13
Aug
2015

Erscheinungen bei Gewittern - Blitz und Donner

Allmählich endet die derzeitige Hitzewelle, denn Ausläufer des am Freitag, 14.08.2015, mit seinem Kern über der Nordsee liegenden Tiefdruckgebietes EBERHARD sorgen für Niederschläge und führen von Westen her frische Meeresluft nach Zentraleuropa. Am Sonntag werden in Deutschland wohl keine 30 °C mehr erreicht werden, so dass wir bei angenehm kühleren Temperaturen endlich wieder durchatmen können. Wie so oft im Sommer sind derartige Luftmassenwechsel mit teils kräftigen Gewittern verbunden.

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. Im ersten Falle steigt in Erdbodennähe sonnenerhitzte Luft rasch in darüber liegende, kältere Luftschichten bis in große Höhen auf, im zweiten Falle schiebt sich Kaltluft unter die wärmere Luft und zwingt diese zum raschen Aufsteigen. In jedem Falle entstehen Gewitterwolken, im Meteorologenjargon "Cumulonimben" genannt.

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 beider Arten von Wolkenpartikeln mit jeweils umgekehrten Vorzeichen.

In Abhängigkeit vom vertikalen Temperaturverlauf innerhalb der Gewitterwolke bildet sich eine sandwichartige Ladungsstruktur, positiv bzw. negativ geladene Wolkenschichten folgen aufeinander. Allerdings sind die in Gewitterwolken gemessenen elektrischen Feldstärken zu gering, als dass 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 isolierenden Eigenschaften, wird Strom leitend und die elektrische Entladung kann erfolgen.

Dabei bildet sich zunächst ein Blitzkanal aus ionisierter Luft (Plasma), 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 13.08.2015

© Deutscher Wetterdienst