 Wissenswertes
Der Gedanke
geht der Tat voraus wie der Blitz dem
Donner...
Der Blitz ist physikalisch
übersetzt "eine sichtbare Lichterscheinung
bei einer elektrischen Entladung". D.h.
ein Blitz ist in der Natur
eine
Funkenentladung oder ein
kurzzeitiger
Lichtbogen zwischen
Wolken oder zwischen Wolken
und der
Erde. In aller Regel tritt
ein Blitz während eines
Gewitters in Folge einer
elektrostatischen Aufladung
der wolkenbildenden
Wassertröpfchen oder der
Regentropfen auf. Er wird dabei
vom
Donner begleitet und gehört
zu den
Elektrometeoren. Dabei
werden elektrische Ladungen
(Elektronen oder Gas-Ionen)
ausgetauscht, d. h. es fließen
elektrische Ströme. Blitze
können auch, je nach Polarität
der elektrostatischen Aufladung,
von der Erde ausgehen. Künstlich im Labor mit
Hochspannungsimpulsen erzeugte
Blitze dienen deren Studium oder
der Überprüfung von
Einrichtungen des Stromnetzes
hinsichtlich der Wirkung von
Blitzeinschlägen. Obwohl
Gewitterblitze zu den am
längsten studierten
Naturphänomenen gehören, sind
die der natürlichen
Blitzentstehung
zugrundeliegenden physikalischen
Gesetzmäßigkeiten bis heute noch
nicht zweifelsfrei erforscht.
Eine Blitzentladung ist dabei
deutlich komplizierter als eine
reine
Funkenentladung.
Forschung
Der Amerikaner
Benjamin Franklin
bewies am 15. Juni
1752 die Hypothese,
dass bei Gewittern
eine
elektrische Spannung
zwischen Wolken und
der Erde besteht,
indem er einen
Drachen in
aufziehende
Gewitterwolken
aufsteigen ließ und
so eine
Funkenentladung
auslöste. Dies war
der Beginn der
neuzeitlichen
Blitzforschung. Bis
heute sind
allerdings nicht
alle
Erscheinungsformen
von Blitzen sowie
die damit
verbundenen Effekte
umfassend und
unumstritten
wissenschaftlich
erklärt,
insbesondere wie die
Ladungsunterschiede
entstehen, die zum
Blitz führen.
Heutzutage haben
sich verschiedene
Verfahren zur
Untersuchung von
Blitzen etabliert,
die auch darauf
achten, das Risiko
für die Forscher
möglichst gering zu
halten (im Gegensatz
zur Methode
Franklins). Häufig
werden en
Raketen
abgeschossen, die
einen metallischen
Draht hinter sich
herziehen
(Blitztriggerung).
Der Blitz gelangt
durch den Draht zur
Messstation, wo er
analysiert werden
kann. Andere
Verfahren stützen
sich auf
Wetterballons
oder Messungen durch
Flugzeuge.
Lange Zeit war das
Forschungsinteresse
an natürlichen
Blitzen gering, da
man glaubte, sie wie
Funkenentladungen
behandeln zu können,
wie sie ohne
Weiteres im Labor
erzeugt werden
können. Erst seit
Ende der
1990er-Jahre hat
sich dies geändert,
da Ungereimtheiten
auftraten, die durch
das einfache Modell
nicht erklärt werden
konnten. Es stellte
sich als unmöglich
heraus, mit den
heutigen Mitteln
Blitze zur
Energiegewinnung
auszunutzen.
Entstehung elektrischer Ladung in einer
Gewitterwolke
Nach dem heutigen Wissensstand
gibt es eine Reihe von
Mechanismen in einer
Gewitterwolke, die zur
Elektrifizierung der
Gewitterwolke beitragen. Man
unterscheidet dabei zwischen
induktiven und nicht-induktiven
Aufladungsmechanismen, wobei
letztere die weitaus wichtigere
Kategorie darstellen. Grundvoraussetzung für die
Entstehung von elektrischer
Ladung sind kräftige Aufwinde
innerhalb einer nach oben
wachsenden
Cumulonimbuswolke, die 5–20
m/s und mehr
erreichen können. In der Wolke
kondensiert zunächst Wasserdampf
zu kleinen aber ständig
wachsenden Wassertröpfchen. Ist
die Cumulonimbuswolke hoch
genug, und reicht sie damit in
kältere Luftschichten deutlich
unterhalb der Nullgradgrenze,
gefrieren die
Niederschlagspartikel zu
Eispartikeln. Durch
Resublimation wachsen diese
weiter an. Mit der Zeit werden
die
Graupelteilchen schwer
genug, dass sie entgegen der
Richtung der Aufwinde zum
Erdboden fallen.
