Warum blitzt es bei einem Gewitter?

Starke Winde in einer Gewitterwolke laden die Wasserteilchen darin elektrisch auf, bis sich ein Blitz entlädt.

Blitzschlag über einem See

Blitzschlag über einem See. Bild: Anettphoto/Shutterstock.com

Ein kräftiges Sommergewitter kommt mit Blitz und Donner daher. Ein Blitz ist eine elektrostatische Entladung – wenn sich eine Gewitterwolke stark genug aufgeladen hat, fliesst die Ladung über den Blitz ab. Wie sich die Wolke allerdings auflädt, darüber diskutieren die Wissenschaftler noch immer. Klar ist, dass es dazu starke Aufwinde in der Wolke braucht. Diese erreichen Geschwindigkeiten von bis zu 150 km/h. In der Wolke kondensiert zunächst der Wasserdampf zu kleinen Wassertropfen, die von den Aufwinden mitgerissen werden. Währenddessen wachsen die Tropfen stetig.

Spannungsentladung in einer Gewitterwolke

Spannungsentladung in einer Gewitterwolke. Animation: Metfis2/Wikimedia Commons

Hagelkörner fliegen in der Wolke

Ist die Gewitterwolke hoch genug, gefrieren die Tropfen, da die Atmosphäre in einigen Kilometern Höhe kälter ist als nahe bei der Erde. Die gefrorenen Wassertropfen wachsen weiter und werden zu Graupelteilchen: Das sind kleine Eiskörner mit Lufteinschlüssen und grosser Oberfläche. Mit der Zeit sind die Graupelteilchen so schwer, dass sie wieder zu Boden fallen. Während die Graupelteilchen herunterfallen, kollidieren sie mit den leichten Eiskristallen im Aufwind. Letztere geben bei der Kollision Elektronen an die grösseren Graupelteilchen ab. Der Graupel lädt sich also negativ auf, die Eiskristalle positiv. So kommt es, dass der Graupel die negative Ladung nach unten trägt und die Eiskristalle die positive nach oben. Ist die Spannung in der Wolke hoch genug, entlädt sich ein Blitz.

Der Blitz sucht sich den Weg

Die Spannung reicht allerdings nie für eine direkte Entladung. Zuerst suchen sich kleine Teilentladungen einen Weg von einem ionisierten (elektrisch geladenen) Luftteilchen zum nächsten. Deshalb haben Blitze eine so gezackte Form. Dieser Blitzkanal von etwa 1 cm Durchmesser führt darauf den Hauptblitz zur Erde. Dabei fliessen durchschnittlich 20 000 Ampère Strom. Weil ein Blitz aber nur so kurz dauert, wird dabei nicht mehr Energie frei, als in ca. 10 Litern Heizöl enthalten ist.

Eine Gewitterwolke ist höchst dynamisch. Es bilden sich starke Aufwind- und Abwindkanäle. Die genannte Ladungsverteilung kann deshalb je nach Art und Reifestadium des Gewitters abweichen. Zudem können während eines starken Gewitters auch Blitze aus der positive Wolkenobergrenze bis zum Boden führen. Diese sind besonders gefürchtet: Sie sind zehnmal so stark wie normale Blitze und schlagen oft Kilometer neben der Gewitterzelle ein. 1963 traf ein solcher Blitz bei Philadelphia ein Passagierflugzeug und brachte es zum Absturz.

Guido Santner

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