Wie entstehen Blitz und Donner?


Seit vielen Tagen sind sie ein beständiges, wenn auch sehr
kleinräumiges Wetterelement in Deutschland und halten nicht nur uns
Meteorologen, sondern auch Einsatzkräfte und betroffene Bewohner auf
Trab: Gewitter. Grund also für einen kleinen Physikexkurs zur
Entstehung von Blitz und Donner.


In einer Gewitterwolke (Cumulonimbus) herrschen starke Aufwinde, die
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 Grafik A).
Die durch diese Ladungstrennung verursachten Spannungen innerhalb der
Wolke können dabei 1.000.000.000 Volt betragen!

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.

Die Entstehung des Donners ist etwas schneller erklärt: Der Blitz
erwärmt die Luft auf bis zu 30.000 °C, wodurch sie sich rasend
schnell ausdehnt. So schnell, dass die Schallgeschwindigkeit
überschritten und mit einem Knall die sogenannte Schallmauer
durchbrochen wird- 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.

Auch heute werden im Norden und Nordosten, später auch im Süden
wieder viele Blitze am Himmel zu sehen sein. In der kommenden Nacht
und am Sonntag ziehen dann von Südwesten teils heftige Regengüsse in
die mittleren Landesteile, die ebenfalls von Blitz und Donner
begleitet sein können. Erst am Montag kommt bei Hochdruckeinfluss das
turbulente Wetter zur Ruhe.


Dipl.-Met. Magdalena Bertelmann
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 15.06.2019

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