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Faszinierende BLITZE


Reader´s Digest Deutschland - epaper ⋅ Ausgabe 8/2021 vom 26.07.2021

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Blitze richten auch in modernen Zeiten enorme Zerstörungen an. Sie können Kommunikationsnetze unterbrechen und verursachen immer wieder weiträumige Stromausfälle. Manchmal setzen sie auch empfindliche Elektronik außer Kraft, beispielsweise in Kraftwerken, wo solche Ausfälle zuweilen katastrophale Auswirkungen haben.

Nicht immer bleibt es bei Sachschäden. Obwohl heute deutlich weniger Menschen im Freien arbeiten als noch vor wenigen Jahrzehnten, sterben jedes Jahr weltweit mehrere Tausend Menschen am Blitzschlag. Vom Blitz Getroffene können eine Vielzahl von Verletzungen erleiden. Ist der Strom stark, überbrückt er den Körper und fließt an dessen Oberfläche entlang in die Erde. Er versengt die Kleidung, lässt Metallschmuck schmelzen, reißt Schuhe und Socken von den Füßen.

Der größte Teil des Stroms läuft außen am Körper entlang, der Rest aber durch ihn hindurch. Dieser schwächere Strom ist noch immer ...

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... sehr gefährlich: Er kann zu Herzstillstand oder einer Lähmung des Atemzentrums führen.

Auch durch den Boden fließt direkt nach dem Einschlag ein starker Strom. Stehen Menschen in Schrittstellung in der Nähe, kann sich zwischen ihren Füßen eine Spannung aufbauen, die einen gefährlichen Stromfluss im Körper nach sich zieht – so können durch einen einzigen Blitz mehrere Personen ums Leben kommen.

Der Gefahr vollkommen auszuweichen ist schwer – denn in vielen Regionen der Erde blitzt es oft. Bis zu 100 Lichtfunken durchzucken pro Sekunde die Atmosphäre. Besonders häufig schlagen sie in Zentralafrika ein. Dagegen bleiben manche Inselgruppen und die Polarregionen weitgehend verschont. Über Deutschland leuchten jährlich immerhin noch mehr als eine Million Blitze auf.

Rund drei Viertel dieser Lichterscheinungen erreichen nicht den Boden, sondern entladen sich in den Wolken. Und die Energieausbrüche beschränken sich nicht auf die niederen Atmosphärenschichten: Auch in großer Höhe gibt es Blitze, wie Forscher auf Videoaufnahmen nachweisen konnten.

Einige davon sehen aus wie blaue Lichtfontänen, andere wie rote Riesenbäume. Wieder andere erscheinen als Leuchtringe und erreichen mehr als 500 Kilometer Durchmesser. Manche der gigantischen Ausbrüche können von der Wolkenoberseite bis zu 70 Kilometer hoch in die Atmosphäre emporwachsen.

Experten vermuten, dass der Ursprung dieser Blitzerscheinungen an der Grenze zum All liegt. Dort prallen ständig enorm energiereiche kosmische Partikel auf die Erdatmosphäre, in der sie einen Schauer aus schnellen Elektronen erzeugen. Eine solche Teilchenkaskade könnte schließlich einen Blitzkanal erzeugen und so etwa zu jenen roten Riesenbäumen führen.

GELADENE WOLKEN

Eine Gewitterwolke bildet sich aus schnell aufsteigender, feuchtwarmer Luft. Bei Abkühlung kondensiert der Wasserdampf, es bildet sich eine Quellwolke.

Die frei werdende Energie sorgt für Auftrieb, die Wolke türmt sich hoch auf.

Neben warmen Aufwinden entstehen starke Abwinde , die große Wassertropfen mitnehmen. Stoßen diese mit leichteren Tropfen zusammen, die hochgewirbelt werden, laden sich die schwereren Wassertropfen negativ, die leichteren positiv auf.

Die schweren Tropfen sammeln sich an der Unterseite der Wolke.

Das wiederum führt zu einer positiven Aufladung des Bodens, zwischen Wolke und Erde bauen sich Spannungen auf, die sich in Blitzen entladen.

Wenn Regen und Sturm die Luft abkühlen, steigt keine Warmluft mehr auf, die Gewitterwolke regnet aus und löst sich dabei auf.

ILLUSTRATION: © GETTY IMAGES/ANTHONY SEJOURNE

Doch ganz gleich, in welcher Form Blitze den Himmel erleuchten: Die elektrischen Funken sind keine Eigenart der Erde. Sie zucken auch auf anderen Planeten des Sonnensystems. In der Gashülle des Saturns, wo regelmäßig schwere Stürme wüten, erreichen sie sogar eine 10 000­mal höhere Energie als bei uns.

Doch obwohl wir etwas über derart weit entfernte Erscheinungen wissen – ihre Entstehung auf Erden ist immer noch rätselhaft. Auch nach Jahrhunderten der Forschung ist nicht genau geklärt, wie Blitze entstehen.

Klar ist immerhin: Damit sich eine Gewitte wolke bilden kann, muss eine hinreichende Menge Energie vorhanden sein, wodurch Winde und insbesondere Aufwinde entstehen. Einer gängigen Theorie zufolge werden dann Wassertröpfchen durch die Aufwinde in der Wolke angehoben, und es kommt zu einem Austausch von Elektronen, zu einer sogenannten Ladungstrennung (siehe Kasten oben).

Kurz gesagt: Zwischen den elektrischen Polen – dem Grund und der Unterseite der Wolke – baut sich eine Spannung auf. In der Regel verhindert die Luft den Ladungsaustausch. Doch wenn die Spannung zu stark wird, bricht ihr Widerstand zusammen. Dann werden Elektronen aus den Molekülen der Luft herausgeschlagen: Sie wird elektrisch leitend.

