Pinguine, gut gekühlt

Im Juni 2008 beobachtete das schottisch-französische Wissenschaftlerteam gut drei Wochen lang 40 männliche Kaiserpinguine nahe der Forschungsstation Dumont d’Urville in Adélieland. Die Tiere verbrachten nach der Paarung rund vier Monate ohne Futter in einer großen Gruppe von Geschlechtsgenossen und brüteten in ihrer Bauchfalte das Ei ihrer Partnerin aus. Außentemperatur: durchschnittlich minus 17,6 Grad. Wie halten die Pinguine das aus? Wie schützen sie sich? Funktioniert ihre Isolationsschicht, ihr dichtes Gefieder, auch bei diesen Temperaturen?

Um das zu beantworten, fotografierten die Forscher die Pinguine sowohl mit normalen Kameras als auch mit Wärmebildkameras. Gleichzeitig erfassten sie die Lufttemperatur, die Temperatur des Eises, die relative Luftfeuchtigkeit, die Windgeschwindigkeit sowie den Grad der Wolkenbedeckung – also ob der Himmel klar oder bedeckt war. Ergebnis: Kopf, Flossen und Füße der Pinguine waren weder sehr viel kälter noch sehr viel wärmer als die umgebende Luft, die Durchschnittstemperaturen lagen bei minus 18,8, minus 17 und minus 16,8 Grad Celsius.

Bei Bauch und Rücken der Tiere sah das aber ganz anders aus: Sie waren, vor allem an klaren, windstillen Tagen, deutlich kälter als die Luft. Am Bauch zeigte die Messung im Schnitt minus 21,8 Grad und am Rücken sogar minus 23,2 Grad – bei minus 17 Grad Außentemperatur. Doch wie kann das sein? Dass Luftströmungen die Wärme vom Körper wegtransportieren und ihn so abkühlen, halten die Forscher zumindest an den ruhigen Tagen für ziemlich unwahrscheinlich. Und tatsächlich spielte die Konvektion, wie diese Form des Wärmetransports genannt wird, nur eine sehr kleine Rolle, zeigten weitere Berechnungen: Lediglich an Kopf und Flossen war ein geringer Wärmefluss erkennbar, absolut nicht ausreichend für den starken Abkühlungseffekt. Von den Füßen ging zudem ein bisschen Energie per Wärmeleitung durch Kontakt mit dem Eis verloren, aber auch das konnte die Temperaturdifferenz nicht erklären.

Tatsächlich war es offenbar Wärmestrahlung in Form von Infrarotlicht, die für den eigenwilligen Effekt verantwortlich war. Diese Form der elektromagnetischen Strahlung wird von allen Festkörpern, seien es nun Autos oder Pinguine, ausgesendet – und zwar nicht nur von warmen, sondern auch von kalten. Da dabei Energie verloren geht, kühlt die Oberfläche beim Abstrahlen ab. Man kennt das Phänomen auch aus dem Alltag: Es sorgt dafür, dass sich in kühlen Herbstnächsten auf Autos Raureif ablagert – obwohl die Lufttemperatur noch deutlich über dem Gefrierpunkt liegt.

Bei den Pinguinen führt diese sogenannte Strahlungsabkühlung ebenfalls dazu, dass ihre Körperoberfläche kälter wird als die Umgebung. Die Differenz ist so ausgeprägt, dass dadurch paradoxerweise Wärme von der kalten Luft in das noch kältere Pinguingefieder strömt, konnten die Forscher zeigen. Die Tiere haben davon allerdings so gut wie nichts: Die Isolationsqualitäten ihrer Federn sind so gut, dass die zusätzliche Wärme ihre Haut gar nicht erreicht. Die Wissenschaftler vermuten jedoch, dass dieses System nur dann funktioniert, wenn der Himmel klar ist und kein Wind herrscht. Unter stürmischen, wolkigen Bedingungen würde der Wind dagegen das Gefieder zersausen und dessen Isolationsfähigkeit deutlich beeinträchtigen. In diesen Fällen würde man erwarten, dass die Oberflächentemperatur der Tiere deutlich über der Außentemperatur läge – und dass sie sich eng zusammenkuscheln müssen, um nicht zu viel Wärme an die Luft abzugeben.