Die folgenden Texte wurden von Detlef Malchow verfasst. Die genannten Werte ergeben sich aufgrund von Internetrecherchen und eigenen Plausibilitätsrechnungen. Wir bitten - falls erforderlich - um Korrekturen und Ergänzungen, da die Werte in der Literatur widersprüchlich sind und in der Regel extrem abweichen.

Vom Flug und über die Flügel der Wiesenweihe

Adler imponieren bei ausgebreiteten Flügeln durch ihre schiere Größe, Falken durch ihren rasanten Flug, aber vielleicht ist der Flug der Wiesenweihe das Schönste, was man in dieser „Sportart“ erleben kann. Die Wiesenweihe fliegt extrem leicht und gewandt, mal wirft sie die Thermik schnell in große Höhen, mal segelt sie auf leichten Schwingen über Wiesen und Felder, mal gaukelt sie in der Luft mit v-förmig erhobenen Flügeln, mal vollführt sie akrobatische Balzflüge und ein anderes Mal verweilt sie rüttelnd, wie ein Turmfalke, auf der Stelle. Vergleicht man ihren Flug mit dem der größeren Kornweihe, fällt auf, dass die Wiesenweihe noch eleganter fliegt. Relativ zu ihrem Körper sind ihre Flügel und ihr Schwanz länger und ihre Flügel schlanker und spitzer. Dadurch wirkt ihr Flug extrem schwerelos. Typisch für sie ist ein langsamer, gaukelnder Such- und Spähflug relativ nah über der Pflanzendecke, der es ihr erlaubt, blitzschnell die Richtung zu wechseln und nach Beute herabzustoßen.

Etwas muss sie von anderen Vögeln unterscheiden und ihr diese Leichtigkeit geben. Auch der Habicht hat einen langen Stoß, den er auffächern kann, um abzubremsen oder schnelle Wendungen zu machen; ihm fehlt aber die Leichtigkeit des Fluges. Der Stoß der Weihe ist mit 50 % der Körperlänge extrem lang. Ihr Körper ist im Vergleich zu der Flügel- und Schwanzfläche ausgesprochen klein (9 % der Silhouette). Das deutet auf ein entscheidendes Merkmal: Das Verhältnis von Flügelfläche zu Gewicht, die sogenannte „Flächenbelastung“, ist bei ihr sehr klein. Dieser Wert bei fast genau bei 2 kg pro Quadratmeter. Um im Folgenden die Flächenbelastung vereinfachend berechnen zu können, soll uns das Verhältnis von Spannweite und Gewicht (Spannweitenbelastung) genügen. An einem „Maßflügel“ von 1 m Länge „hängen“ bei der Wiesenweihe nur 283 g. Bei der Kornweihe sind es schon 374 g, bei der Rohrweihe 492 g, beim Mäusebussard 775 g und beim Seeadler 1.977 g, also das Siebenfache. Daher die Leichtigkeit des Flugs! Gemäß eines physikalischem Gesetzes (Relation Körpergewicht-Kraft) bedeutet die doppelte Körpermasse nicht die doppelte Kraft (denn eine Verdoppelung entspricht nur einer Kraftzunahme von 141 % ( 2). Ein Seeadler, der 7-mal schwerer als eine Wiesenweihe ist, hat deshalb nur knapp die 3-fache Kraft.

Von der Oberfläche einer Wiesenweihe (Körper und Stoß herausgerechnet) erzeugen etwa 75% Auftrieb. Gleichzeitig ist der „Reibungswiderstand“ der strömenden Luft aufgrund des extremen Flügelanteils relativ groß, was sehr schnelle Flüge verhindert. Die im Vergleich zum Bussard hohe, aber im Gegensatz zum Albatros niedrige  Streckung“ (Spannweite zum Quadrat/Flügelfläche) sowie das geringe Gewicht der Weihe wirken ebenso in diese Richtung. Da bekanntlich der klassische „Luftwiderstand“ im Geschwindigkeitsbereich des Vogelflugs quadratisch zur Geschwindigkeit des Flugs zunimmt, gibt es eine klare Schlussfolgerung: Weihen eignen sich hervorragend zum langsamen bis mittelschnellen Segelflug und aufgrund der niedrigen Flächenbelastung zum extrem energiesparenden Schlagflug.