In
diesem Stadium kollidieren
kleinere, noch leichte
Eiskristalle mit dem
Graupelteilchen und geben dabei
Elektronen an die
Graupelteilchen ab. Diese nehmen
eine negative Ladung an und
sinken so geladen weiter in den
unteren Teil der Wolke. Die
leichten, jetzt positiv
geladenen Eiskristalle werden
von den Aufwinden weiter nach
oben getragen. Dadurch kommt es
zu einer Ladungstrennung und es
entstehen beachtliche
Raumladungen. Die Stärke der Raumladungen ist
dabei direkt abhängig vom
Eisgehalt der Wolke. Das ist das
Ergebnis der
Tropical Rainfall Measurement
Mission (TRMM), die eine
starke Korrelation zwischen der
Eismenge in einer Wolke und der
Blitzhäufigkeit erkannte.
In
Wolkenbereichen mit hohem
Graupelanteil werden Luftmassen
durch die nach unten fallenden
Graupelteilchen mit nach unten
gerissen und es entstehen
Abwindkanäle in der
Gewitterwolke. In ihnen gelangen
die negativ geladenen
Graupelteilchen zunächst in den
unteren Teil der Wolke. Der nun
negativ geladene untere Teil der
Wolke bewirkt nun durch
Influenz, dass sich der
unter der Wolke befindliche
Erdboden positiv auflädt. So
kommt es zu der klassischen
Ladungsverteilung in einer
Gewitterwolke. Hinzu kommt, dass
im unteren Teil der
Gewitterwolke die
Graupelteilchen wieder schmelzen
und sich dabei wieder positiv
aufladen. Das ist so zu
erklären, dass sich beim
Anwachsen des Graupelteilchens
in der Höhe Lufteinschlüsse
bilden, die beim späteren
Auftauen den Wassertropfen
verlassen und dabei an der
Oberfläche befindliche negative
Ladung mit sich nehmen. Auf
diese Weise wird der unter der
Wolke ausfallende Niederschlag
elektrisch neutral oder – wie
man beobachtet hat – sogar
positiv geladen, während die
negative Ladung im unteren Teil
der Wolke verbleibt.
Weitere nicht-induktive Prozesse
sekundärer Natur unterstützen
diese Ladungsverteilung, wie zum
Beispiel die Tatsache, dass sich
bereits die durch Resublimation
anwachsenden Graupelteilchen
positiv aufladen und diese ihre
Ladung bei Kollisionen an
leichtere Eiskristalle abgeben,
bevor oder während sie in
Richtung Erdboden fallen. Der
umgekehrte Effekt, also die
negative Aufladung von
sublimierendem Eis, kommt in den
Abwindkanälen zum Tragen.
In der bereits geladenen
Gewitterwolke kommen nun noch
induktive
Ladungstrennungsmechanismen
hinzu. Die durch die Anwesenheit
der Raumladung
dipol-artig vorgeladenen und
entsprechend ausgerichteten
Niederschlagspartikel können nun
in der Luft befindliche
Ionen je nach Polarität
entweder einfangen oder
abstoßen. Entdeckt hat dieses
Phänomen der spätere
Nobelpreisträger
Charles Thomson Rees Wilson
im Jahre 1929; es betrifft
sowohl gefrorene wie auch
flüssige Niederschlagspartikel.
In
der Praxis hat man beobachtet,
dass die oben dargestellte
Ladungsverteilung im Gewitter
häufig zutrifft, es aber auch
abhängig von der Art des
Gewitters (Frontengewitter,
Wärmegewitter) und des
Reifestadiums starke
Abweichungen geben kann, wie zum
Beispiel weit in den unteren
Teil der Wolke reichende
positive Raumladungen, negative
Areale am Boden oder positive
Wolkenuntergrenze im Spätstadium
eines Gewitters.
