Da liegt was in der Luft

Seit Jahrtausenden sind sie für viele Menschen beeindruckend und furchterregend zugleich und auch am vergangenen Wochenende sorgten sie für zahlreiche Schlagzeilen: Gewitter.

Früher schrieb man Blitz und Donner dem
Zorn der Götter zu, heute werden die Gründe für das Naturschauspiel
in der Physik gesucht und gefunden:
Zunächst einmal muss sich eine Gewitterwolke (Cumulonimbus) bilden,
in der starke Aufwinde kleine Eisteilchen nach ganz oben tragen. Wenn
diese auf ihrem Weg mit großen, nicht gefrorenen Wassertröpfchen
zusammenstoßen, findet eine Ladungstrennung statt: Die schweren
Wassertröpfchen sind anschließend negativ geladen, die kleinen
Eisteilchen positiv. Dadurch befindet sich in der Gewitterwolke
positive Ladung im oberen Teil, während die untere Hälfte negativ
geladen ist - ähnlich wie bei einer Batterie (siehe rechts Grafik A).

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Da die Natur stets versucht, ein Gleichgewicht herzustellen, muss
dieser Ladungsunterschied ausgeglichen werden: Dies geschieht durch
Blitze. Es gibt Blitze innerhalb der Wolke und Blitze zwischen Wolke
und Boden.

Letztere beginnen mit einem sogenannten "Leitblitz", der sich mit
starken Verästelungen von Wolke Richtung Erde ausbreitet (Bild B).
Nähert sich dieser negativ geladene Leitblitz dem Erdboden, so steigt
an den Spitzen von exponierten Objekten (z.B. von Kirchtürmen oder
Bäumen) die positive Ladung, bis ein bestimmter Wert überschritten
wird. Dann starten von den Spitzen dieser Objekte Fangentladungen,
die dem Leitblitz entgegenwachsen (Bild C).

Wo nun der Blitz am Boden einschlägt, hängt von der Fangentladung ab,
die als erstes mit dem Leitblitz zusammentrifft.
Erst nach diesem Zusammentreffen beginnt die Hauptentladung, die wir
optisch wahrnehmen. Diese startet übrigens am Einschlagspunkt und
pflanzt sich Richtung Wolke fort, also von unten nach oben, was
vielen nicht bewusst ist (Bild D). So wird negative Ladung Richtung
Boden geführt und der Ladungsunterschied ausgeglichen.

Und wie entsteht der Donner, der viele Menschen zusammenzucken und
erschrecken lässt? Das ist etwas schneller erklärt, als der Blitz:
Der Blitz erwärmt die Luft auf bis zu 30.000 °C, wodurch sie sich
rasend schnell ausdehnt. Sie überschreitet die Schallgeschwindigkeit
und durchbricht mit einem Knall die sogenannte Schallmauer - es
donnert!
Blitz und Donner finden also quasi zur selben Zeit statt. Das Licht
des Blitzes bewegt sich aber rasant mit Lichtgeschwindigkeit (300.000
Kilometer pro Sekunde), während der Klang des Donners sich recht
"langsam" mit der Schallgeschwindigkeit (330 Meter pro Sekunde)
fortbewegt. Deshalb sieht man den Blitz meist viel eher, als dass man
den Donner hört.

Wenn man die Sekunden zwischen Blitz und Donner zählt und diese durch
drei teilt, erhält man also eine ungefähre Kilometerangabe, wie weit
das Gewitter noch weg ist. Beträgt der Abstand beispielsweise drei
Sekunden, ist das Gewitter ca. einen Kilometer entfernt.

Nach einem ruhigen Wochenstart am gestrigen Montag werden heute und
in der kommenden Nacht wieder viele Blitze am Himmel zu sehen sein.
Und der interessierte Leser kann sich nun nicht nur an dem imposanten
Naturschauspiel erfreuen, sondern - sofern nicht vorher bereits
bekannt- auch nachvollziehen, welche Prozesse zur selben Zeit in der
Atmosphäre ablaufen.

© Deutscher Wetterdienst