Wie entsteht Blitz?

Die Stromstärke eines Blitzes ist bis zu 1.250 Mal höher als die einer Steckdose. Aber warum existiert Blitz überhaupt, wie entlädt er sich und was hat Donner damit zu tun? Lassen Sie uns das in diesem Artikel herausfinden.

Blitz ist eine riesige elektrische Entladung, die von einer Reihe von Blitzen und einem Donnerschlag begleitet wird. Fast immer bildet er sich in Cumulonimbuswolken, manchmal in großen Nimbostratuswolken. Die obere Grenze solcher Wolken erreicht oft vier Meilen (sieben Kilometer) über der Erdoberfläche, während der untere Teil fast den Boden berühren kann. Eine atmosphärische Entladung kann sowohl innerhalb einer einzelnen Wolke als auch zwischen nahegelegenen elektrisierten Wolken sowie zwischen einer Wolke und dem Boden entstehen.

Eine Gewitterwolke besteht aus einer großen Menge Dampf. Aufgrund niedriger Temperaturen in großen Höhen kondensiert der Dampf in Form von Eiskristallen. Bevor die Wolke zu einem Gewitter wird, beginnen sich die Eiskristalle aufgrund warmer Luftströme, die von der erhitzten Oberfläche aufsteigen, aktiv in ihr zu bewegen. Die warme, feuchte Luft steigt auf, wird dort geladen, entlädt sich wieder (Blitz), erwärmt sich und manifestiert sich schließlich in einem lauten Knall (Donner). Wir werden diesen Prozess später in diesem Artikel genauer beschreiben.

Wie entsteht Blitz

Blitz entsteht durch die elektrostatische Aufladung von Wassertröpfchen in Gewitterwolken. Die Tröpfchen sind im oberen Teil positiv geladen und im unteren Teil negativ geladen. Wenn der Ladungsunterschied sehr hoch ist, entsteht ein enormes Spannungsfeld.

Wenn Blitz entsteht, treffen sich Ladungskanäle - entweder direkt innerhalb einer Wolke, zwischen Wolken oder zwischen dem Boden und der Gewitterwolke. Die Spannung entlädt sich in einem Blitz (Funkenentladung). Es fließt viel elektrischer Strom, die Luft im Blitzkanal erhitzt sich und das typische Leuchten tritt auf.

Der Blitzbildungsprozess besteht aus mehreren Phasen.

Leitungsphase

Die Blitzentladung beginnt, wenn der Leiter erscheint, der eine thermische, mechanische und elektrische Wirkung auf die Objekte hat, durch die er hindurchgeht.

Der Leiter besteht aus einem Kanal, einem Kanalende und einer Streamer-Zone. Der Leiterkanal ist eine Plasmaformation, durch die der Strom fließt. Der Kanal wächst, indem er die Lücke zwischen der Wolke und der Erde durchbricht. Er trägt ein enormes Potenzial von Dutzenden von Megavolt, und der Strom in ihm beträgt Hunderte von Ampere.

Kurzschlussphase

Dies ist die Hauptphase der Blitzentwicklung. Der hochtemperaturleitende Kanal schließt sich zum Boden kurz und provoziert einen vorübergehenden Entladungsprozess eines ausgedehnten geladenen Systems, das der Leiter geschaffen hat. In dieser Phase kann ein Stromimpuls mit Lichtgeschwindigkeit durch den Kanal fließen.

Die Kurzschlussphase wird von Lichtblitzen, einem hellen Leuchten und Donner begleitet. Schwingungen in der Luft, wenn eine von Blitz erhitzte Luftwelle auf kalte Luft trifft, verursachen Donner.

Endphase

In der Endphase überträgt der Kanal weiterhin die Ladung auf den Boden, jedoch weniger intensiv. Diese Phase ist jedoch durch eine längere Dauer des Stroms gekennzeichnet, die hauptsächlich auf die thermische Wirkung des Blitzes zurückzuführen ist.

Arten von Blitzen

Kommt Blitz vom Boden? Manchmal ja, aber nicht nur vom Boden. Lassen Sie uns die verschiedenen Formen erkunden, die Blitz annehmen kann.

Wolkeninterner und Wolkenübergreifender Blitz

Am häufigsten tritt Blitz innerhalb einer einzelnen Wolke auf (wolkenintern), aber manchmal kann er zwischen zwei Wolken reisen (wolkenübergreifend).

Wolken-Boden-Blitz

Quelle: Jrmichae, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Wolken-Boden-Blitze sind die grellen Lichtbögen, die vertikal zwischen dem Boden der Wolke und dem Boden verlaufen. Es gibt zwei Formen von Wolken-Boden-Blitzen: positive und negative Blitze.

