Blitze – ein Phänomen das noch viele Geheimnisse birgt

Was man weiß und noch nicht weiß. Ein interessanter Artikel von Dipl.-Met. Thomas Ruppert

In diesem Jahr begann die Gewittersaison früh, bereits im Mai gab es vor allem in Süddeutschland schwere Ereignisse. Meist handelte es sich um sog. Wärmegewitter, die durch starke Labilisierung ausreichend feuchter Luft infolge kräftiger Sonneneinstrahlung und sich anschließender massiver Konvektion entstanden. Vorläufiger Höhepunkt waren der vergangene Freitag und der Sonnabend, als gebietsweise extreme Unwetter auftraten. Eine Besonderheit dieser Gewitter war, dass sie sich entlang einer sog. Konvergenzlinie anordneten, die einer Kaltfront vorgelagert war. Dagegen entstanden die Gewitter dieser Woche nach Frontdurchgang in der Kaltluftmasse. Der zu ihrer Bildung notwendige hohe vertikale Temperaturgradient kam durch Zufuhr noch kälterer Luft in der Höhe zustande. Wie auch immer, Gewitter werden stets von Blitz und Donner begleitet. Blitze entstehen in sich hoch auftürmenden Gewitterwolken infolge Ladungstrennung durch Reibung an den 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 bewirkt 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
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