7. Warmes Wasser, das von kälterem Wasser umgeben ist, steigt auf
Für das Klima und das Wetter ist von großer Bedeutung, dass räumliche Temperaturunterschiede in Luft und in Wasser zu Strömungsbewegungen führen, deren Motor der Auftrieb ist. Um dies zu verstehen, stellen wir uns vor, dass das schwebende U-Boot plötzlich entfernt worden ist. An der Stelle, wo vorher das U-Boot war, haben wir nun Wasser. Das Volumen dieses Wassers ist gleich dem Volumen des Bootes VB. Auf diese Wassermenge wirkt eine Erdanziehungskraft, die es nach unten zieht. Aber es wirkt auch eine Auftriebskraft nach oben. Beide Kräfte sind gleich, so dass dieses Wasservolumen im umgebenden Wasser schwebt. Mit der Dichte argumentiert (s. 8.3): Der Körper „Wasser an der Stelle des U-Bootes“ hat die gleiche Dichte wie das umgebende Wasser, also schwebt das betrachtete Wasservolumen im Wasser.
Jetzt nehmen wir an, dass dieses Wasser mit noch immer dem gleichen Wasservolumen VB eine höhere Temperatur als das umgebende Wasser hat. Nun wiegt aber ein Liter warmes Wasser weniger als ein Liter kaltes Wasser, denn beim Erwärmen dehnt es sich aus. Deshalb ist die Erdanziehungskraft auf das Wasservolumen VB mit höherer Temperatur kleiner als die Erdanziehungskraft auf ein gleichgroßes Volumen kalten Wassers. Insgesamt ergibt sich eine nach oben schiebende Kraft, das warme Wasser steigt auf.
Die Argumentation mit der Dichte lautet: die Dichte von warmem Wasser ist kleiner als die Dichte von dem kaltem Wasser, das das warme Wasser umgibt. Also haben wir den Fall Steigen, das warme Wasser steigt auf.
Umgekehrt gilt: Kaltes Wasser, das von warmem Wasser umgeben ist, sinkt nach unten. Die Erklärung verläuft analog zu der vorstehenden Argumentation.
Auftrieb in Luft
Ganz analog wie bei einem Boot im Wasser wirkt auf einen Körper, der von Luft umgeben ist, ein Auftrieb (natürlich auch eine Erdanziehungskraft). Mit dem Abstand von der Erdoberfläche nimmt der Luftdruck ab, denn mit der Höhe nimmt die Dicke der darüber liegenden Luftschicht ab; dort wird die Luft nicht mehr so stark gedrückt.
Wie beim Wasser ist deshalb die Druckkraft auf die Unterseite eines Ballons größer als die Druckkraft auf die Oberseite, es gibt eine nach oben gerichtete Auftriebskraft. Ist die Erdanziehungskraft auf den Ballon größer als der Auftrieb, sinkt der Ballon nach unten. Sind Erdanziehungskraft und Auftrieb gleich stark, schwebt er. Ist der Auftrieb größer als die Erdanziehungskraft, steigt er nach oben (Aufstieg eines Heißluftballons).
Genauso wie warmes Wasser in umgebendem kaltem Wasser aufsteigt, steigt warme Luft auf, wenn sie von kälterer Luft umgeben ist.
Auch die Umkehrung gilt hier: Kalte Luft, die von wärmerer Luft umgeben ist, sinkt nach unten.