Erscheinungen bei Gewittern - Blitz und Donner

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Blitz

Das mit seinem Kern bei den Britischen Inseln liegende kräftige
Tiefdruckgebiet URSULA sorgt erneut für eine Gewitterlage in
Deutschland. Man unterscheidet Wärmegewitter, die durch Labilisierung
ausreichend feuchter Luft infolge kräftiger Sonneneinstrahlung und
anschließender massiver Konvektion entstehen, von Frontgewittern, bei
denen Hebungs- oder Umlagerungsprozesse meist im Bereich von
Kaltfronten ursächlich sind.

Wie auch immer, Gewitter werden stets von Blitz und Donner begleitet.
Blitze entstehen in sich hoch auftürmenden Gewitterwolken infolge
Ladungstrennung durch Reibung von Wolkenpartikeln. Jedoch sind die
zugrunde liegenden physikalischen Prozesse bis heute nicht
vollständig geklärt. Aufgrund mechanischer Wechselwirkung laden sich
bei Temperaturen < -15 °C innerhalb einer Gewitterwolke Graupelkörner
negativ auf, Eiskristalle hingegen positiv. Bei höheren Temperaturen
erfolgt die Aufladung der Wolkenpartikel mit umgekehrtem Vorzeichen.
In Abhängigkeit vom vertikalen Temperaturverlauf innerhalb der
Gewitterwolke bildet sich eine Sandwich-artige Ladungsstruktur,
positiv bzw. negativ geladene Wolkenschichten folgen aufeinander.

Allerdings sind die in Gewitterwolken gemessenen elektrischen
Feldstärken zu gering, als das die Luft ionisiert würde und sich die
Ladungsunterschiede spontan in Form von Blitzen entladen könnten.
Einige amerikanische Physiker vertreten die Theorie, dass in der die
Erde erreichenden kosmischen Höhenstrahlung sog. schnelle Elektronen
vorkommen, welche in der Lage sind, Luftmoleküle zu ionisieren.
Ionisierte Luft verliert ihre dielektrischen Eigenschaften, wird
Strom leitend und die elektrische Entladung kann erfolgen.

Dabei bildet sich zunächst ein Blitzkanal aus ionisierter Luft, in
der ein negativ geladener Leitblitz sich mit ca. einem Drittel der
Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Vom positiv geladenen Gegenpol
(Erdboden oder Wolke) eilt ihm eine entsprechende Fangentladung
entgegen. Nun können sich die Potentialunterschiede mit aller Macht
ausgleichen - negative Ladungen strömen zum Erdboden bzw. zu positiv
geladenen Regionen der Wolke und umgekehrt - es blitzt.

Die plötzliche und starke Erhitzung der Luft im Blitzkanal (in
Sekundenbruchteilen auf einige zehntausend Grad) infolge des hohen
Stromflusses bewirkt ihre explosionsartige Ausdehnung. Der damit
einher gehende Druckanstieg erregt eine Schockwelle, die sich in der
unmittelbaren Umgebung des Blitzes als scharfer Knall
("Donnerschlag") bemerkbar macht. Verschiedene Laufzeiten von
unterschiedlichen Punkten des Blitzkanals verursachen das
"Donnerrollen" durch Überlagerung der Schallwellen.

Dipl.-Met. Thomas Ruppert
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 02.08.2012

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