Gase sind innerhalb weiter Grenzen kompressibel; daher
müßte die höhenabhängige Druckverteilung in
einer gedachten Luftsäule durch die Benutzung der barometrischen
Höhenformel berücksichtigt werden. Bei den relativ kleinen
Höhenunterschieden in der Höhle jedoch und vor allem im
Hinblick auf die realisierbare Messgenauigkeit, kann Luft in
erster Näherung als inkompressibel betrachtet werden. Um den
Auflastdruck (Hydrostatischer Druck) einer ruhenden Luftsäule
auf den Untergrund zu ermitteln, reicht in diesem Falle die
hydrostatische Grundgleichung aus:
:
:
]
:
:
]
).
Daraus folgt die Existenz eines durchgehenden Wetterweges vom
Simetsbergplateau zum Eingang der Salzgrabenhöhle mit einem
Höhenunterschied von ca. 640 m. dass diese Luftsäule
durch Stufen unterbrochen wird und auch nicht senkrecht steht, spielt
gemäß den Gesetzen der Hydrostatik keine Rolle, da
irreguläre Säulen den gleichen Auflagedruck ausüben
wie eine regelmäßige, senkrechte Säule gleicher
Höhe. Es ist auch nur der reine Höhenunterschied zwischen
der oberen und unteren Tagöffnung entscheidend, da der 90 m
hohen, abfallenden Luftsäule (Eingang bis tiefster Punkt) eine
gleich hohe aufsteigende Säule (tiefster Punkt bis
Eingangsniveau) entgegenwirkt und so für Gleichgewicht sorgt,
unter der Voraussetzung, dass die Luftdichte in beiden Schenkeln
dieses gedachten U- Rohres gleich groß ist. Die Temperatur und
Feuchtemessungen belegen, dass dies tatsächlich der Fall
ist. Die Höhlenatmosphäre ist somit als 640 m hohe
Luftsäule mit bestimmten Eigenschaften beschreibbar, die
über den Eingang der Höhle mit dem Außenwetter in
Verbindung steht. Im Freien wiederum ist über dem Eingang eine
zweite Luftsäule zu denken, die ebenfalls 640 m hoch ist
. Sofern deren
übrige Eigenschaften ebenfalls identisch sind, kann die
hydrostatische Grundgleichung wie folgt umgeformt werden:
:
:
und 
Konstanten sind, stellen und die einzigen Variablen dar. Ist 
,
verhalten sich die innere und die äußere Luftsäule
wie der Inhalt zweier kommunizierender Röhren, d.h. es herrscht
ein Gleichgewicht.
Ist nun 
, wird die dichtere Luft aufgrund
des größeren hydrostatischen Drucks das Bestreben zeigen,
die andere Luftsäule anzuheben, d.h. die Luft fließt durch
den Verbindungskanal, in diesem Falle den Höhleneingang, und
verursacht eine Wetterbewegung.
Wenn das Volumen des Verbindungskanals (Gaudischluf) im Vergleich
zu den verbundenen Luftvolumina infinitesimal klein ist, was bei
dieser Höhle annähernd vorausgesetzt werden darf, kann die
Windgeschwindigkeit mit dem THEOREM VON TORRICELLI berechnet
werden:
:
]:]
:
]
:
]:]:]
Mit Hilfe der bisher genannten Formalismen lässt sich die aus den Dichteunterschieden zu erwartende Windgeschwindigkeit abschätzen.
Um die Ursachen der Druckänderungen analysieren zu
können, gilt es zunächst, die Eigenschaften von Luft zu
berücksichtigen. Die Temperaturen an der Erdoberfläche
liegen weit über den Siedepunkten der Luftkomponenten und nahe
der Boyle-Temperatur, so dass sich das reale Verhalten der Luft
weitgehend dem idealen Zustand nähert. Es ist deshalb
zulässig, Luft als ideales Gas zu betrachten. Es gilt die ideale
Gaszustandsgleichung
Da in den anderen Gleichungen mit der Dichte operiert wird, kann
die obige Beziehung unter Berücksichtigung der Feuchtigkeit wie
folgt umgeformt werden:
: ]
:
:
:
]
:
]
:
:
]
Von den die Dichte beeinflussenden Größen wurde der Luftdruck bisher in der Salzgrabenhöhle leider nicht gemessen; er wird bei den Berechnungen mit 101300 Pa eingesetzt.
