Wissenswertes über Gewitter

Definitionen: Gewitter und Gewitterwolke - Entstehung von Cumulonimben und ihre Aufladung - Blitzentstehung, Leuchterscheinung, Donner - Einteilung der Blitze - Gewittertypen - Ortung von Blitzen - richtiges Verhalten bei Gewittern und 1. Hilfe bei Blitzschlägen

Definitionen: Gewitter sind meteorologische Erscheinungen, die an das Vorhandensein von Gewitterwolken (Cumulonimbus, pl. Cumulonimben) gebunden sind. Eine typische Gewitterwolke ist "eine massige und dichte Wolke von beträchtlicher vertikaler Ausdehnung in Form eines hohen Berges oder mächtigen Turmes. Zumindest teilweise weist der obere Wolkenabschnitt glatte Formen auf oder ist faserig oder streifig und fast stets abgeflacht. Dieser Teil breitet sich vielfach ambossförmig oder wie ein großer Federbusch aus" (Definition der Gewitterwolke nach dem International Cloud Atlas, World Meteorological Organization 1987, deutsche Ausgabe des Deutschen Wetterdienstes Offenbach am Main, Seite 29).

Entstehung von Cumulonimben, Aufladung der Wolken: Steigt warme und feuchte Luft in kältere Schichten auf, so kondensiert der mitgeführte Wasserdampf und es entsteht eine Haufenwolke (Cumulus) mit den typischen knollenartigen Auswüchsen. Die bei der Kondensation frei werdende Wärme führt zum weiteren Aufsteigen der Luftmassen. Im oberen Bereich der Wolken bildet sich die typische Ambossform;  eine fertige Gewitterwolke von 5 und mehr Kilometern Dicke ist entstanden. In Höhen von 5 bis 6 km, hier liegen die Temperaturen bei -10 bis -15° C, erfolgt der Übergang von Wolkentropfen zu Eiskristallen, aus denen der obere Teil, der Amboss, besteht. Durch komplizierte, der Entstehung von Reibungselektrizität ähnelnde Prozesse laden sich bei den starken Turbulenzen im Wolkeninneren die Tröpfchen und Kristalle elektrisch auf. Kleine und positiv geladene Teilchen werden mit den kräftigen Aufwinden nach oben getragen, größere und negativ geladene sammeln sich an der Wolkenunterseite - eine zweipolige Wolke hat sich ausgebildet: Die Wolkenbasis ist negativ geladen, der Amboss positiv. Zur ersten Blitzentladung kommt es, wenn die Aufladung innerhalb der Wolke eine bestimmte Größe erreicht hat. Der Großteil der Blitze entlädt sich innerhalb der oder zwischen den Wolken.

Unterhalb der negativ geladenen Wolkenbasis wird die Erdoberfläche aufgrund der Influenz positiv aufgeladen, sodass es auch zu Blitzentladungen zwischen Wolken und Erde kommt. Die aufgebaute Spannung beträgt bis über 10 Millionen Volt.

Elektrostatische Aufladung der Haare

Cumulonimbus über Südböhmen am 30. Mai 1999 - 2 verschiedene Beobachtungsstandorte:

Weltraumansicht	erdgebundene Beobachtung

Satellitenbild: © DLR

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Blitzentstehung: Eine einzelne sichtbare Blitzentladung beginnt mit einem Leitblitz (Vorblitz), der von der Wolke aus in mehreren Schritten gegen die Erde gerichtet ist und dabei innerhalb weniger tausendstel Sekunden einen elektrisch leitenden Blitzkanal schafft. Fangentladungen, ausgehend von hohen Gegenständen auf der Erdoberfläche, "wachsen" dem Leitblitz entgegen. Ist schließlich eine durchgehende leitende Verbindung zwischen Leitblitz und Erdboden hergestellt, zündet der erste Hauptblitz, der mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 000 km/s von der Erde zur Wolke fließt. Die Stromstärke beträgt im Mittel 20 000 Ampere. Durch den aufgebauten Blitzkanal folgen meist weitere Hauptblitze, bis das Ladungsgleichgewicht zwischen Wolke und Erdboden etwa ausgeglichen ist. Es ist nicht möglich, die einzelnen Hauptblitze visuell zu trennen, man kann aber doch manchmal ein Flackern des Gesamtblitzes erkennen. Da bei einem Gewitter meist mehrere Blitze auftreten, muss der Cumulonimbus immer wieder die elektrische Aufbauarbeit von neuem leisten. In unseren geographischen Breiten beträgt die durchschnittliche Länge eines Bodenblitzes etwa 1 bis 2 km. Bei etwa 10% der Blitze zündet der Hauptblitz von der Wolke nach unten und seine Verästelung nimmt nach oben hin zu, vergleichbar den Verzweigungen eines Baumes.