Animationsfilm "Entstehung eines
Gewitters"
Spannungen innerhalb einer
Gewitterwolke: Wolkenblitz und
Erdblitz
Ein Blitz ist ein
Potentialausgleich innerhalb der
Wolke (Wolkenblitz) oder
zwischen dem Erdboden und dem
unteren Teil der Wolke (Erdblitz). Für Blitze
zwischen der Wolke und der Erde
muss der Potentialunterschied
(die Spannung) einige 10
Millionen
Volt betragen. In
Luft kommt es erst zu einer
elektrischen Funkenentladung bei
einer
elektrischen Feldstärke von
ca. 3 Millionen Volt pro Meter
(der so genannten
Durchbruchfeldstärke);
dieser Wert sinkt jedoch stark
mit zunehmender
Luftfeuchtigkeit. Allerdings
wurden solche
Feldstärken in einer
Gewitterwolke noch nie gemessen.
Messungen ergeben nur extrem
selten Feldstärken von über
200.000 V/m, was deutlich unter
dem Wert für den Durchbruch
liegt. Daher wird heute davon
ausgegangen, dass die Luft
zuerst durch
Ionisation leitfähig gemacht
werden muss, damit es zu einer
Blitzentladung kommen kann.
Entstehung eines Blitzkanals
durch Ionisation: Leitblitz,
Fangentladung und Hauptblitz
Einige Forscher, als erster
Wilson im Jahre 1925, gehen
davon aus, dass durch
kosmische Strahlung
angeregte
Elektronen den Anfang einer
Blitzentstehung bilden. Trifft
ein solches Elektron auf ein
Luftmolekül einer Gewitterwolke,
so werden weitere
hochenergetische Elektronen
freigesetzt. Es kommt zu einer
Kettenreaktion, in deren
Folge eine
Elektronenlawine entsteht (Runaway-Breakdown
genannt).
Einer Blitzentladung geht eine
Serie von Vorentladungen
voraus, die gegen die
Erdoberfläche gerichtet sind.
Dabei wird ein Blitzkanal (Leitblitz) geschaffen, d.
h. ein elektrisch leitender
Kanal wird durch
Stoßionisation der
Luftmoleküle durch die
Runaway-Elektronen gebildet. Der
ionisierte Blitzkanal baut sich
stufenweise auf (daher engl. stepped leader), bis er
zwischen Erdoberfläche und Wolke
hergestellt ist. Die
Vorentladungen sind zwar zum
Erdboden hin gerichtet,
variieren aber innerhalb weniger
Meter leicht ihre Richtung und
können sich stellenweise
aufspalten. Dadurch kommen die
Zick-Zack-Form und die
Verästelungen des Blitzes
zustande. Der Leitblitz
emittiert – wie neue Forschungen
zeigen – auch
Röntgenstrahlung mit einer
Energie von 250.000
Elektronenvolt. Forscher
der Universität Florida haben
2004 nachgewiesen, dass die
gemessenen Ausbrüche von
Röntgenstrahlen zusammen mit der
Bildung der einzelnen Stufen des
Leitblitzes auftreten. Dabei
nimmt die Intensität der
Strahlung mit der Anzahl der
Stufen zu, je länger also der
Blitzkanal wird. Während der
Hauptentladungen wurden keine
Röntgenstrahlen gemessen. Noch
ist nicht bekannt, wodurch die
Elektronen im Leitblitz so stark
beschleunigt werden. Der Vorgang
des
Runaway-Breakdown
allein reicht für die gemessene
Strahlung nicht aus.
Kurz bevor die Vorentladungen
den Erdboden erreichen, gehen
vom Boden eine oder mehrere
Fangentladungen aus,
welche bläulich und sehr
lichtschwach sind. Eine
Fangentladung tritt meistens bei
spitzen Gegenständen (wie
Bäumen, Masten oder Kirchtürmen)
aus, welche sich in ihrer Höhe
von der Umgebung abheben. Meist
– aber nicht immer – trifft eine
der Fangentladungen mit den
Vorentladungen zusammen und
bildet einen geschlossenen
Blitzkanal zwischen Wolke und
Erdboden. Der Blitzkanal weist
maximal 12 mm im Durchmesser
auf. Durch diesen Kanal erfolgt
dann die Hauptentladung,
welche sehr hell ist und als
eigentlicher Blitz wahrgenommen
wird. Das Leuchten des Blitzes
wird durch die Bildung von
Plasma verursacht.
Dauer, Stromstärke und Polarität
von Blitzen
Im
Durchschnitt bilden vier bis
fünf Hauptentladungen einen
Blitz. Die Vorentladungen
benötigen zusammengenommen etwa
0,01 Sekunden, die
Hauptentladung dauert nur 30 µs
(0,00003 s). Nach einer
Erholungspause zwischen 0,03 s
und 0,05 s erfolgt eine neue
Entladung. Es wurden schon bis
zu 42 aufeinander folgende
Entladungen beobachtet. Dadurch
kommt das Flackern eines Blitzes
zustande.
