hagel oder Schnee fällt das Wasser zurück ins Meer oder auf die Erde. Fälllt es auf die Erde, dann versickert es im Boden, versorgt Pflanzen oder fließt durch den Boden, über Bäche und Flüsse zurück ins Meer. Der ewige Kreislauf aus Verdunstung, Niederschlag und Abfließen beginnt wieder von vorne.

Den Kreislauf des Wassers gibt es schon fast so lange wie es die Erde gibt. Er sorgt dafür, dass Lebewesen auf unserem Planeten mit Süßwasser versorgt werden. Und nicht nur das: Ohne den Wasserkreislauf würde es das Wetter, so wie wir es kennen, gar nicht geben.

In welchem Zustand sich das Wasser befindet, hängt vom Druck und von seiner Temperatur ab. Überschreitet flüssiges Wasser den Siedepunkt, verdampft es und schwebt als gasförmiger Wasserdampf in der Luft. Auch beim Verdunsten bei Zimmertemperatur geht Wasser in einen gasförmigen Zustand über. Allerdings geschieht das langsamer als beim Verdampfen. Sinkt die Temperatur dagegen unter 0° Celsius, gefriert das Wasser zu Eis. Sobald Wasser seinen Zustand zwischen flüssig, gasförmig oder gefroren wechselt, ändert es seine Eigenschaften.

Das Besondere an Wasser ist, dass es bei 4° Celsius seine größte Dichte besitzt und nur wenig Raum einnimmt. Wenn es zu festem Eis gefriert dehnt es sich aus und vergrößert sein Volumen. Gleichzeitig nimmt seine Dichte ab. Darum ist Eis bei gleichem Volumen leichter als Wasser. Deshalb können Eisberge im Meer treiben. Aus dem gleichen Grund friert ein See im Winter von oben zu und nicht von unten. Das ist gut so, denn sonst könnten wir erst Schlittschuh laufen, wenn der See vom Grund bis zur Oberfläche komplett durchgefroren wäre.

Wasser dehnt sich also beim Gefrieren aus. Wenn man es daran hindert, übt es einen enormen Druck aus. Wer schon mal eine Flasche Wasser bei Eiseskälte im Freien vergessen hat, kennt die Folgen: Nach einiger Zeit platzt die Flasche, das Eis quillt heraus. Auf diese Weise kann Eis auch Stein sprengen. Das geschieht wenn Wasser in Gesteinsritzen fließt, dort gefriert und durch die Ausdehnung nach außen drückt. Wenn durch diese Kraft Stücke vom Stein abplatzen, spricht man von Frostsprengung. Wer schon mal in ein Schlagloch gefahren ist, kennt die Folgen. Hier haben der ständige Wechsel von Nässe und Frost dem Asphalt ordentlich zugesetzt.

Die meisten Niederschläge auf der Erde fallen als Regen. Wenn kleine Wassertröpfchen in einer Wolke zusammenprallen, schließen sie sich zu immer größeren und schwereren Tropfen zusammen. Sind sie zu schwer, um weiter zu schweben; liegt die Temperatur über 0° Celsius, fallen sie als Regen auf die Erde.

Bei sehr niedriger Lufttemperatur fällt der Niederschlag nicht mehr als Regen, sondern als Schnee. Die Schneeflocken wachsen aus sechseckigen Eiskristallen, die sich in sehr kalten Wolken durch Wassertröpfchen miteinander verkleben. Sind die Eisgebilde groß und schwer genug, tanzen sie als Schneeflocken vom Himmel herab.

Ziehen dagegen starke Aufwinde durch eine hoch aufgetürmte Wolke, kann es Hagel geben. Kleine Tropfen aus dem unteren Teil der Wolke werden nach oben gewirbelt, wo es kälter ist als unten. Dort gefrieren sie zu kleinen Eiskügelchen, etwa so groß wie Stecknadelköpfe. Diese Eiskügelchen heißen Graupel. Wenn in einer sehr hohen Gewitterwolke bei starkem Wind die Kügelchen in der Wolke mehrmals auf und ab geschleudert werden, frieren immer mehr Regentropfen an den Kügelchen fest. Je mehr es die Eiskügelchen in der Wolke umhertreibt, desto größer und härter werden sie. Ab einem halben Zentimeter Durchmesser heißen diese Eiskugeln Hagel. Hagelkörner können größer werden als Tennisbälle und haben oft schon großen Schaden angerichtet.

