Seit Jahrtausenden sind sie für viele Menschen beeindruckend und furchterregend zugleich und auch am vergangenen Wochenende sorgten sie für zahlreiche Schlagzeilen: Gewitter. Früher schrieb man Blitz und Donner dem Zorn der Götter zu, heute werden die Gründe für das Naturschauspiel in der Physik gesucht und gefunden: Zunächst einmal muss sich eine Gewitterwolke (Cumulonimbus) bilden, in der starke Aufwinde kleine Eisteilchen nach ganz oben tragen. Wenn diese auf ihrem Weg mit großen, nicht gefrorenen Wassertröpfchen zusammenstoßen, findet eine Ladungstrennung statt: Die schweren Wassertröpfchen sind anschließend negativ geladen, die kleinen Eisteilchen positiv. Dadurch befindet sich in der Gewitterwolke positive Ladung im oberen Teil, während die untere Hälfte negativ geladen ist - ähnlich wie bei einer Batterie (siehe rechts Grafik A unter www.dwd.de/tagesthema).
Da die Natur stets versucht, ein Gleichgewicht herzustellen, muss dieser Ladungsunterschied ausgeglichen werden: Dies geschieht durch Blitze. Es gibt Blitze innerhalb der Wolke und Blitze zwischen Wolke und Boden. Letztere beginnen mit einem sogenannten "Leitblitz", der sich mit starken Verästelungen von Wolke Richtung Erde ausbreitet (Bild B). Nähert sich dieser negativ geladene Leitblitz dem Erdboden, so steigt an den Spitzen von exponierten Objekten (z.B. von Kirchtürmen oder Bäumen) die positive Ladung, bis ein bestimmter Wert überschritten wird. Dann starten von den Spitzen dieser Objekte Fangentladungen, die dem Leitblitz entgegenwachsen (Bild C).
Wo nun der Blitz am Boden einschlägt, hängt von der Fangentladung ab, die als erstes mit dem Leitblitz zusammentrifft. Erst nach diesem Zusammentreffen beginnt die Hauptentladung, die wir optisch wahrnehmen. Diese startet übrigens am Einschlagspunkt und pflanzt sich Richtung Wolke fort, also von unten nach oben, was vielen nicht bewusst ist (Bild D). So wird negative Ladung Richtung Boden geführt und der Ladungsunterschied ausgeglichen.
Und wie entsteht der Donner, der viele Menschen zusammenzucken und erschrecken lässt? Das ist etwas schneller erklärt, als der Blitz: Der Blitz erwärmt die Luft auf bis zu 30.000 °C, wodurch sie sich rasend schnell ausdehnt. Sie überschreitet die Schallgeschwindigkeit und durchbricht mit einem Knall die sogenannte Schallmauer - es donnert! Blitz und Donner finden also quasi zur selben Zeit statt. Das Licht des Blitzes bewegt sich aber rasant mit Lichtgeschwindigkeit (300.000 Kilometer pro Sekunde), während der Klang des Donners sich recht "langsam" mit der Schallgeschwindigkeit (330 Meter pro Sekunde) fortbewegt. Deshalb sieht man den Blitz meist viel eher, als dass man den Donner hört.
Wenn man die Sekunden zwischen Blitz und Donner zählt und diese durch drei teilt, erhält man also eine ungefähre Kilometerangabe, wie weit das Gewitter noch weg ist. Beträgt der Abstand beispielsweise drei Sekunden, ist das Gewitter ca. einen Kilometer entfernt.
Nach einem ruhigen Wochenstart am gestrigen Montag werden heute und in der kommenden Nacht wieder viele Blitze am Himmel zu sehen sein. Und der interessierte Leser kann sich nun nicht nur an dem imposanten Naturschauspiel erfreuen, sondern - sofern nicht vorher bereits bekannt- auch nachvollziehen, welche Prozesse zur selben Zeit in der Atmosphäre ablaufen.
Dipl.-Met. Magdalena Bertelmann
Deutscher Wetterdienst