Die Stromstärke einer
Hauptentladung beträgt im
Durchschnitt etwa 20.000
Ampere.
Meistens fließt die negative
Ladung von der Wolkenunterseite
zum Boden. Man spricht vom Negativblitz. In seltenen
Fällen wird positive Ladung der
Erdoberfläche zugeführt. Man
spricht dann von einem Positivblitz. Meistens
handelt es sich hierbei um eine
besonders intensive Entladung,
deren Hauptentladung auch
deutlich länger anhält als beim
Negativblitz. Der Positivblitz
besteht in aller Regel auch nur
aus einer Hauptentladung. Die
Stromstärke einer Hauptentladung
bei Positivblitzen wird mit bis
zu 300.000
Ampere angegeben. Sie sind
daher weitaus gefährlicher als
Negativblitze, machen allerdings
nur etwa 5 % aller Erdblitze
aus. Positivblitze entstammen
oft dem oberen, positiv
geladenen Teil der Gewitterwolke
oder dem Wolkenschirm. Sie
können auch aus der Wolke
austreten und durch den
wolkenfreien Raum ihren Weg zu
einem Einschlagsziel am Boden
nehmen. Die Einschlagstelle kann
dabei durchaus einige Kilometer
von der Gewitterzelle entfernt
liegen. Positivblitze treten
auch in den rückwärtigen,
stratiformen Bereichen des
Gewitters sowie in deren
Auflösungsphase auf. Außerdem
haben Wintergewitter, in denen
der Niederschlag in gefrorener
Form fällt, einen hohen
Positivblitzanteil.
Die Anstiegsgeschwindigkeit
eines Blitzstroms beträgt
durchschnittlich 7000 Ampere pro
Mikrosekunde. Demzufolge steigt
auch die Stärke des
dazugehörigen Magnetfelds
entsprechend an. Dadurch ist ein
Blitz in der Lage, selbst in
mehreren Kilometern Entfernung
erhebliche elektrische
Spannungen zu
induzieren.
Anschließend zum Hauptblitz kann
durch den ionisierten Blitzkanal
ein Ladungsausgleich erfolgen,
der 10 bis einige 100 ms anhält.
Dabei fließt ein annähernd
konstanter Strom von 10 bis 1000
A. Dieser Langzeitstrom tritt
häufig nach positiven Blitzen
auf und wird auch als
"Stromschwanz" bezeichnet.
Länge eines Blitzes
Die durchschnittliche Länge
eines Erdblitzes (Negativblitz)
beträgt in mittleren Breiten 1
bis 2 km, in den Tropen aufgrund
der höheren Luftfeuchtigkeit 2
bis 3 km. Positivblitze reichen
nicht selten von den oberen
Regionen der Gewitterwolke bis
zum Erdboden und kommen daher
auf Längen von deutlich über 10
km. Ein Wolkenblitz ist ca. 5
bis 7 Kilometer lang.
Entstehung des Donners
Im
Blitzkanal wird die Luft
schlagartig auf bis zu 30.000 °C
erhitzt. Das den Blitzkanal
schlauchförmig umhüllende
Magnetfeld verhindert dabei die
Ausdehnung der
ionisierten und damit
magnetisch beeinflussbaren
Luftmoleküle. Die Folge ist ein
extrem hoher Druck. Mit dem Ende
des Leitblitzes und damit des
Stroms bricht auch das
Magnetfeld zusammen und die
heiße Luft dehnt sich
explosionsartig aus, wodurch der
Knall des Donners hervorgerufen
wird. Da der
Schall im Gegensatz zum
Licht (ca. 300.000 km/s) nur
eine Geschwindigkeit von 332 m/s
(bei 0 °C) aufweist, kann man
aus der Zeit zwischen dem Blitz
und dem Donner die Entfernung
des Blitzes berechnen (drei
Sekunden entsprechen recht genau
einem Kilometer).
Das Grollen
des
Donners kommt durch
Echo-Effekte, durch
unterschiedliche Distanzen zum
Blitzkanal und durch
Dispersion (Abhängigkeit der
Schallausbreitung von der
Wellenlänge) zustande. Der Blitz
selbst erreicht etwa ein Zehntel
bis ein Drittel der
Lichtgeschwindigkeit, wobei die
für das Auge nicht wahrnehmbare
Vorentladung (Leitblitz) nur mit
einem Tausendstel der
Lichtgeschwindigkeit verläuft,
also mit 300 Kilometer pro
Sekunde. Blitzentladungen
innerhalb der Wolke werden
gewöhnlich von einem länger
anhaltenden und weniger scharf
polternden Geräusch begleitet.