Negative Blitze schlagen von einer negativ geladenen Wolkenbasis auf die Erde ein. 90% der Wolken-Boden-Blitze transportieren negative Ladung zur Erde.

Positive Blitze stammen von einer positiv geladenen Wolkenbasis und transportieren diese positive Ladung zum Boden. Sie sind doppelt so stark wie gewöhnliche Blitze und können viele Meilen vom eigentlichen Gewitter entfernt einschlagen. Dies macht sie unvorhersehbar und somit sehr gefährlich für Menschen und Tiere. Etwa 10% der Blitze sind positiv, aber der Anteil positiver Blitze ist in der kalten Jahreszeit höher.

Abwärts- und Aufwärtsblitze

Quelle: Raul Heinrich, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Ein sogenannter Leiterblitz bereitet die sichtbare Entladung (Rückschlag) vor. In fast allen Blitzen beginnt der Leiter in der Wolke und wächst in Schritten von 165-655 ft (50-200 m) zur Erde hin (Abwärtsblitz). In besonderen Fällen (z.B. hohe Türme auf Bergen) beginnt der Leiter an der Spitze des Turms und wächst aufwärts in die Gewitterwolke (Aufwärtsblitz).

Mesosphärenblitze

Hochatmosphärische Blitze wurden erstmals vor etwa 30 Jahren von der Besatzung eines Space-Shuttle-Flugs beobachtet und dokumentiert. Diese Phänomene treten in der Mesosphäre auf und es gibt mehrere Arten davon, die als Sprites, Elfen und Blaue Jets bezeichnet werden.

In den letzten 20 Jahren haben Wissenschaftler elektrische Entladungen in der oberen Atmosphäre und die begleitende Strahlung genau beobachtet. Für ihre Studie werden spezielle Kameras in den Bergen oder auf umlaufenden Satelliten installiert.

Historisch gesehen ist das erste untersuchte Phänomen dieser Art Sprites. Dies sind elektrische Entladungen, die über Gewittern oder Cumulonimbuswolken aufsteigen. Sprites erscheinen als Ausbrüche von orangefarbenem und rotem Leuchten, oft mit einem Hauptkörper, einem “Stamm” und zahlreichen Ästen. Im Juli 1989 machten Wissenschaftler der Universität von Minnesota die ersten Bilder von Sprites. Seitdem werden Sprites regelmäßig sowohl von Wissenschaftlern als auch von Amateuren und sogar Astronauten von der ISS aufgezeichnet.

Quelle: EarthSky

Oft wird zusammen mit Sprites ein weiteres Phänomen beobachtet, das als “Elfen” (ELVES, Emission of Light and Very Low-Frequency perturbations due to Electromagnetic Pulse Sources) bezeichnet wird. Sie erscheinen als sich schnell ausdehnende scheibenförmige Bereiche von rötlichem Leuchten, die Hunderte von Kilometern im Durchmesser erreichen können. In der Regel erscheinen Elfen in Höhen von etwa 100 Kilometern über starken Stürmen und dauern nur wenige Millisekunden.

Bildnachweis: Valter Binotto

Ein weiteres Phänomen sind Blaue Jets. Sie sehen aus wie leuchtende Ströme, die von den aktivsten Zentren von Gewitterwolken ausgehen. Während sie sich nach oben ausbreiten, erweitern sie sich allmählich mit einem Öffnungswinkel von etwa 15 Grad. Ihr Leuchten verblasst allmählich in einer Höhe von etwa 40-50 Kilometern. Blaue Jets sind viel heller als Sprites und haben eine andere Farbe, sind aber seltener.

Quelle: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/A. Smith, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons

Kugelblitz

Kugelblitz ist ein seltenes und unerklärliches Phänomen, bei dem eine Kugel aus leuchtendem Plasma in der Atmosphäre erscheint, typischerweise während Gewittern. Laut Augenzeugen sieht es aus wie ein kugelförmiges Objekt mit einem Durchmesser von etwa 10 bis 20 Zentimetern, obwohl einige Berichte größere Größen vorschlagen.

Es gibt mehrere Theorien darüber, wie dieses Phänomen entsteht. Eine Theorie besagt, dass Kugelblitz entsteht, wenn Blitz den Boden trifft, die umgebende Luft ionisiert und eine Plasmakugel bildet. Eine andere Theorie schlägt vor, dass Kugelblitz entsteht, wenn Blitz die Atmosphäre trifft und ein Magnetfeld um den Blitzschlag bildet. Dieses Magnetfeld fängt dann ionisiertes Gas ein und bildet eine Plasmakugel.

