Der Blitz

Welche Arten von Blitzen gibt es?

Blitze werden nach mehreren Kriterien unterschieden:

  1. Wolke-Wolke-Blitze und Wolke-Erde-Blitze
  2. Durchschnittlich geht nur ca. 1/3 aller Blitzentladungen zur Erde. Die Mehrzahl der Blitze findet innerhalb der Wolke statt (Intra-Cloud Lightning) oder geht von einer Gewitterwolke zur nächsten (Inter-Cloud Lightning)
  3. Abwärts- und Aufwärts Blitze (zur und von der Erde)
    1. Die sichtbare Blitzentladung (Return Stroke) wird durch einen so genannten Leitblitz (Leader) vorbereitet. Bei fast allen Blitzen startet der Leitblitz in der Wolke und wächst in Ruckstufen von 50 m - 200 m in Richtung Erde vor (Abwärtsblitz). Zu erkennen sind diese Blitze an den nach unten gerichteten Verästelungen.
    2. In Sonderfällen (z. B. hohe Türme auf Bergen) startet der Leitblitz an der Turmspitze und wächst aufwärts in die Gewitterwolke hinein (Aufwärtsblitz) — auf Bildern erkennbar an den nach oben gerichteten Verästelungen.
  4. Positive und negative Blitze
    Von einem positiven Blitz spricht man, wenn positive Ladung aus der Wolke zur Erde abtransportiert wird, was bei ca. 10 % der Blitze der Fall ist. 90 % der Wolke-Erde Blitze transportieren negative Ladung zur Erde ab. Der Anteil an positiven Blitzen ist in der kalten Jahreszeit höher als im Hochsommer. Optisch sind diese beiden Blitztypen nicht zu unterscheiden.
  5. Sprites, Jets, Elves
    Bei diesen erst in den letzten Jahren entdeckten „Blitzen” handelt es sich um verschiedene elektrische Entladungserscheinungen von der Gewitterwolke in Richtung Ionosphäre. Diese Erscheinungen wurden erstmals von der Besatzung eines Space-Shuttle-Fluges beobachtet und dokumentiert. Eine Reihe von Experimenten in den vergangenen Jahren haben gezeigt, dass diese Entladungsformen häufig gemeinsam mit stromstarken positiven Blitzen zur Erde auftreten.

Warum leuchtet der Blitz?

Der Stromfluss im Blitzkanal heizt die Luft auf ca. 30.000 °C auf und führt zur vollständigen Ionisation der Luft. Ähnlich dem Lichtbogen beim Elektroschweißen wird vom Blitzkanal Licht ausgesendet.

Wie entsteht der Donner?

Heiße Luft beansprucht mehr Volumen als kalte Luft. Der Strom im Blitzkanal heizt den Kanal schlagartig auf 30.000 °C auf und es entsteht ein entsprechender Überdruck. Dieser Überdruck baut sich gegenüber dem Umgebungsdruck ab und breitet sich als Druckwelle zylinderförmig in alle Richtungen rund um den Kanal aus. Aufgrund der Schallgeschwindigkeit von 330 m/s dauert es mehrere Sekunden bis die Druckwelle bei einem Beobachter ankommt.

Das lang gezogene Donnergrollen entsteht durch das zeitlich verzögerte Eintreffen der Druckwelle von verschiedenen Teilen des Blitzkanals. Schlägt der Blitz z. B. in einer Entfernung von 1 km vom Beobachter ein, trifft die erste Druckwelle des bodennahen Teiles des Blitzkanals nach ca. 3 Sekunden am Standort ein. Hingegen braucht die Druckwelle, die von einem Kanalsegment in 3 km Höhe ausgeht schon fast 10 Sekunden bis zum Beobachter.

Warum sind Blitze nicht gerade?

Die genauen Gründe für die fallweise sehr bizarren Erscheinungsformen von Blitzen sind noch unklar. Sind manche Blitze nahezu vertikal und geradlinig, zeigen andere Blitze eine Vielzahl von Richtungsänderungen auf ihrem Weg zwischen Wolke und Erde. Der genaue Weg des Leitblitzes von der Wolke zur Erde wird wahrscheinlich durch mehrere Faktoren, wie lokale Raumladungszonen oder Leitfähigkeitsunterschiede in der Luft, beeinflusst.

Wie kann man Blitze orten?

Blitze sind wie eine große Sendeantenne, die einen kurzzeitigen Feldimpuls aussenden. Sichtbar und hörbar ist dies in Form eines kurzen Flimmerns des Fernsehbildes bzw. eines Knackgeräusches im Radioempfang, wenn das Gewitter nur einige 10 km entfernt ist. Durch Richtungspeilung, d. h. Bestimmung des Einfallswinkels und Einschneiden der Richtungsgeraden oder durch Auswertung der Laufzeitdifferenzen können einzelne Blitze heute mit einer Genauigkeit von einigen 100 m geortet werden. Die heute modernsten Ortungssysteme sind in der Lage, den gesamten Blitzkanal einer Entladung in seiner vertikalen und horizontalen Ausdehnung zu rekonstruieren.

Wie viele Blitze gibt es?

Über die weltweite Blitzaktivität gibt es nur grobe Schätzungen, da keine flächendeckenden Messsysteme vorhanden sind. In der Fachliteratur findet man Werte von weltweit durchschnittlich 2.000 Gewittern, die pro Sekunde im Mittel 30 - 100 Blitze zur Erde produzieren. Die meisten Gewitter gibt es in den tropischen und subtropischen Regionen. Auswertungen von Satellitenbeobachtungen der NASA haben gezeigt, dass die Gewitteraktivität praktisch auf die Kontinentalmassen begrenzt ist und vergleichsweise wenig Gewitter über den Ozeanen stattfinden.