Dies hängt zum einen mit der
gewöhnlich größeren Distanz
zusammen, ist aber vor allem auf
die verschiedene Orientierung
und Struktur von Erdblitz und
Wolkenblitz zurückzuführen.
Spannungskegel
An
der Stelle, wo der Blitz in den
Boden geht (oder aus ihm heraus)
bildet sich ein starkes
Spannungsfeld (hohes Potential),
das von der Stelle des
Einschlags nach außen hin
kreisförmig abnimmt und sich in
das Erdreich kegelförmig spitz
fortsetzt, daher der Name.
Fläche, Tiefe und Potential des
Kegels sind z. B. abhängig von
der Stärke des Blitzes, der
Bodenbeschaffenheit und
Feuchtigkeit. Im Zentrum des
Kegels kann es zu
Gesteinsaufschmelzung kommen. Es
entsteht dann ein
Fulgurit.
Mit „Blitzschlag“ ist nicht nur
der direkte Treffer gemeint,
sondern auch Schädigungen durch
den Spannungskegel. Steht z. B.
ein Blitzopfer mit beiden Beinen
auf dem Boden, befindet sich
jedes Bein auf einem etwas
anderen Potential. Die
Potentialdifferenz im Körper,
die sogenannte
Schrittspannung, führt zu
Schäden an Organen. Diese sind
nicht tödlich, falls die
Differenz gering ist, z. B. wenn
das Opfer im Moment des
Einschlags beide Füße dicht
nebeneinander hat und die
Spannungsdifferenz minimiert
ist. Bei jemandem, der mit Kopf
oder Füßen in Richtung
Einschlagstelle liegt, ist die
Spannungsdifferenz u.U. aber
sehr groß. Dann kann auch ein
Einschlag, der weiter entfernt
ist, zu schweren Schäden führen.
Aus diesem Grund sind
vierbeinige Tiere (Kühe auf der
Weide) besonders gefährdet.
Stärke und Form des
Spannungskegels sind in der
Regel nicht vorhersehbar.
Blitzarten - Blitz ist nicht gleich Blitz!
Wussten Sie, dass es viele verschiedenen
Arten von Blitzen und damit auch
Blitzeinschlägen mit unterschiedlichen
Stärken gibt.
Linienblitz Ein Linienblitz hat keine
Verzweigungen. Er sucht sich
jedoch nicht immer den direkten
Weg zum Erdboden, sondern kann
auch Bögen beschreiben, die aus
einer bestimmten Perspektive als
Knoten und kreisförmige
Verschlingungen gesehen werden
können. Der Linienblitz ist
häufiger zu sehen als andere
Blitze.
Flächenblitz
Ein Flächenblitz zeigt
zahlreiche Verzweigungen vom
Hauptblitzkanal.
Perlschnurblitz
Der Perlschnurblitz ist eine
Blitzart, bei der der Blitz
nicht durch einen
zusammenhängenden Blitzkanal
gekennzeichnet ist, sondern in
einzelne, meistens nur wenige
Meter lange Segmente zerfällt.
Diese einzelnen Segmente
leuchten heller und meistens
auch etwas länger als ein
„normaler“ Linienblitz. Von
weitem betrachtet sehen die
kurzen, leuchtenden Segmente des
Blitzes wie eine Perlenschnur
aus.
Perlschnurblitze sind wie
Kugelblitze sehr seltene
Blitzphänomene. In Laboren ist
es bereits gelungen,
Perlschnurblitze künstlich zu
erzeugen. Dennoch hat man ihre
Bildung noch nicht restlos
verstanden: Als Ursache könnten
Instabilitäten im Plasma des
Blitzkanals in Frage kommen.
Kugelblitz
Die Existenz des
Kugelblitz ist auch heute noch eine
umstrittene Frage, denn es
liegen nur wenige Berichte oder
Bilder dieses Naturphänomens
vor. Kugelblitze können
angeblich durch Mauern und
Ritzen dringen und sich langsam
in Bodennähe bewegen. Es ist
mittlerweile möglich, eine Art
Kugelblitz künstlich zu
erzeugen. Mit Hilfe von
Mikrowellenstrahlung lässt sich
ein Kugelblitz erschaffen, der
sogar durch Keramikplatten
wandern kann. Allerdings
existiert dieser Blitz nur
solange, wie man die Mikrowellen
aufrechterhält.