Den besten Gleitwinkel haben die Vögel mit der höchsten Flächenbelastung, wie der Albatros oder der Sturmvögel. Eine hohe Flächenbelastung wiederum garantiert keine guten Segeleigenschaften, wie es die Großtrappe (hohes Gewicht, relativ kurze Flügel) beweist. Genauso wenig sind Vögel mit einer kleinen Flächenbelastung, wie die Weihen, von vornherein schlechte Segler. Sie sind gute Segler, nur ihre Fluggeschwindigkeit ist aufgrund des geringen Gewichts deutlich niedriger. Wenn ein Vogel, wie die Wiesenweihe, eine geringe Flächenbelastung besitzt, aber ein gutes Verhältnis von Flügellänge und Breite bzw. eine gute „Streckung“, dann wird er auch gute Gleiteigenschaften besitzen. Die schnellen Segler haben bei hoher Flächenbelastung relativ lange und gleichzeitig relativ schmale Flügel. Die guten langsamen Gleiter haben eine kleine Flächenbelastung und gleichzeitig eine ausreichende „Streckung“ bzw. relativ lange und schmale Flügel. Daher hat die Wiesenweihe einen „Gleitwinkel“ von etwa 1:17 und erreicht aufgrund der relativ niedrigen Fluggeschwindigkeit ihr „Geringstes Sinken“ bei etwa 7 m/s.  Den Gleitwinkel 1:17  (3,5 Grad) erzielt sie bei einer Geschwindigkeit von 10 m/s oder 36 km/h, das „Geringste Sinken“ (die langsamste Sinkgeschwindigkeit von 0,46 m/s) bei einer Geschwindigkeit von 7 m/s oder 25 km/h. Dies entspricht einem Gleitwinkel von 6 Grad. Bei der extrem geringen Flächenbelastung tritt ein Strömungsabriss erst bei äußerst niedriger Geschwindigkeit ein. Aufgrund ihrer „variablen Geometrie“ und dem Einsatz ihres Stoßes, kann sie diesen auf einen Wert deutlich unter 7 m/s herabsenken. Dies ist ausschlaggebend für ihren Jagderfolg, denn sie gleitet im Gegensatz zu anderen Greifvögeln extrem tief über den Boden. Würde sie dabei zu schnell fliegen, hätte sie nach dem Erspähen der Beute keine Chance mehr, schnell herabzustoßen. Hierbei kommt ihr – wieder ein besonderes Merkmal – ihr feines Gehör zu Hilfe. Um diese Jagdtechnik zu optimieren, nutzt sie Gegenwind aus, um den Spah- und Suchflug relativ zum Boden noch weiter zu verlangsamen.

Ein Schrei-, Schell- oder ein Steppenadler, aber auch ein Wespenbussard, sind u. a. daran zu erkennen, dass die Schwingen leicht nach unten gebogen sind. Die meisten Greife haben eine waagerechte Flügelhaltung. Bei den Weihen sind dagegen  die Schwingen häufig sehr stark v-förmig nach oben gebogen. Das reduziert den Auftrieb, eröffnet ihr aber die Möglichkeit schneller Richtungswechsel, um Beute zu ergreifen. Jähe Richtungswechsel und rapide Abbremsmanöver werden ferner durch ihren überdurchschnittlich langen und weit spreizbaren Stoß wirkungsvoll unterstützt. Die geringe Flächenbelastung, der manchmal sehr langsame Flug kurz vor dem Strömungsabriß mit v-förmig angewinkelten Schwingen bewirken das typische Gaukeln im Fluge, eine Besonderheit der Weihen. Normale Segelflugzeuge oder Einflügler würden in diesen extremen Langsamflugphasen abstürzen und könnten nur durch viel Elektronik stabil gehalten werden. Dieses komplizierte aerodynamische Programm läuft bei der Weihe automatisch und ohne die geringsten Probleme ab.