Kugelblitz kann zwischen wenigen Sekunden und mehreren Minuten dauern und wird oft von einem zischenden oder knisternden Geräusch begleitet. Er kann sich auch auf unvorhersehbare Weise bewegen, manchmal an Ort und Stelle schweben und manchmal schnell bewegen oder von Oberflächen abprallen. Kugelblitz kann sogar durch Fenster oder Türen in Gebäude eindringen, verursacht jedoch selten Schäden oder Verletzungen.

Trotz vieler Sichtungen und Berichte über Kugelblitz im Laufe der Jahre bleibt er ein mysteriöses und wenig verstandenes Phänomen. Wissenschaftler untersuchen weiterhin Kugelblitz, um seine Entstehung und sein Verhalten besser zu verstehen.

Blitz: Interessante Fakten

Hier sind einige interessante Fakten über Blitz:

• Blitze schlagen häufiger in Eichen ein als in andere Baumarten. Dies liegt daran, dass Eichen höher sind als andere Bäume und ein sehr entwickeltes Wurzelsystem haben, durch das die Entladung leicht das Grundwasser erreichen kann.

Quelle: University of Florida Blogs

• 25% der Menschen, die von Blitz getroffen werden, sterben an Herzstillstand. Überlebende erleiden erhebliche Gesundheitsschäden, Gedächtnisverlust, Empfindlichkeit, Schlafprobleme und Hörbeeinträchtigungen.
• Blitz, der auf sandigen Boden trifft, kann Glas bilden. So können Sie nach einem Gewitter Glasformationen im Sand finden.
• Was kommt zuerst, Donner oder Blitz? Sie treten gleichzeitig auf, aber Licht reist schneller als Schall. Daher sehen wir immer zuerst den Blitz, und dann folgt der Donner.
• Blitz kann nicht nur auf unserem Planeten, sondern auch auf anderen auftreten, wenn es günstige Bedingungen für ihre Entstehung gibt - ein gasförmiges Medium. So ist es möglich, dieses Phänomen auf Saturn, Uranus, Venus und Jupiter zu beobachten. Auf einigen dieser Planeten ist Blitz Hunderte, Tausende und sogar Millionen Mal stärker als auf der Erde.
• 80% der Blitze treffen auf eine feste Oberfläche, obwohl drei Viertel unseres Planeten mit Wasser bedeckt sind. Dies liegt an starken Konvektionsluftströmen, die sich über dem Land bilden.
• Nur ein Viertel der Blitze erreicht die Erdoberfläche. Der Rest entlädt sich zwischen Wolken.
• Zentralafrika ist der Teil der Welt, in dem Blitze am häufigsten auftreten.
• Die Top 3 Aktivitäten, die in den Vereinigten Staaten die meisten Todesfälle durch Blitz verursachen, sind Angeln, Strand und Camping. In der folgenden Tabelle finden Sie weitere Details zu Aktivitäten, die zu Todesfällen durch Blitz beitragen.

Quelle: National Weather Service

Sicherheits-Tipps bei Gewitter und Blitz

So können Sie während Gewittern und Blitz sicher bleiben:

• Bleiben Sie während Gewittern im Haus. Wenn Sie Donner hören oder Blitz sehen, bleiben Sie besser in einem Gebäude oder Auto. Blitz kann eine Person treffen, selbst wenn sie unter einem Baum oder anderem Schutz steht.
• Ziehen Sie Elektronik aus der Steckdose. Ziehen Sie während Gewittern Geräte, einschließlich Fernseher, Computer und andere Elektronik, aus der Steckdose, um sie vor Stromstößen durch Blitz zu schützen.
• Vermeiden Sie Wasser. Vermeiden Sie Schwimmen, Bootfahren oder Baden während Gewittern, da Wasser ein guter Leiter für Elektrizität ist.
• Stehen Sie nicht in der Nähe von Metallgegenständen, einschließlich Zäunen, Stangen und Regenschirmen, da sie Blitz anziehen können.
• Warten Sie, bis das Gewitter vorüber ist. Warten Sie mindestens 30 Minuten nach dem letzten Donnerschlag, bevor Sie wieder nach draußen gehen, da Blitz auch nach einem Gewitter noch einschlagen kann.
• Bleiben Sie niedrig. Wenn Sie während eines Gewitters im Freien gefangen sind und keinen Schutz finden können, hocken Sie sich niedrig auf den Boden, mit den Füßen dicht beieinander, und bedecken Sie Ihre Ohren. ```