Wetterleuchten
Unter Wetterleuchten
(mittelhochdeutsch weterleichen zu „weter“
(Wetter) + „leichen“ (tanzen,
hüpfen), nicht verwandt mit leuchten, wie oft
angenommen) wird meistens der
Widerschein von Blitzen
verstanden, wenn man die Blitze
selbst nicht sieht. Es kann bei
einem weit entfernten Gewitter
oder bei Blitzen, die sich
innerhalb von Wolken entladen,
entstehen. Den Donner hört man
wegen der großen Distanzen
meistens nicht oder nur schwach.
Elmsfeuer
Ein
Elmsfeuer
ist eine
Funkenentladung gegen die
umgebende Luft. Technisch
betrachtet ist sie eine
Vorentladung aufgrund großer
Feldstärke. Sie tritt meistens
an hohen Gegenständen wie
Antennenmasten,
Schiffsmasten, Flugzeugen (beim
Fliegen in Gewitternähe oder
einer mit Aschepartikeln
durchtränkten Luftschicht) oder
Gipfelkreuzen auf. Elmsfeuer
können eine Blitzentladung
einleiten. Bergsteiger berichten
oft, dass diese sog.
Spitzenentladung auch am
Pickel auftritt, den man
daher bei
Gewittern nicht in der Hand
tragen soll.
Positiver Blitz
Ein positiver Blitz ist ein
Blitz, bei dem die
Blitzentladung aus dem oberen,
positiv geladenen Teil der Wolke
zum Boden erfolgt. Diese Blitze
sind um einiges stärker als
negative Blitze und können
kilometerweit vom eigentlichen
Gewitter entfernt einschlagen.
Zusätzlich leuchten sie auch
länger als ein negativer Blitz
und können einen weit größeren
Schaden anrichten. Der Donner
ist durch den länger anhaltenden
Potentialausgleich lauter, einem
Knall ähnlich und wird von einem
niederfrequenten Poltern
begleitet.
Elfen und Kobolde
Bei den Elfen (engl.
elves) handelt es sich um
Blitzentladungen, die die Gase
in der
Ionosphäre erleuchten. Sie
treten über großen
Gewitterwolken als rötlicher
Ring in etwa 90 km Höhe auf und
werden vermutlich durch
Wolkenblitze induziert. Kobolde
(engl. Sprites) tauchen
in der
Mesosphäre in einer Höhe von
etwa 70 km ebenfalls über
gewaltigen Gewittern auf. Sie
breiten sich in Millisekunden
nach oben und unten aus,
erscheinen meistens rötlich und
haben unterschiedliche Formen,
von Pilzgebilden bis hin zu
Lattenzäunen. Es gibt
Vermutungen, dass sie der obere
Teil eines positiven Blitzes
sind. Mehr Infos dazu erhalten
Sie unter
Kobold (Wetterphänomen).
Entfernungsabschätzung über das
Zeitintervall zum Donner
Um bei einem Gewitter ohne Messmittel eine
ungefähre Entfernungsangabe zu erhalten,
kann die Zeit zwischen Blitz und Donner
gemessen (gezählt) werden. Dabei wird die
Laufzeit des Lichtes als geringfügig
vernachlässigt. Diese Zeit in Sekunden,
multipliziert mit der
Schallgeschwindigkeit (343 m/s), ergibt
die Entfernung in Metern. Annäherungsweise
kann auch die Zeit in Sekunden geteilt durch
3 für die ungefähre Entfernung in Kilometern
gerechnet werden. Zur Bestimmung des
Donnerzeitpunktes ist dabei stets das erste
wahrnehmbare Schallsignal zu verwenden,
welches vom Blitz auf kürzestem Weg zum
Beobachter gelangt, und somit die Entfernung
zu diesem Abschnitt des Blitzkanals relativ
genau wiedergibt. Je nach Art des Blitzes
ist dieser Blitzkanalabschnitt im
Allgemeinen entweder der am nächsten zum
Beobachter liegende Teil eines Wolkenblitzes,
oder der etwas oberhalb des Bodens liegende
eines Bodenblitzes. Die Schallsignale von
weiter entfernten Abschnitten des
Blitzkanals bilden zusammen mit durch
Reflexionen und Beugungen verzögerten
Bestandteilen das Donnergrollen, welches
wesentlich lauter als das Primärereignis
sein kann.
