Blitze - Ein schönes aber auch gefährliches Naturphänomen

Die wärmere und daher auch leichtere Luft steigt in der Folge auf und kühlt sich dabei ab. Ab einer bestimmten Temperatur kann die Luft die in ihr enthaltene Feuchte nicht mehr halten, sodass der Wasserdampf in der Luft kondensiert. Es bilden sich Quellwolken, die schließlich  unter bestimmten meteorologischen Voraussetzungen zu einem Cumulonimbus (Cb, Gewitterwolke) anwachsen können. In der Gewitterwolke herrschen starke Aufwinde, die verhindern, dass kleinere Regentropfen aus der Wolke nach unten fallen. Erst wenn die Tropfen groß und somit schwer genug sind, können sie den Weg in Richtung Boden antreten.

Durch die Aufwinde und die ungleiche Verteilung von Eis und Wasser in der Wolke sowie weitere Prozesse entstehen Räume mit unterschiedlichen Ladungen. Der obere Teil des Cumulusnimbus ist normalerweise positiv geladen und der untere negativ.

Der Blitz ist dann das Werkzeug um die entstehenden Spannungen von einigen zehn Millionen Volt abzubauen. In 90% der Fälle beginnen sich negative aus dem unteren Teil der Wolke, in Form des sogenannten Leitblitzes, auf die Erdoberfläche zu zubewegen. Dieser Leitblitz bewegt sich dabei etwa mit einer Geschwindigkeit von 1/20 der Lichtgeschwindigkeit und hinterlässt einen dünnen kaum sichtbaren Kanal, der typische Verästelungen aufweist.

Bei Annäherung der negativen Teilchen des Leitblitzes an die Erde erhöht sich die Konzentration positiver Ladungsträger an der Erdoberfläche. Wenn schließlich die lokale Feldstärke (Stärke und Richtung eines elektrischen Feldes) einen kritischen Wert überschreitet, kommen dem Leitblitz vom Erdboden aus positive Ladungen (Fangentladung) entgegen. Diese gehen dabei meist von erhöhten Punkten wie Hausdächern oder Bäumen aus. Treffen nun die unterschiedlichen Ladungen aufeinander, kommt es zum elektrischen Überschlag, bei dem der Blitzkanal geschlossen wird. Nachfolgend bewegen sich die Ladungsträger (positiven und negativ) entlang des Blitzkanals zur Wolke. Der Blitzkanal weist dabei maximal einen Durchmesser von 12 mm auf.

Durch den Stromfluss heizt sich der Kanal sehr stark auf und erreicht Temperaturen von bis zu 3000 Grad. Die sehr schnell und stark erhitzte Luft dehnt sich explosionsartig aus, wodurch eine Schockwelle entsteht, die die Beobachter dann als Donner wahrnehmen. Im Durchschnitt bilden vier bis fünf Hauptentladungen einen Blitz, der etwa 30 µs (0,00003 s) andauert.