Wie funktioniert eine Blitze

Faszination Blitz. Verschiedene Erscheinungsformen und Charakteristika. Blitze üben trotz ihrer bekannten Gefährlichkeit eine große Faszination auf den Menschen aus, so dass sie oft Gegenstand der Forschung waren und immer noch sind.

In der Sendung „Quarks & Co.“ vom 21.08.2007 wurde zwischen sechs verschiedenen Arten von Blitzen unterschieden. Hierzu ist es zunächst notwendig, die Anatomie einer Gewitterwolke zu verstehen. Aufgrund der Verwirbelung verschiedener Luftmassen, aus denen sich Gewitterzellen entwickeln, bilden sich Eis und Wasser innerhalb einer solchen Wolke. Die entstandenen Eismoleküle sind leichter und positiv geladen, die Wassermoleküle sind schwerer und negativ geladen. In der Regel ist der obere Teil der Wolke positiv geladen, der untere negativ. Der Blitz ist die visualisierte Form des notwendigen Ladungsausgleichs.

Wolkenblitze und Erdblitze

Wolkenblitze treten, wie der Name schon sagt, innerhalb einer Wolke auf; Erdblitze bilden eine Verbindung von der Gewitterwolke zum Boden. Aufgrund der geteilten Spannung innerhalb der Wolke baut sich ein elektrisches Feld zwischen Erdoberfläche und Wolke auf. Wenn dieses stark angewachsen ist (Spannungsunterschied von mindestens 100.000 Volt), kommt es wiederum zu einem Ladungsausgleich – ein Erdblitz entsteht.

Die am häufigsten beobachtbare Form von Erdblitzen ist der sogenannte negative Wolke-Erde-Blitz, d. h. der Blitz springt vom negativ geladenen unteren Teil der Wolke auf den positiv geladenen Erdboden. In verkürzter Form werden diese Blitze „negative Blitze“ genannt.

Selbstverständlich gibt es auch „positive Blitze“, wobei die Spannung in diesem Fall jedoch umgekehrt ist – der Blitz verläuft vom positiv geladenen Teil der Wolke zum negativ geladenen Erdboden. Wissenschaftler haben mittlerweile herausgefunden, dass positive Blitze ein um ein vielfach höheres Potential an Elektrizität, Hitze und Zerstörungskraft aufweisen. Aus diesem Grunde ist meist davon auszugehen, dass Opfer eines Blitzschlages, die diesen überlebt haben, von negativ geladenen Blitzen getroffen wurden.

Bei den Wolkenblitzen gibt es sowohl positive als auch negative Wolke-Wolke-Blitze, d. h. der Blitz verläuft von einem positiven Ladungsgebiet innerhalb der Wolke zu einem negativen bzw. umgekehrt. Welche der beiden Formen häufiger zu beobachten ist, ist bislang nicht abschließend geklärt.

In seltenen Fällen gibt es positive und negative Blitze, die vom Erdboden zur Wolke hinauf verlaufen und nicht, wie sonst üblich, in einer Abwärtsbewegung von der Wolke in die Erde springen.

Wahrnehmung von Blitzen

Bevor die Menschen den Blitz jedoch als solchen wahrnehmen, entsteht durch den Leitblitz (ähnlich dem Vorblitz bei einer Kamera gegen den Rote-Augen-Effekt) ein Blitzkanal, in dem sich die Ladung zwischen Wolke und Erdoberfläche entlädt. Der Blitz bewegt sich in zickzackförmigen Sprüngen zur Erde, daher auch der Name „Zickzackblitz“. Durch den hohen Stromfluss innerhalb des Blitzkanals erhitzt sich ionisiertes Gas, das sich explosionsartig ausdehnt und sozusagen aufglüht. Diesen Moment nehmen wir als den eigentlichen Blitz wahr.

Konsequenz eines Blitzes: der Donner

Durch die Entladung riesiger Energiemengen bei einem Blitz dehnt sich die Luft ebenfalls blitzartig aus aufgrund der mit der hohen Elektrizität verbundenen Wärme. Das daraus resultierende Geräusch hören die Menschen als Donner. Im Umkreis von 300 Metern um die Einschlagstelle ist der Donner als peitschenartiger, kurzer Knall zu hören. Da das Geräusch sich jedoch mit Schallgeschwindigkeit um die Einschlagstelle herum ausbreitet, ist der Donner in größerer Entfernung (bis zu 15 km) meist als länger anhaltendes Grollen zu hören. Dies ist dadurch begründet, dass der Schall ähnlich wie bei einem Echo von Bergen, Häusern, Mauern usw. zurückgeworfen wird.

Neue Blitzformen: Blue Jets und Sprites

Über diese Phänomene wurde bislang noch nicht sehr ausführlich berichtet, da sie erst vor wenigen Jahren in den Fokus der Wissenschaft gelangt sind. Gerade in tropischen und subtropischen Gebieten waren beim Niedergang eines Blitzes weitere Lichtspiele zu beobachten, meist in einer Art roter oder blauer Aura (in etwa vergleichbar mit Polarlichtern oder Elmsfeuer), die sich weit über die höchsten Wolkenbänke erstreckten. Die Wissenschaftler begründen das Phänomen damit, dass zwischen der Erdoberfläche und der oberen Erdatmosphäre (Ionosphäre) eine elektrische Verbindung von ca. 300.000 Volt herrscht. Die Sprites und Blue Jets sind somit nichts anderes als eine vorübergehende Visualisierung des elektrischen Spannungsfeldes zwischen Erdoberfläche und Atmosphäre.

Die maximale Höhe von Blue Jets betrug 40 km, die Sprites reichten immerhin von der 70 bis 80 km entfernten unteren Grenze der Ionosphäre bis in 40 km Höhe hinunter (vgl. Nature, Bd. 416, S. 152). Dies bedeutet, dass sich die Blue Jets in einer Aufwärtsbewegung zu befinden scheinen, während sich die Sprites abwärts bewegen.