Als Maß zur Beschreibung der lokalen Blitzhäufigkeit wird die so genannte Blitzdichte verwendet. Dies ist die durchschnittliche Zahl der Blitzschläge pro Quadratkilometer und Jahr. In Österreich liegt dieser Wert im Bereich von 1 - 6 Blitzen pro km2/Jahr.

Welche Stromstärke haben Blitze?

Blitzströme sind Impulsströme mit Amplituden zwischen 2.000 Ampere (2 kA) und 300.000 Ampere (300 kA). Die Mehrzahl der Blitze hat Amplituden in der Größenordnung von 10 kA bis 30 kA.

Die stromstärksten Blitze sind in der Regel positive Blitze.

Gibt es Blitznester?

Dieser vor allem in älteren Büchern zu findende Begriff der „Blitznester” wurde zur Klassifizierung kleiner Gebiete mit einer außergewöhnlichen Blitzhäufigkeit verwendet. Des öfteren wurde dies auch mit geologischen Strukturen, erhöhter Radioaktivität oder so genannten „Erdstrahlen” in Zusammenhang gebracht. Auf Basis der Daten von modernen Blitzortungssystemen durchgeführte Auswertungen konnten bisher keinen Hinweis auf die Existenz solcher Blitznester liefern.

Wie lange dauert ein Blitz?

Ein Blitz besteht häufig aus einer raschen Abfolge von mehreren Entladungen in ein und demselben Blitzkanal. Bis zu 20 und mehr solcher Folgeblitze können innerhalb von einer Sekunde auftreten. Bei größerer Anzahl der Folgeblitze zeigt der Blitzkanal ein deutliches Flackern, das auch mit freiem Auge erkennbar ist.

Die Stromflussdauer eines einzelnen Impulses liegt bei wenigen 100 Millionstel Sekunden. Die Pause zwischen zwei Folgeblitzen beträgt zwischen einigen Millisekunden und einigen 100 Millisekunden.

Geht der Blitz von der Wolke zur Erde oder umgekehrt?

Im Grunde genommen beides — der mit freiem Auge nicht sichtbare Leitblitz, der die verästelte Struktur des Blitzes vorbereitet, geht bei den am häufigsten auftretenden Abwärtsblitzen von der Wolke zur Erde. Die dem Leitblitz folgende Hauptentladung, die zum hellen Aufleuchten des Blitzkanals und zum Donner führt, läuft von der Erde zur Wolke.

Bei den sehr seltenen Aufwärtsblitzen ist dies genau umgekehrt — der Leitblitz wächst von der Erde in Richtung Wolke und die Hauptentladung von der Wolke zur Erde.

Kann man aus Blitzen Energie gewinnen?

Der Energieinhalt eines Blitzes wird vielfach überschätzt und der Blitz stellt keine praktikable Energiequelle dar. Das enorme Zerstörungspotential eines Blitzes rührt daher, dass beim Einschlag diese Energie in extrem kurzer Zeit (oft weniger als eine Tausendstelsekunde) umgesetzt wird — physikalisch ausgedrückt ist die Leistung in dieser kurzen Zeit sehr groß. Würde man die Energie eines Blitzes langsam und gleichmäßig über einen Zeitraum von mehrere Stunden verbrauchen, wäre die erzielbare Leistung relativ gering.

Bei einem Blitz wird eine Energiemenge von einigen 100 kWh umgesetzt — dies reicht gerade, um eine 100-W-Glühbirne mehrere Monate lang durchgehend zu betreiben. Dabei ist noch zu beachten, dass der Großteil dieser Energie bereits im Blitzkanal in Wärme, Licht und elektromagnetische Wellen umgesetzt wird und damit für eine praktische Nutzung nicht mehr zugänglich ist. Nur ein kleiner Rest, man schätzt ca. 1/100 - 1/1.000 der Gesamtenergie, steht am Einschlagsort selbst noch zur Verfügung.

Selbst wenn die Energiemenge eines Blitzes für eine Nutzung praktikabel wäre, stellt sich noch immer das Problem des Einsammelns dieser Energie. Im Durchschnitt schlagen 1 - 5 Blitze pro km2 und Jahr in Österreich ein. Für den Dauerbetrieb mehrerer Glühlampen müsste das Land mit einer Vielzahl hoher Türme zum „Einfangen” der Blitze überzogen werden.

Gibt es auch Blitze ohne Donner?

Der Donner ist das Resultat des Druckausgleiches zwischen dem rasch erhitzten Blitzkanal — die Erwärmung führt zu einem Überdruck im Kanal — und der umgebenden Luftmasse.

Es gibt vereinzelt Berichte über Blitze, bei denen scheinbar auch in der näheren Umgebung kein bzw. nur ein sehr schwaches Donnergeräusch wahrgenommen wurde.

Die Lautstärke eines Donners hängt auf jeden Fall mit der im Blitzkanal umgesetzten Energie und damit mit der Blitzstromstärke zusammen. Blitze haben Ampliduten von 2 kA bis 300 kA und sind daher schon aus diesem Grund nicht alle gleich laut.

Die Wahrnehmung von scheinbar lautlosen Blitzen könnten das Resultat eines zu großen Abstandes zwischen Beobachter und Blitzkanal sein, oder es wurden besonders stromschwache Blitze beobachtet. Speziell bei den eher seltenen Aufwärtsblitzen, die an sehr hohen Objekten (z. B. Sendemasten) auftreten können, wurden sehr geringe, sich vergleichsweise langsam ändernde Ströme gemessen. Diese Aufwärtsblitze sind daher auch nicht mit dem üblichen lauten Donnerknall verbunden.

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