Im Unterschied zu Niederschlag, der aus Wolken herabfällt, gibt es auch Niederschlag, der dicht an der Erdoberfläche entsteht. Wenn über Nacht die Temperatur am Boden sinkt, kann die Luft weniger Feuchtigkeit aufnehmen. Dann setzt sich das überschüssige Wasser am Boden, an Pflanzen oder an Gegenständen ab: Die Feuchtigkeit schlägt sich gut sichtbar als Tau nieder. Fällt die Temperatur in der Nacht unter 0° Celsius, friert das Wasser an den Gegenständen fest und bildet eine weißliche Schicht. Dann spricht man nicht mehr von Tau, sondern von Reif.

Ganz weit oben, in mehr als sechs Kilometern Höhe über der Erdoberfläche, ziehen die hohen Wolken. Zu ihnen gehören die zarten Federwolken, die viele Eiskristalle enthalten. Sind viele von ihnen zu sehen, kündigen sie schlechtes Wetter an. Genauso hoch schweben kleine Schäfchenwolken und Schleierwolken am Himmel, die ebenfalls aus Eiskristallen bestehen.

Zwischen zwei und sechs Kilometern Höhe finden sich die mittelhohen Wolken, zum Beispiel die groben Schäfchenwolken und die Schichtwolken. Wenn sich grobe Schäfchenwolken über weite Flächen erstrecken, wird das Wetter schlecht. Auch graue Schichtwolken lassen erkennen, dass es bald regnen oder schneien wird.

Im untersten „Wolken-Stockwerk“, unter zwei Kilometern Höhe, ziehen die tiefen Wolken. Zu ihnen gehören die hellen Haufenwolken, die von Wassertröpfchen gebildet werden. Diese Art von Wolken kommt weltweit am häufigsten vor. Weil sie vor allem im Sommer schönes Wetter bringen, heißen sie oft auch „Schön-Wetter-Wolken“. Aus grauen tiefen Schichtwolken dagegen kann es auch regnen oder schneien. Und je dunkler die Wolke aussieht, desto mehr Regen oder Schnee trägt sie mit sich.

Wolken, die über alle drei „Stockwerke“ mehrere Kilometer hoch quellen, können alle Arten von Niederschlag mit sich tragen: Weit unten ist das Wasser noch nicht gefroren, dort entsteht Regen. Werden die Tropfen jedoch in hohe und kältere Wolkenschichten hinaufgewirbelt, bilden sich Eiskristalle. Aus den turmhohen Gewitterwolken fallen deshalb Regen, Schnee oder sogar Hagel.

Gewitter bilden sich, wenn starke Sonneneinstrahlung Wasser verdunsten lässt und eine große Menge feuchtwarmer Luft aufsteigt: Eine Gewitterwolke entsteht. Durch den Auftrieb der warmen Luft werden die Wassertröpfchen in der Wolke weit nach oben gewirbelt. Die Tropfen reiben aneinander und laden sich dadurch elektrisch auf. Vermutlich sammelt sich die positive Ladung im oberen Teil der Wolke, die negative Ladung im unteren Teil. So baut sich eine immer größere Spannung auf, die sich schließlich in einem Blitz entlädt. Dabei fließt elektrischer Strom. Die Temperatur schnellt auf mehrere Tausend Grad und lässt den Blitz glühend leuchten.

Durch die gewaltige Hitze dehnt sich die Luft um den Blitz mit einem gewaltigen Knall aus, ähnlich einer Explosion. Dieses laute Krachen bezeichnen wir als Donner. Ohne Blitz gäbe es also auch keinen Donner. Und weil Licht schneller ist als Schall, ist zuerst der Blitz zu sehen und erst danach der Donner zu hören.

Blitze können zwischen Wolken hin und her schießen oder von den Wolken zur Erde. Wenn der Blitz in ein Gebäude oder einen Baum einschlägt, schnellt die Temperatur auf mehrere Tausend Grad hoch. Die Hitze kann heftige Schäden verursachen, zum Beispiel Haus- oder Waldbrände. Bevor es Blitzableiter gab, waren Gewitter vor allem auch deshalb sehr gefürchtet.