Ein relativ „plumper“ Greif, wie der Mäusebussard, wird, um Energie zu sparen, niemals das Flugpensum der Wiesenweihe erreichen. Bei schlechter Energielage, besonders im Winter, wird er zur Ansitzjagd (etwa 85 %) gezwungen sein. Aber auch noch im Sommer wird diese Jagdweise etwa 50 % ausmachen, da er zum Absuchen größerer Gebiete überwiegend auf Thermik angewiesen ist.

Die niedrige Flächenbelastung und die relativ günstige Streckung erlauben es den Wiesenweihen, sich wesentlich länger und extrem energieschonend im Schlag- oder Kraftflug zu bewegen, als z.B. ein Mäusebussard. Dabei erinnert ihr Flugbild an das einer Möwe. Die Flügelenden werden spitz  und die Flügel sind leicht geknickt. Dadurch verschlechtert  sich zwar der Auftrieb, aber trotzdem bleibt das Gleitverhältnis immer noch gut. Kombiniert mit dem Masse-Kraft-Gesetz, ermöglicht ihr das einen extrem energiesparenden Schlagflug, den sie stundenlang durchhält. Das Gleitverhältnis wird immer noch bei etwa 1:10 liegen. Dies ermöglicht es der Weihe, auch ohne Thermik, größere Areale nach Beute abzusuchen bzw. gute Nahrungsgebiete kraftsparend anzufliegen. Diesen Vorteil setzt sie auch während des Zuges ein. Die Leichtigkeit und das Energiesparende ihres Fluges ermöglichen es ihr, auch große Flugstrecken im Kraftflug zu überwinden. Beim Zug kann sie Strecken von 1000 km über das Mittelmeer zurücklegen, über dem die Luft in der Regel abfällt. Ein Schreiadler ist aufgrund seiner großen Flächenbelastung niemals in der Lage, diese Leistung zu erreichen und ist deshalb viel stärker auf Thermik angewiesen. Eine Wiesenweihe braucht für diesen Flug allerdings auch sehr lange und verbraucht dabei ihre letzten Fettreserven. Ein Albatros dagegen kann wochenlang und im Schnellflug über die Meere segeln, weil er eine hohe Streckung und ein hohes Gewicht hat, wodurch er die Gleitwerte eines Segelflugzeuges (1:40) erreicht.

Die genannten physikalischen Besonderheiten der Weihenvögel erlauben ihnen auch etwas, was die meisten anderen Greife nicht können: das Rütteln. Bei Gegenwind wird die Weihe durch ein Schrägstellen der Flügel und des Körpers begleitet von einem abbremsenden Ausspreizen des Stoßes  vom „besten Gleiten“ zum „geringsten Sinken“ und dann zum Rüttelflug übergehen, der ihr aufgrund der Leichtigkeit des Fluges nicht schwer fällt. Gezielt eingesetzt, ist dies eine sehr erfolgreiche Methode, nicht zu schnell über ein „verdächtiges“ Areal hinweg zu fliegen. Ist sie nämlich zu schnell, muss sie mit erhöhter Geschwindigkeit bei Rückenwind zurückzusegeln, wodurch sich ihre Beutechancen verschlechtern. Durch das Rütteln kann die Weihe über einer interessanten Stelle verweilen, um dann punktgenau zuzustoßen.