Zunächst wird der Einfluß der Lufttemperatur untersucht, wobei die Bestimmung für die Außenatmosphäre und für das Höhlenwetter erfolgen muss. Der jahreszeitliche Temperaturverlauf der Außenluft ist aus Abb. 4 zu entnehmen.
Abbildung: Jährlicher Temperaturverlauf für die
Außenatmosphäre
Das Diagramm gibt für jeden Monat die mittlere Temperatur, die durchschnittliche Höchst-(Tages-) Temperatur und ebenso die gemittelte Tiefst- (Nacht-) Temperatur an. Es ist jedoch nicht statthaft, diese Werte direkt mit der Höhle zu vergleichen, da sie in geschützter Tallage (542 m ü. NN) gewonnen wurden. Die Temperaturabnahme mit der Höhe, der geometrische Temperaturgradient, muss berücksichtigt werden. Dieser beträgt weltweit 0,5-0,8 °C/100 m (BLüTHGEN & WEISCHET 1980: 161), den genauen Wert für den Alpenpark Berchtesgaden bestimmte ENDERS (1979: 39) mit 0,47 °C/100 m. Es ist naheliegend, die Temperatur zu benutzen, die auf halber Höhe der betrachteten Luftsäule wirksam ist (Mittelwert), d.h. bei der Salzgrabenhöhle jene bei 1280 m ü. NN. Die einzelnen Temperaturen von Abb. 4 sind somit um 3,5 °C zu reduzieren, damit diese einen repräsentativen Charakter erhalten.
Während die mittlere Außentemperatur (auf Höhlenniveau korrigiert) zwischen -6,2 °C im Januar und +12,5 °C im Juli variiert, bleibt die Innentemperatur im Mittel fast konstant bei ca. 4 °C. Dies entspricht fast genau der Jahresmitteltemperatur der Außenluft auf Höhlenniveau (3,3 °C), was nicht weiter verwunderlich ist, da Erdreich und Gestein die Temperaturextreme nur zögernd mitmachen und somit dämpfend wirken (BLüTHGEN & WEISCHET 1980: 121).
Im März 1984 wurden folgende Temperaturen gemessen: An der Traufkante betrug die Temperatur gegen Mitternacht -11 °C und am oberen Ende des Riesenkamins +2,6 °C (zu einem anderen Zeitpunkt!). Wenn man jetzt die Luftfeuchte vernachlässigt (gleich Null) und den Luftdruck mit 101300 Pa ansetzt, lassen sich die jeweiligen Dichten für Innen und Außen berechnen.
Mit der hydrostatischen Grundgleichung ergeben sich für die
oben genannten Dichten bei 
folgende
Auflastdrücke:
Die Druckhöhe beträgt dementsprechend 31,5 m, was nach
dem Theorem von Torricelli einer Windgeschwindigkeit
von 
entspricht. Tatsächlich gemessen
wurden 
(Gaudischluf).
Diese Diskrepanz erklärt sich damit, dass die beiden benutzten Temperaturen nicht synchron gemessen worden sind. Die Messung der Windgeschwindigkeit erfolgte wiederum zu einem ganz anderen Zeitpunkt, da nur eine Messgruppe mit einem Gerätesatz anwesend war. Die Messung wurde nämlich bei Tage durchgeführt, wo logischerweise der Temperaturgegensatz (Mittagstemperatur nur noch -5 °C) kleiner ist. Anbetracht dieser Zugeständnisse ist die Abschätzung der Wetterbewegung durchaus in ihrer Genauigkeit akzeptabel!
Im Juni 1984 wurden Temperaturen gemessen, aus denen sich
theoretisch eine Windgeschwindigkeit von 
errechnen lässt, wenn auch praktisch
nur 
gemessen wurden. Mehr als nur die reinen
Zahlenwerte interessiert jedoch die Tatsache, dass die Richtung
des Windes im Vergleich zur Wintermessung genau umgekehrt
verläuft.
