Laut und unberechenbar So entstehen Gewitter

Wer im Sommer oft in den Bergen unterwegs ist, kennt das Bild bestens: Über den Gipfeln bilden sich weisse Quellwolken - oder Cumuluswolken -, so weit das Auge reicht. Diese Schäfchenwolken entstehen, wenn die Sonne Luft in Bodennähe erhitzt und die warme Luft aufsteigt. In der Höhe kühlt die warme Luft jedoch ab, und die in ihr enthaltene Feuchtigkeit kondensiert zu Wassertropfen. Die kühlere Luft und die Wassertropfen sind schwerer als die umliegende Luft, daher sinken sie wieder ab, und es bildet sich eine anhaltende Luftzirkulation: Warme Luft steigt auf, und kalte Luft sinkt ab, nur um dann als warme Luft wieder aufzusteigen. Wenn in bodennahen Schichten viel feuchtwarme Luft vorhanden ist, kann die Wolke mit immer mehr «Futter» versorgt werden. Dadurch intensiviert sich diese Zirkulation (Konvektion genannt), und die Wolke wächst in die Höhe, bis sich eine stattliche Gewitterwolke - oder Cumulonimbuswolke - bildet.

In der Höhe kühlt die warme Luft jedoch ab, und die in ihr enthaltene Feuchtigkeit kondensiert zu Wassertropfen. Die kühlere Luft und die Wassertropfen sind schwerer als die umliegende Luft, daher sinken sie wieder ab, und es bildet sich eine anhaltende Luftzirkulation: Warme Luft steigt auf, und kalte Luft sinkt ab, nur um dann als warme Luft wieder aufzusteigen. Wenn in bodennahen Schichten viel feuchtwarme Luft vorhanden ist, kann die Wolke mit immer mehr «Futter» versorgt werden. Dadurch intensiviert sich diese Zirkulation (Konvektion genannt), und die Wolke wächst in die Höhe, bis sich eine stattliche Gewitterwolke - oder Cumulonimbuswolke - bildet.

In den oberen Schichten der Gewitterwolke, in Höhen von bis zu zwölf Kilometern, gefrieren die Wassertropfen zu Eiskristallen. Auch diese werden von der Zirkulation erfasst und in der Wolke herumgewirbelt, wobei sie häufig aufeinanderprallen. Bei einem Teil der Eiskristalle werden durch diese Zusammenstösse kleine negativ geladene Teilchen (sogenannte Elektronen) weggesprengt, die sich dann an andere Eispartikel anheften.

Durch diesen Ladungsaustausch und die anhaltende Konvektion in der Wolke kommt es zu einer Ladungstrennung: Die positiv geladenen Teilchen sammeln sich im oberen Bereich der Wolke an, die negativ geladenen im unteren Bereich. Da Luft sehr gut isoliert, können die unterschiedlich geladenen Bereiche für eine Weile bestehen und sich dabei immer stärker positiv oder negativ aufladen.

Irgendwann wird die Potenzialdifferenz - also die Differenz zwischen der positiven und der negativen Ladung - zu gross, und es kommt zu einem Kurzschluss: Es blitzt! Am häufigsten passiert dies zwischen den positiven und den negativen Bereichen innerhalb der Wolke. In diesem Fall sprechen wir von Wetterleuchten.

Die negative geladene Basis der Wolke stösst negativ geladene Teilchen im Boden ab, sie entfernen sich dadurch möglichst weit von der Wolke. Dadurch werden vor allem die hohen Punkte in der Landschaft zu positiven Polen, zum Beispiel in Bäumen, Berggipfeln oder Antennen. Wird die Potenzialdifferenz wiederum zu gross, entlädt sie sich durch einen Blitz in diese hohen Punkte.

Der Blitz erhitzt die Luft in seinem Pfad auf bis zu 30 000 °C. Das ist fünfmal so heiss wie die Oberfläche der Sonne! Diese extreme Hitze führt zu einer explosionsartigen Ausdehnung der Luft. Eine Schockwelle entsteht, die die umgebende Luft komprimiert und vibrieren lässt. Aus diesem Grund hören wir zuerst einen lauten Knall, gefolgt von dumpfem Grollen.

Da sich das Licht des Blitzes mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, der Donner jedoch nur mit Schallgeschwindigkeit, können wir die Distanz zum Gewitter mittels der Zeit zwischen Blitz und Donner ermitteln: Pro drei Sekunden ist die Gewitterzelle etwa einen Kilometer entfernt. Die Gefahr von Blitzschlag besteht innerhalb einer Distanz von fünf Kilometern zwischen Gewitterzelle und Standort. Vergehen zwischen Blitz und Donner also weniger als 15 Sekunden, ist es höchste Zeit, sich auf die Socken zu machen.