Leuchterscheinung und Donner: Die Leuchterscheinung bei der Blitzentladung beruht großteils auf der Lichtabgabe von Sauerstoff- und Stickstoffionen, die bei der hohen Temperatur von 30 000° C im Entladungskanal entstehen. Daneben werden unter anderem auch Radiowellen ausgesendet, die sich als Knistern beim Rundfunkempfang bemerkbar machen.

Die Expansion der im Blitzkanal aufgeheizten Luft ist die Ursache für den Donner. Bis etwa 300 m Entfernung vom Einschlagspunkt nehmen wir einen scharfen Knall wahr, der in größerer Entfernung in ein Rumpeln und Grollen übergeht. Jetzt überlagern sich die Reflexionen des Knalls an Bergen, Wolken und am Erdboden. Dividiert man die Zahl der Sekunden, die der Donner vom Auftreten des Blitzes bis zu seinem Eintreffen beim Beobachter braucht, durch 3, so lässt sich die Entfernung des Blitzschlages in Kilometern angeben. Durchschnittlich kann Donner bis 15 km Entfernung gehört werden. Bei wolkenlosem Himmel lassen sich Gewitterherde noch aus mehreren hundert Kilometern Entfernung durch das Wetterleuchten aufspüren. So konnte vor etlichen Jahren vom Moldaublick im österreichischen Böhmerwald aus das Wetterleuchten eines Gewitters in Norditalien bei Bologna erfasst werden (Lokalisierung des Gewitters durch die ZAMG in Salzburg nach telephonischer Anfrage des Verfassers). Während eines Gewitters treten meist intensive Niederschläge in Form von wolkenbruchartigem Regen, Hagel oder Schneeschauern auf. Große Hagelkörner (Eisklumpen bis Dezimetergröße wurden beobachtet) weisen auf starke Aufwinde innerhalb der Gewitterwolke hin. Im Mittel kann in Mitteleuropa mit 20 bis 30 Gewittertagen pro Jahr gerechnet werden.

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Einteilung der Blitze: Blitze können verschiedenes Aussehen haben:

• Linienblitze gehören zur häufigsten Form der el. Entladungen und sind durch starke Verästelungen gekennzeichnet.
• Der Flächenblitz zeigt sich in Form einer Büschelentladung an der Außenseite der Wolke.
• Zu den selteneren Erscheinungen zählen die Perlschnurblitze, die als eine Reihe von Feuerkugeln beschrieben werden; sie sind längs des Blitzkanals eines Bodenblitzes angeordnet.
• Kugelblitze sollen nach ausgewerteten Beobachtungen nur etwa alle 600 Jahre auf einer Fläche von einem Quadratkilometer zu sehen sein. Rötlich oder gelblich leuchtende Kugeln von 10 bis 20 cm Durchmesser entstehen in der Nähe des Einschlages eines Bodenblitzes und bewegen sich langsam in horizontaler Richtung oder stehen sogar still. Zum Teil explodieren sie mit lautem Knall und richten Schaden an, zum Teil verschwinden sie spurlos. Die überaus seltenen Sichtungen von Kugelblitzen sollen an zentrale Beobachtungssammelstellen gemeldet werden (http://www.meteoros.de/light/kugelf.htm). Der Autor selber beobachtete Anfang der 60er Jahre als Kind in Schlägl eine Kugelblitzerscheinung. In etwa 40 m Entfernung zeigte sich auf einem am Boden liegenden engmaschigen Eisengitter eine rötlich leuchtende Kugel, die schließlich lautlos und spurlos wieder verschwand.

Zu den wichtigsten Gewittertypen zählen

• Luftmassengewitter: Sie entstehen innerhalb einheitlicher Luftmassen und werden durch kräftige Konvektion der warmen und feuchten Luft verursacht. Die Luft wird vor dem Unwetter als schwül und drückend empfunden. Nach dem Gewitter ändert sich die Großwetterlage nicht, da die selbe Luftmasse noch immer über dem Beobachtungsort liegt. Wärmegewitter entladen sich meist in den Nachmittagsstunden.
• Frontgewitter: Eine sich nähernde Kaltfront hebt die warme Luft, wobei es zu Cumulonimbusbildung kommen kann. Die Länge der Gewitterfront kann mehrere 100 km betragen. Ein Kaltfrontgewitter bringt eine Veränderung der Wetterlage mit sich, die Temperaturen sinken. Seltener sind Warmfrontgewitter.

Starke elektrische Entladungen finden auch bei Vulkanausbrüchen und heftigen Sandstürmen statt.

Die Ortung von Blitzen ist mit Hilfe des von den Entladungen erzeugten Blitzfeldes möglich. 8 IMPACT Sensoren des Blitzortungssystems ALDIS (Austrian Lightning Detection & Information System, seit 1992) registrieren in Österreich die Blitzfelder der Entladungen und ermöglichen so bundesweit die Erfassung der Blitzhäufigkeit. Die Reichweite der Sensoren liegt bei 400 km. Da eine Entladung von mehreren Sensoren gleichzeitig erkannt wird, ist eine Ortsgenauigkeit des Blitzes von unter 1 Kilometer möglich.