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Gewitterblitze: Von Entladungen in den Wolken

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Letztes Update am 22.10.2014, 14:36
Wie Blitze entstehen.

Gewitterblitze entstehen durch elektrische Entladungen innerhalb von Wolken oder zwischen Wolken und Erde. Voraussetzung dafür ist zunächst eine Ladungstrennung von positiver und negativer Ladung durch Verschiebung frei beweglicher Ladungsträger, wie Elektronen oder Ionen.

 

Das daraus resultierende starke elektrische Potenzial strebt einen Ladungsausgleich durch Stromfluss an. Genau dieser Stromfluss wird als Blitz wahrgenommen. Die Vorgänge, die zur Ladungstrennung in Gewitterwolken führen, sind jedoch sehr kompliziert und noch nicht in allen Einzelheiten aufgeklärt.

 

Vorgänge bei der Entstehung von Gewitter

Gewitter entstehen bei Wetterlagen, die zum schnellen Aufsteigen von relativ warmen und feuchten Luftmassen führen, wie bei feuchtwarmem Wetter oder bei Luftmassenwechsel besonders an Kaltfronten, seltener auch an Warmfronten. Dabei kommt es zur Bildung eines speziellen Wolkentyps, dem Cumulonimbus. Das sind hoch aufragende Wolken, die durch einen starken Aufwind erzeugt werden und gleichzeitig diesen Aufwind noch weiter verstärken. Steigt nämlich warme mit Feuchtigkeit gesättigte Luft auf, dehnt sie sich aus und kühlt dabei adiabatisch ab. Der Taupunkt wird unterschritten und ein Teil des Wasserdampfes kondensiert aus. Dabei wird Wärme freigesetzt, die für einen weiteren Auftrieb der Luftmassen innerhalb der Wolke sorgt. Der Vorgang setzt sich so weit fort, bis in großer Höhe Eiskristalle entstehen, die letztendlich so groß werden, dass sie der Aufwind nicht mehr trägt und sie nach unten fallen.

Die Ladungstrennung innerhalb der Wolken

Wassermoleküle können durch Elektronenübertragung sowohl positiv als auch negativ aufgeladen werden. Dabei gibt flüssiges Wasser eher Elektronen ab, während Eiskristalle Elektronen aufnehmen. Beim Fallen der größeren Graupel- oder Hagelkörner gegen den Aufwind kommt es häufig zur Kollision mit Wassertropfen. Die Eiskörner laden sich negativ und die Wassertropfen positiv auf. Somit sammelt sich an der Unterseite der Wolke die negative und an dessen Oberseite die positive Ladung an, was große Spannungsunterschiede innerhalb der Wolke zur Folge hat. Zudem führt die negative Ladung an der Wolkenunterseite durch die sogenannte Influenz zur positiven Aufladung der Erdoberfläche. Das wiederum induziert ein elektrisches Potenzial zwischen Wolke und Erdoberfläche.

Spannung und Ladungsausgleich in den Woken

Durch die beschriebenen Vorgänge entsteht eine hohe elektrische Spannung innerhalb der Wolken und zwischen Wolken und Erdboden. In der Luft müsste eine elektrische Spannung von ca. 3 Millionen Volt/Meter (Durchbruchfeldstärke) herrschen, damit es zur elektrischen Entladung käme. Allerdings wird höchstens eine Spannung von 200.000 Volt/Meter erreicht. Die durch den Einfluss von kosmischer Strahlung und Radioaktivität erzeugte geringfügige Ionisierung der Luft setzt die Durchbruchfeldstärke jedoch stark herab, sodass es bereits bei diesen Spannungen innerhalb der Wolken oder zwischen Wolken und Erdoberfläche zum Ladungsausgleich in Form von Gewitterblitzen kommen kann. Speziell der Blitzkanal zwischen Wolke und Erdboden wird zunächst durch eine Reihe von Vorentladungen (Leitblitz) an der Wolkenunterseite und von Fangentladungen an erhöhten Stellen der Erdoberfläche vorbereitet. Bei der Vereinigung von Leitblitz und Fangentladung entsteht der Hauptblitz, der dann einen sich unter Donnergeräusch ausdehnenden Plasmakanal erzeugt.

 

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