 

Flügelbelastung von Greifvögeln
Art   Längenbelastung   durchschnittl.   durchschnittl.   Relation (%)
    (g/m)   Spannweite (m)   Gewicht (g)    
Wiesenweihe   283   1,13   320   100
Kornweihe   374   1,15   430   132
Rohrweihe   492   1,30   640   174
Roter Milan   647   1,60   1035   228
Mäusebussard   775   1,29   1000   273
Schreiadler   882   1,53   1350   312
Fischadler   1031   1,65   1620   364
Seeadler   1977   2,20   4350   698
Mensch   39000   1,80   70000   13781

Die Flächenbelastung der Wiesenweihe liegt bei etwa 2 kp/qm

 

Begriffserläuterungen:
Luftwiderstand:   Quadratisch zur Geschwindigkeit und proportional zur der der Querschnittsfläche senkrecht zur Bewegungsrichtung
     
Reibungswiderstand:   Abhängig von der Größe der Oberfläche und deren Beschaffenheit
     
Induzierter Widerstand:   Entsteht durch Verwirbelungen und Turbulenzen vor allem an den Flügelenden und an der Hinterseite des Flügels Eine hohe Streckung (schlanke Flügel) reduzieren den induzierten Widerstand.
     
Flächenbelastung:   Gewicht pro Quadratmeter der Flügelfläche: kg/qm
     
Bestes Gleiten:   Die Geschwindigkeit mit dem besten Gleitwinkel: Fluglänge in m zu 1 m Höhenverlust
     
Geringstes Sinken:   Die Geschwindigkeit, bei der die Sinkgeschwindigkeit am geringsten ist: m/s
     
Streckung:   Spannweite zum Quadrat/Oberfläche
     
Energieeinheiten:   MJ = Megajoule (1 Mill. Joul = 1000 KiloJ) 1 Kalorie etwa 4 Joule. Einheit: kg x qm/qs
     
Potentielle Energie:   Masse x Erdbescheunigung (g) x Höhe
     
Leistung:   Einheit Watt = Joule/s Energie/Zeit o. Kraft mal Geschwindigkeit
     
     
Energiehaushalt und Lebensweise

Die Weihe muss aus mehreren Gründen ihre europäischen Sommergebiete verlassen und nach Afrika ziehen. Erstens zieht ein großer Teil ihres Beutespektrums weg, so dass ihre Jagdgründe weniger ergiebig werden. Vor allem aber kann sie ihre Beute nicht als Ansitzjäger, wie Turmfalke und Bussard, schlagen. Somit müsste sie auch im Winter große Strecken ihres Reviers abfliegen, was ihren Körper stark auskühlen würde. Hier wirkt die große Oberfläche im Vergleich zum geringen Gewicht/Volumen negativ. Ein kleiner Körper kühlt generell schneller aus, da hier das Verhältnis von Volumen zur Oberfläche ungünstig ist. Umgekehrt kühlt ein doppelt so  schwerer Vogel (620 g) um etwa 40 % langsamer aus, als die Wiesenweihe. Auch begnügen sich viele Greife im Winter mit Aas, was für die Weihe keine Alternative zu ihrer Frischfleischversorgung (Singvögeln, Eidechsen, Heuschrecken und Mäusen) darstellt.

Bei ihrem Flug nach Süden bzw. durch ihren Aufenthalt in warmen Gebieten nutzen die Wiesenweihen das „Wärmegesetz“ zu ihren Gunsten aus. Bei hohen Temperaturen kann eben ein kleinerer Körper mit einer relativ großen Oberfläche mehr Wärme aufnehmen, als ein schwerer Vogel. Damit kann die Energiezufuhr über die Nahrung zum Zwecke der Verbrennung und zum Aufrechterhalten der Körpertemperatur bei 40 °C deutlich gedrosselt werden.