In einer solchen Gasse aus ionisierter Luft bahnt sich negative Ladung aus der Wolke einen Weg nach unten. Dieser zunächst noch nahezu unsichtbare Kanal, der Leitblitz, pflanzt sich in Richtung Erde fort – oft im Zickzack und mit mehreren Verästelungen. Vom Boden, insbesondere von Bäumen, Türmen oder anderen Erhöhungen, züngeln ihm ähnliche Entladungskanäle – die sogenannte Fangentladung – entgegen, mit denen er sich zusammenschließen kann: Deshalb trifft der Blitz solche Objekte besonders häufig.

Sobald zwischen Wolke und Grund eine durchgehende Verbindung hergestellt ist, kommt es zu einer Art Kurzschluss: Durch die nur etwa einen Zentimeter breite, vom Leitblitz geschaffene Bahn – den Blitzkanal – fließt ein starker elektrischer Strom.

um eine Entladung auszulösen. Gut möglich allerdings, so vermuten viele Forscher, dass die bisherigen Messungen schlicht nicht ausreichen. Denn es ist nach wie vor sehr kompliziert, an entsprechende Daten aus dem Inneren einer Gewitterwolke zu gelangen.

Noch ein weiteres Phänomen gab den Blitzforschern lange Rätsel auf. Aufgrund der hohen Energien bei einem Einschlag müsste neben den Leuchterscheinungen im Bereich des sichtbaren Lichtes auch energiereichere Strahlung im Bereich der Röntgenstrahlung auftreten. Und tatsächlich: Im häufig von Gewittern heimgesuchten Florida haben

MIT JEDEM KILOMETER ENTFERNUNG VOM BLITZ TRIFFT DER DONNER DREI SEKUNDEN SPÄTER EIN

Die schlagartig erhitzte Luft strahlt dabei Licht ab. Das Ergebnis ist der grelle Hauptblitz. Zugleich dehnt sie sich explosionsartig aus: So entsteht der Donner. Weil sich der Schall langsamer fortpflanzt als das Licht, kann ein entfernter Beobachter das Grollen jedoch erst nach dem hellen Aufzucken hören. Mit jedem Kilometer Entfernung vom Blitz trifft der Donner etwa drei Sekunden später ein.

Doch selbst diese herkömmliche Theorie der Blitzentstehung ist nicht ohne Makel: Die bislang in Gewitterwolken gemessenen elektrischen Felder sind eigentlich nicht stark genug, Blitzforscher bei Beobachtungen des Himmelsphänomens diese Röntgenstrahlung gemessen.

Der Nachweis gelang den Forschern in Florida an Entladungen, die sie zum Teil selbst ausgelöst hatten. Solche künstlichen Blitze erzeugen die Wissenschaftler auf spektakuläre Weise: Sie lassen bei Gewitter ferngesteuert eine Rakete aufsteigen, die über einen Metalldraht mit ihrem Abschussturm verbunden ist.

In rund 700 Meter Höhe stellt das Geschoss über den Draht eine elektrische Verbindung zwischen Grund und Wolken her – fast so wie der natürliche Leitblitz. Auf diese Weise entlädt sich entlang des vom Draht vorgezeichneten Weges ein Blitz, der dann in den Erdboden einschlägt und aus nächster Nähe von Detektoren erfasst wird.

Wie natürliche Blitze entfalten sie enorme Wirkung: In einer Drittelsekunde setzen sie bis zu zehn Milliarden Joule frei und erhitzen die Luft im etwa einen Zentimeter weiten Inneren des Blitzkanals auf rund 30 000 Grad, fünfmal so heiß wie die Sonnenoberfläche.

Blitze krachten vermutlich schon in die Erde, als es noch keine Lebewesen gab – und vielleicht hätte es diese ohne die elektrischen Entladungen auch nie gegeben. Denn Blitze könnten zur Entstehung jener Moleküle beigetragen haben, aus denen sich erste Organismen entwickelten.

Manche Forscher glauben, dass die Bausteine solcher chemischer Verbindungen erstmals in den Aschewolken von Vulkanen entstanden: Da die Partikel darin elektrisch geladen sind, entladen sich in solchen Wolken häufig Blitze; damals könnten sie die Vulkangase so erhitzt haben, dass sich Bestandteile späterer organischer Moleküle bildeten.

Danach haben Blitzeinschläge womöglich die Evolution vorangetrieben. In Versuchen haben Forscher Bakterien mit künstlichen Blitzen traktiert: Ein solcher Energieschub machte die Hülle der Mikroben durchlässig und half ihnen, genetisches Material aus ihrer Umgebung aufzunehmen – ein enorm wichtiger evolutionärer Schritt.

Auch die Zusammensetzung der Atmosphäre wird von Blitzen beeinflusst. Wegen ihrer Hitze können sie Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle in der Luft aufbrechen – es entstehen Stickoxide, ein wichtiger Pflanzennährstoff. Sollte deren Konzentration durch weltweit steigende Temperaturen zunehmen, könnte sich die Verteilung von Treibhausgasen verändern – und so das Klima.

Klar ist: Blitze haben den Planeten immer begleitet und geprägt. Und sie werden das auch in Zukunft tun.

Der Unterschied zwischen dem richtigen Wort und dem beinahe richtigen ist derselbe Unterschied wie zwischen dem Blitz und dem Glühwürmchen.

MARK TWAIN, US-AMERIKAN. SCHRIFTSTELLER (1835–1910)

Auf einem Berg stehend umfassen wir die Natur wie das Kind, das auf einen Stuhl gestiegen ist, um den Vater desto besser umarmen zu können.

KARL JULIUS WEBER, DT. SCHRIFTSTELLER (1767–1832)