Dieser Wetterumkehr oder Wetterinversion kommt größere Bedeutung zu. Es wurde bereits explizit vermerkt, dass bei gleicher Dichte (also gleicher Temperatur) Innen und Außen ein Gleichgewicht herrscht, d.h. der Wetterfluß reißt ab und es kommt zur Wetterstockung. Betrachtet man die Höhle zunächst im Winter, wo die Innentemperatur deutlich höher ist als die Außentemperatur, erfolgt die Bewetterung bergeinwärts. Die dünnere Höhlenluft steigt auf und entweicht durch Schächte und Spalten im Simetsbergplateau, was natürlich eine Ansaugung von Kaltluft um unteren Eingang bewirkt. Diese Kaltluft nimmt am Höhlengestein die im Sommer gespeicherte Wärme auf und akklimatisiert sich auf die Jahresmitteltemperatur von ca. 4 °C. Damit ist sie ebenfalls zum Entweichen nach oben befähigt, was die Wetterbewegung am Laufen hält.
Im Frühjahr nimmt die Windstärke ab, da der Temperaturgegensatz verflacht. Sobald beide Werte gleich groß sind, tritt die Wetterstockung auf. Im Sommer schließlich übertrifft die Außentemperatur die Temperatur des Höhlenwetters, was nun zur Bewetterung bergauswärts führt, d.h. die dichtere Höhlenluft fließt zum unteren Eingang aus und saugt von oben Warmluft nach, die sich in der Höhle abkühlt.
Auf Abb. 5 ist die Lage von Höhlen auf dem Simetsberg neben den darin herrschenden Bewetterungsrichtungen vermerkt. Jene Höhlen, die im Sommer einen Luftzug einwärts aufweisen, müssen einen Ausgang nach unten besitzen, wie aus dem bisher Gesagten hervorgeht. Es wäre nun theoretisch denkbar, dass es sich bei diesen Objekten um die gesuchten oberen Eingänge der Salzgrabenhöhle handelt.
Abbildung: Lageplan der bewetterten Schächte auf dem
Simetsbergplateau
Die Höhlen- oder Gesteinstemperatur beträgt etwa 4 °C. Im Vergleich mit dem jährlichen Temperaturverlauf, der in Abb. 4 dargestellt ist, (geometrischen Temperaturgradienten beachten!), wird die Temperaturgleichheit gegen Ende April erreicht; es kommt also zur Wetterinversion. In der ersten Oktoberhälfte sinkt die Außen- wieder unter die Innentemperatur, eine weitere Wetterinversion ist die Folge.
Diese einfache Betrachtungsweise, nach der es im Frühjahr und im Herbst zu jeweils einer Wetterumkehr kommt, setzt einen gemittelten Temperaturverlauf voraus. Es ist jedoch leicht zu ersehen, dass die tägliche Minimaltemperatur noch bis Ende Mai/Anfang Juni auf die Höhlentemperatur abfällt, bzw. die Maximaltemperatur schon im März größer als 4 °C sein kann. Mit einer täglichen Inversion während der Monate März bis Mai kann also gerechnet werden, wobei tagsüber schon die sommerliche Wetterrichtung vorherrscht und bei Nacht noch Winterbedingungen anzutreffen sind. Umgekehrtes gilt für den Herbst. Aber auch im Hochsommer sind einzelne Inversionen in Frostnächten nicht auszuschließen. Dieses rasche Umschlagen der Wetterrichtung wurde aus der Salzgrabenhöhle bisher nicht berichtet, wohl aber aus der meteorologisch ähnlichen Eisriesenwelt (HAUSER & OEDL 1926: 79, 84, 86).
Wie die Formel für die Luftdichte zeigt, wird diese Größe nicht nur vom Druck und der Temperatur beeinflußt, sondern auch von der Feuchte.
Es ist ein Irrtum anzunehmen, dass die Dichte mit zunehmender
Feuchte wächst (Luft plus Wasserdampf), sondern das Gegenteil
ist vielmehr richtig. Wasserdampf verdrängt einen Teil der Luft,
der eine höhere Masse als der Dampf selbst hat, da auch die
,,Molmasse`` der Luft (
) größer als jene
des Wassers (
) ist. Feuchte Luft ist somit leichter
als trockene; dieser Zusammenhang ist in Abb. 6 graphisch
dargestellt.
Abbildung 6: Zusammenhang zwischen Luftfeuchte und -Dichte
Zwischen der Feuchte und der Temperatur besteht ein enger Zusammenhang, da der Dampfdruck bekanntlich mit der Temperatur (exponentiell) wächst. Warme Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen als kalte (bzw. es steht einfach mehr Dampf zur Verfügung).