Blitzstatistik
Weltweit
gibt es zu jedem beliebigen
Zeitpunkt 2000 bis 3000
Gewitter, was auf der gesamten
Erde täglich 10 bis 30 Millionen
Blitze ergibt (andere
Schätzungen gehen nur von 4
Millionen aus). Das sind über
100 Blitze in jeder Sekunde.
Doch nur ca. 10% aller Blitze
schlagen in den Boden ein. Auch
in der kleinen Schweiz blitzt
und kracht es gewaltig. Viel
Hagel und etliche Gewitter haben
im 2012 in der Schweiz auch
überdurchschnittlich viele
Blitzeinschläge beschert. Im
Jahre 2012 sind fast alle
bisherigen Messungen (seit
Einführung der neuen Messart im
2005) in sämtlichen
grösseren Städten wie Zürich,
Genf, Bern und Basel
statistikmässig überschritten
worden. Einzig in Lugano hat es
weniger geblitzt als auch schon.
Mit über 14000 Blitzeinschlägen
im 2009 ist jedoch dieser kleiner
Landesteil im Süden der Schweiz
Rekordhalter.
Es gibt Bereiche
innerhalb von bestimmten
Regionen, in
denen die Blitzhäufigkeit zwei-
bis dreimal höher als in der
Umgebung ist und umgekehrt. Vor
allem aber hängt die
Blitzhäufigkeit sehr stark von
der Jahreszeit ab. Im Juli und
August z.B. kommt es zu vielen
Blitzschlägen und im Januar
hingegen gibt es
fast keine Blitze. Zudem gibt es
in grösseren Städten mehr Blitze, was
vermutlich mit der
Luftverschmutzung und der
Lufttemperatur zusammen hängt.
Die Regel, dass im Gebirge oder
höheren Regionen mehr Blitze
aufträten, hat sich an Messdaten
nicht bestätigt.
Forschungen der NASA (z. B.
LIS) haben ergeben, dass die
weltweit größte Blitzhäufigkeit
im
Kongobecken, speziell im
Lee, d.h. westlich der
Zentralafrikanischen Schwelle,
zu finden ist. Weitere Zentren
sind der Norden
Kolumbiens bis hin zum
Maracaibo-See in
Venezuela, der äußerste
Norden der von den Hochgebirgen
umgebenen Indus-Ebene in
Pakistan, die Straße von
Malakka einschließlich des
südlichen Teils der
Malaiischen Halbinsel,
Paraguay und
Nordargentinien etwa entlang
des
Río Paraná sowie die
Südstaaten der USA (namentlich
Florida) und die vorgelagerten
Karibikinseln.
Während es im
Kongobecken mit geringen
Verschiebungen ganzjährig
blitzt, fällt in den anderen
genannten Gebieten das
Blitzmaximum signifikant mit dem
Sommer der jeweiligen Hemisphäre
oder mit dem Auftreten des
Monsuns zusammen. Der Grund,
dass speziell in diesen Gebieten
so häufig intensive Gewitter
auftreten, ist fast immer
orografischer Natur, d. h.
die vorherrschende Windrichtung
zwingt die Luftmassen zum
Aufsteigen an Gebirgsketten und
das ist der Auslöser für die
Entstehung gewittriger
Niederschläge.
Blitzschäden
Blitze richten in der Schweiz wie auch in
anderen Ländern jährlich Schäden in Höhe von
mehreren Millionen Schweizer
Franken an. Durch einen Blitzeinschlag können
Haus- und Waldbrände entstehen,
zunehmend werden jedoch auch
elektrische Geräte beschädigt.
Zum Schutz werden daher viele
Gebäude mit einem Blitzschutzsystem
Überspannungsableitern
(Grob- und Feinschutz)
ausgestattet. Bei Antennenanlagen gilt
weiterhin die alte Regel, den
Antennenstecker vor einem
Gewitter vom Gerät auszuziehen.
Ein besonderer spektakulärer
Blitzschaden ereignete sich 1970
am
Langwellensender Orlunda in
Schweden. Damals zerstörte
ein Blitzschlag den
Fußpunktisolator des 250
Meter hohen Zentralmasts des
Langwellensenders und brachte
diesen zum Einsturz.