Wenn wir davon ausgehen, dass die Weihe auf dem Zug mit allen Umwegen etwa 14.000 km zurücklegt und an ihren Aufenthaltsorten in den verbleibenden 10 Monaten  täglich 75 km fliegt, ergibt dies etwa 36.000 km im Jahr. Wenn auf energiesparende Thermikflüge 20 % entfallen, bleiben etwa 30.000 km im Kraftflug. Bei einem Gleitwinkel von 10 % bedeutet dies eine potentielle Energie von 30.000.000 x 0,1 x 0,3 kg x 10 (m/s²) = 10 MJ, gleich 10.000 KJ oder etwa 2500 kcal. Dies gilt aber nur für einen idealisierten luftleeren Raum. Der Luftwiderstand zwingt uns zu einer Verdoppelung des Energieaufwands auf 5000 kcal.

Zwar ist der Kraftflug auf das ganze Jahr gesehen der energieaufwendigste Teil der Aktivitäten eines Vogels. Dieser ist aber auf etwa 4 Stunden Kraftflug begrenzt. In den verbleibenden 20 Stunden entfallen viele weitere Kalorien auf das Füttern der Jungen, das Brutgeschäft, die Aufrechterhaltung der Körpertemperatur in der Nacht, auf Thermikflüge usw. Setzen wir diese 80 Prozent der Lebenszeit mit dem Faktor 2 an und berücksichtigen, dass auch die besten Motoren nur mit einem Wirkungsgrad von 50 % bei der Treibstoffverwertung liegen, so kommen wir auf eine weitere Verdoppelung bei der für diese Leistungen notwendigen Energieproduktion. Insgesamt ergibt dies etwa 20 Mcal/80 MJ. Dies entspricht der Energiemenge von zwei Öleinheiten (2 x 1 l Öl), mit der man 2 Tonnen Gewicht um 4 km anheben kann.

Vergleichen wir diese Zahl zur Überprüfung mit einer anderen Rechnung:

Eine Weihe hatt an warmen Tagen täglich einen Energieverlust von 250 KJ. Das sind im Jahr 91 MJ oder etwa 22 Mcal. Dieser Wert stimmt fast mit dem oben genannten überein, was für die Richtigkeit der Überlegung spricht.

Überprüfen wir die Richtigkeit dieses Werts mit Hilfe einer weiteren Rechnung. Eine Weihe wird täglich etwa 30 % ihres Gewichts an Nahrung zu sich nehmen. Hier gilt die Beziehung, dass der Energieverbrauch bzw. das Gewicht der Nahrung nicht proportional zum Gewicht des Lebewesens steigt, sondern lediglich um die Potenz von 0,75, was erklärt, dass ein Mensch mit etwa 4 % seines Gewichts an Nahrung auskommt oder eine Rabenkrähe mit 25 %. Gehen wir einmal davon aus, dass sich die Weihe ausschließlich von Mäusen ernährt, wobei auf 100 g Mäusefleisch 125 kcal entfallen. Da eine Maus aber auch aus weniger  wertvollen Futterkomponenten besteht, gehen wir von 150 g für 125 kcal aus. Dies entspricht 5 Mäusen. 30 % des Körpergewichts entsprechen etwa 90 Gramm, d.h. etwa 3 Mäusen bzw. 75 kcal. Bei einem Ausnutzungsgrad von 75 % bei der Umwandlung von Nahrung in Energie für „Lebensleistung“, sind dies 56 kcal Nutzenergie pro Tag. Auf das ganze Jahr umgerechnet ergibt dies etwa 20,5 MJ, womit der obige Wert wiederum bestätigt wird.

56 Kcal entsprechen etwa 225 kJ. Dies entspricht einer Leistung von 2,6 Watt oder etwa 7 Watt/kg. Bei Singvögeln wird von etwa 5,5 Watt/kg Körpergewicht ausgegangen. Also haben wir auch bei dieser Rechnung eine akzeptable Übereinstimmung.

 

Wie ist ein 1000 km Nonstop-Flug möglich?