Der Sättigungsdampfdruck [E] kann aus Tabellen (z.B.
LüCK 1964: 28-31) entnommen werden. Es ist jener Druck,
angegeben in Pa (bzw. in mbar = 100 Pa), den der Dampf bei einer
Feuchte von 100 % ausübt, d.h. wenn die Luft keinen weiteren
Dampf mehr aufnehmen kann. Davon unterschieden wird der (aktuelle)
Dampfdruck [e], der herrscht, wenn keine Sättigung vorliegt und
der ebenfalls in Pa angegeben wird. [a] ist die absolute Feuchte,
gemessen in (Gramm Wasserdampf pro Kubikmeter
Luft). [U] ist schließlich die relative Feuchte in
Prozent. Die Luftfeuchte in der Höhle liegt bei 95-100
%; nur an sehr trockenen Stellen, etwa dem Satteldom, kann sie auch
kleiner sein. Die Tagluft ist nicht viel trockener, was aus den
Tabellen bei ENDERS (1979: 84) zu ersehen ist, der 73 % als kleinsten
Wert angibt. Der Durchschnitt liegt bei etwa 80 %. Bei einer
Temperatur von 4 °C, einem Druck von 101300 Pa und 70 %
außen und 100 % innen beträgt die zu erwartende
Windgeschwindigkeit 
.
Bisher wurde von einer Gleichgewichtseinstellung mit der damit verbundenen Wetterstockung ausgegangen, wenn die Temperaturen gleich groß sind. Sobald aber, wie im obigen Beispiel, die Feuchte differiert, bleibt die Wetterführung trotzdem bestehen. Bei 4 °C im Frühjahr würde die Luft immer noch bergeinwärts strömen. Um eine Stockung zu bewirken, müßte die Außentemperatur geringfügig höher sein (4,8 °C), um auf diese Weise den Dichteunterschied zu kompensieren. Genau genommen ist es erforderlich, die virtuellen Temperaturen zu vergleichen; dies sind jene Temperaturen, die Luftvolumina verschiedener Feuchte haben müßten, um die gleiche Dichte aufzuweisen. (LILJEQUIST 1974: 43).
Abschließend sei noch bemerkt, dass die durch die Feuchte induzierte Wetterführung immer in die gleiche Richtung weist, nämlich nach innen (Die Feuchte außen kann maximal so groß sein, wie die Feuchte innen). Sie verstärkt die temperaturbedingte Bewetterung im Winter und bremst sie im Sommer.
Auf das Fehlen von Messwerten zum aktuellen Luftdruck, der eine weitere klimatologische Kenngröße ist, wurde schon hingewiesen. Deshalb sind über die Druckverhältnisse und ihre Auswirkung nur theoretische Überlegungen möglich.
Die größten Druckänderungen werden vermutlich durch Luv- und Lee-Effekte verursacht. Wenn der Wind den Höhleneingang anbläst, verursacht er dort einen Staudruck, der die Wetterführung im Winter verstärkt und im Sommer abschwächt.
Der die zu vermutenden Schachtöffnungen im Simetsbergplateau überstreichende Wind führt dort zu einem Sog (GESETZ VON BERNOULLI), welcher den Höhlenwind im Winter beschleunigt und im Sommer bremst. Dieser Sogeffekt kann bei jeder Windrichtung auftreten, der der Berg ausgesetzt ist, doch die Verstärkung durch den Staudruck ist nur gewährleistet, wenn der Wind gleichzeitig den unteren Eingang anbläst, was bei Wind von Norden der Fall sein kann.
Die Druckverhältnisse in den durchströmten Gängen
der Höhle sind ebenfalls eine Betrachtung wert. Besonders hohe
Windgeschwindigkeiten sind im Gaudischluf zu messen (, Düseneffekt), was an der angeblasenen Seite, aus
der der Wind kommt, zu einem Überdruck führt. Der
Zusammenhang zwischen der Druckdifferenz und der Windgeschwindigkeit
wird durch das AUSSTRöMUNGSGESETZ VON BUNSEN beschrieben:
bzw.
(nach WESTPHAL 1970: 159)
und 
sind die
Drücke am Anfang bzw. Ende des Gaudischlufs. Bei der genannten
Windgeschwindigkeit von ,
lässt sich eine Druckdifferenz von ca. 150 Pa
erwarten.