Wirkung auf den Menschen
Während eines Gewitters ist man
im Freien – vor allem auf
erhöhten Standpunkten – der
Gefahr des Blitzschlags
ausgesetzt. Die Wirkung eines
direkten Blitzschlages
entspricht dem eines
Stromunfalls mit den für
Hochspannungsunfälle
typischen Verletzungen wie
Verbrennungen. Dabei können
sich Hautverletzungen in Form
einer
Lichtenberg-Figur ausbilden.
Weiter kann es durch den lauten
Knall, welcher in einiger
Entfernung als Donner
wahrgenommen wird, zu
Gehörschäden wie einem
Hörsturz oder
Tinnitus kommen. Je nach
Situation können weitere
indirekte Wirkungen bestehen,
beispielsweise durch das
Erschrecken oder die
Blendwirkung, welche zu
Folgeunfällen führen können.
Personen, die sich in der Nähe
eines Blitzschlags befunden
haben, haben in der Folgezeit
zum Teil
physiologische oder
psychische Störungen oder
Veränderungen,
die sich sogar dauerhaft in
einer
Persönlichkeitsveränderung
auswirken können.
Tödliche Blitzschläge sind in der Schweiz seltener geworden; die
durchschnittlich drei bis sechs
Todesopfer pro Jahr ließen sich
durch weitere Vorsichtsmaßnahmen
noch weiter reduzieren. Im 19.
Jahrhundert wurden schweizweit noch an die
200
Personen und mehr jährlich vom Blitz
getötet, da wesentlich mehr
Menschen auf freiem Feld
arbeiteten und sich nicht in
geschützte Objekte wie Autos,
Traktoren oder Mähdrescher
zurückziehen konnten.
Verhalten bei Gewittern
Um
nicht vom Blitz getroffen oder
durch einen nahen Einschlag
verletzt zu werden, müssen
Sicherheitsvorkehrungen
getroffen werden, von denen die
wichtigsten hier vorgestellt
werden. Nach der 30/30-Regel
geht man davon aus, dass die
Gefahr, von einem Blitz
getroffen zu werden, hoch ist,
sobald bei Heraufziehen eines
Gewitters zwischen Blitz und
Donner 30 Sekunden liegen bis zu
dem Zeitpunkt, wo 30 Minuten
nach dem letzten Blitz oder
Donner vergangen sind.
Innerhalb dieser Zeit soll ein
sicherer Ort aufgesucht und
nicht wieder verlassen werden.
 |
+
 |
Schutz in Gebäuden oder
Fahrzeugen suchen.
Fahrzeuge mit
geschlossener
Metallkarosserie und
Gebäude mit einem
Blitzschutzsystem oder
aus Stahlbeton wirken
wie ein
Faradayscher Käfig.
Der metallische Käfig
muss allerdings
entsprechend
dimensioniert sein, um
die hohen Impulsströme
ohne mechanische
Verformungen aufnehmen
zu können. Gelegentlich
wird gemeldet, dass vom
Blitz getroffene Autos
Feuer gefangen haben.
Einen guten Schutzraum
stellen außerdem die
Bereiche am Boden unter
Hochspannungsleitungen
dar, welche über
metallische Masten
verfügen und deren
Masten über
Erdseile verbunden
sind. Durch das Erdseil
wird der Blitzstrom auf
mehrere geerdete Masten
verteilt und damit die
Schrittspannung im
Bereich des
Erdungspunktes
reduziert. |
+
|
Gefahr droht weiter durch
indirekte Auswirkungen wie
die Schallwirkung (Knall),
durch die
Blendwirkung und den
Schreck durch die
Überraschung. Dadurch können
Folgeunfälle, wie
beispielsweise Stürze,
ausgelöst werden. |
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Wenn kein Schutz in Gebäuden
oder Fahrzeugen gefunden werden
kann, gelten folgende Regeln: |
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Offenes Gelände, Hügel und
Höhenzüge meiden. |
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Aufenthalt auf oder in
Gewässern und Pools
vermeiden. |
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Wegen der
Schrittspannung Füße
zusammenstellen, in die
Hocke gehen, Arme am Körper
halten, den Kopf einziehen,
eine Vertiefung aufsuchen.
Nicht auf den Boden legen,
sondern den Kontaktbereich
zum Boden minimieren. |
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Von allen größeren Objekten,
auch Personen, mindestens 3m
Abstand halten
(Überschlaggefahr)
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Textquelle (oder
Teile davon):
wikipedia.org
Quelle
Grafik-Blitzstatistik:
NASA/GHRC/NSSTC
Lightning Team, wikipedia.org
Quelle Grafik & Javafilm: "Entstehung eines
Gewitters",
20 Minuten online
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