Bei einem Schlagflug mit einem Gleitwinkel von 1:10 muss bei einer Fluggeschwindigkeit von 10 m/s oder 36 km/h pro Sekunde ein Verlust von einem Höhenmeter durch Auftrieb ausgeglichen werden. Damit haben wir eine Steiggeschwindigkeit von 1 m/s gegen das Schwerefeld der Erde (Leistung= F x v). Dies entspricht einer Leistung von: 0,31 kg x 10 m/qs x 1 m/s = 3,1 Watt. Wenn man die Verluste aufgrund von Luftwiderstand sowie der Umwandlung von Nahrung in chemische Energie und chemische Energie in Flughöhe wieder mit 1:4 ansetzt, sind dies etwa 12 Watt. Dies ist 4-5 Mal höher als die durchschnittliche Leistung der Weihe über 24 Stunden.

Wenn wir dies auf einen Flug über das Meer von 1000 km beziehen und von einer Rückenwindkomponente von 20% ausgehen, verbleiben 800 km im Kraftflug. Das ergibt eine Flugzeit von etwa 22 Stunden und einen Energieverbrauch von 22 x 3.600 s x 12 Watt = 950 kJ. Die Gegenrechnung über die potentielle Energie ist: 80.000 m x 0,31 x 10 = 248 kcal x Faktor 4 = 0,992 MJ. Dieser Wert liegt um ein Vierfaches über dem Durchschnittwert. Das ist aber nicht ungewöhnlich. Jeder Mensch kann seine Leistung entsprechend steigern. Denken Sie an die Tour de France. Diese Leistung kann die Weihe ohne Doping nur dann erbringen, wenn sie vor dem Langstrecken-Kraftflug genügend Energiereserven in Form von Fettgeweben aufgebaut hat. Fett hat fast den gleichen Brennwert wie Öl (41 MJ/l): 39 MJ/100 g und das Fettgewebe 29 MJ/1000g. 1 MJ entspricht einem Fettgewebegewicht von etwa 30 g. Dies sind 10% des Weihengewichts.

Aerodyn. Werte:
Aerodyn. Werte   Airbus Segelflugzeug Albatros Wiesenweihe
    A 321 D-5030    
Gewicht, max. in kg   93.000 418 10 0,32
Spannweite in m   34,09 15 3,50 1,13
Breite in m   3,60 0,73 0,18 0,19
Breite/Spannweite in %   11 5 5 6
Flügelfläche:qm   122,6 11,0 0,61 0,635
Flächenbelastung:kp/qm   762 38 16 2,05
Streckung   9,5 20,45 20 8,4
Rumpflänge in m   44,61 7,0 1,20 0,45
Höchstgeschwindigkeit m/s   251 60 33 20
           
Bester Gleitwinkel   1 : 10/5,7° 1 : 39/1,46° 1 : 40/1,4° 1 : 17/3,5°
bei d. Geschw. in m/s     37 20 10
           
Geringstes Sinken m/s     0,59 0,4 0,46
bei d. Geschw. von m/s     20 12 7
bei Gleitwinkel von     1:33/1,7° 1:30/1,9° 1:10/6°
           
Strömungsabriss bei   55 m/s      
           
Antriebskraft   2 x 142 kN     1,3 N
Antrieb/Gewicht in %   25%     40%
Steigwinkel:   15°     22°
           
Treibstoffmenge   15 t Kerosin     30 g Fett
Treibstoff/Gewicht   16%     F10%
           
Energieverbrauch   0,75 kg/s=0,94 l/s      
    36 MJ/s     12,5 J/s
Reichweite   5.500 km     800 km
           

Ausgehend von den letzten drei Werten liegt damit der Energieverbrauch eines Düsenflugzeuges mit 387 J/s/kg zu 39 J/s/kg der  Weihe um das 10-fache höher.  Dafür ist das Flugzeug auch etwa 20 Mal (200 m/s zu 10 m/s) schneller, fliegt aber nur 7 Mal weiter.