Blitze

Weltweit blitzt es jede Stunde eine Million Mal. Das himmlische Feuerwerk fasziniert immer wieder von neuem, bedroht aber auch mit Tod und Verderben. Durch die weissglühende Bahn eines einzigen Blitzes jagt genauso viel Energie, wie im selben Moment die halbe Schweiz verbraucht.

«Plötzlich ward's im Zelt blendend helle, Hr. Buchwalder sah den flammenden Wetterstrahl an der Eisenspitze der Zeltstange züngelnd und zischend herumfahren, und augenblicklich hörte er seufzen: ô mon Dieu! Und rücklings sah er sinken das Haupt seines treuen Dieners.» So beschrieb Oberstleutnant Buchwalder im Appenzeller Kalender von 1833 den Blitz, der in ihr Zelt einschlug. Er war mit seinem Diener auf den Säntis gestiegen, um die Gegend zu vermessen, Zeichnungen der Bergspitzen anzufertigen und auch meteorologische Beobachtungen durchzuführen. Er unterschätzte die Gefahr dramatisch, die von einem Gewitter ausging. Ihm war bereits bewusst, dass der Blitz eine elektrische Entladung ist, denn dies hatte der Naturforscher und Erfinder des Blitzableiters Benjamin Franklin bereits 80 Jahre früher festgestellt.

Heute kennt man die Gewalt eines Blitzes: Über eine Spannung von 500 Millionen Volt fliesst ein Strom von 30000 Ampere, das ergibt die Leistung eines mittleren Kernkraftwerkes. Die Temperatur im Blitz erreicht bis zu 30000 °C, das ist das Fünffache der Hitze auf der Sonnenoberfläche. Und schliesslich rast der Blitz mit einem Drittel der Lichtgeschwindigkeit, also mit 100000 km/s über den Himmel. Diese Zahlen sind für den Verstand fast unbegreiflich. Diese freigesetzte Energie bleibt nicht ohne Folgen. Die Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen meldet für 1997 in der Schweiz eine Schadensumme von 12672000 Franken.

Wie sich die Wolke auflädt
Trotz der Fülle neuer Instrumente und Methoden bleiben die genauen Ursprünge und Mechanismen des Spannungsaufbaus von Regenwolken schwer fassbar. Dies liegt darin begründet, dass die Physik der Blitze und Gewitter 15 Grössenordnungen umfasst. Am einen Ende dieser Skala liegen die atomaren Phänomene, welche die Elektrisierung der Wolke einleiten; sie spielen sich in Bereichen von millionstel Millimetern ab. Am anderen Ende findet man die Luftströmung der voll ausgebildeten Cumulonimbus, welche die elektrische Aufladung abschliesst und sich über Dutzende oder Hunderte von Kilometern erstrecken. So gibt es verschiedene Theorien, die die beobachteten Erscheinungen zu erklären versuchen. Doch über einen grundlegenden Punkt sind sich alle Forscher einig.

An der Aufladung einer Gewitterwolke sind zwei Faktoren hauptsächlich beteiligt: Erstens die starken Auf- und Abwinde, die 25 m/s übersteigen können, und zweitens, dass schwere und leichte Eisteilchen gleichzeitig in der Wolke vorhanden sind. In der starken Turbulenz stossen die schweren Eisteilchen, Graupel oder Hagelkörner, mit den leichten Eiskristallen zusammen. Interessant ist dabei, dass sich durch die Zusammenstösse unterhalb einer kritischen Temperaturgrenze die Graupel negativ, bei höheren Temperaturen positiv aufladen (siehe Abb. 1). Der kritische Wert liegt bei etwa &shyp;15 °C. Da die Graupel schneller fallen als die kleinen Eiskristalle, transportieren sie aus höheren Schichten der Wolke, wo die Temperaturen tiefer als &shyp;15 °C liegen, negative Ladung nach unten. Auf der &shyp;15 °C-Höhe ändern sie ihr Transportgut und nehmen positive Ladung mit hinab. Dies ergibt in der Wolke eine zentrale negativ geladene Schicht auf ca. 6 km Höhe (siehe Abb. 2). Oben und unten wird sie von positiv geladenen Schichten begrenzt. Die obere Region positiver Ladung erstreckt sich oft bis zur Tropopause hinauf. An der Wolkenobergrenze dehnt sich eine dünne Schicht negativer Ladung aus. Sie könnte von der kosmischen Strahlung stammen.

Blitz und Donner
Mit jedem Ladungsträger, der in diese Schichten transportiert wird, steigt die Spannung zwischen den verschiedenen Ladungszonen und dem Erdboden. Wird die Spannung zu gross, zündet der Blitz. Ruckartig schiebt sich der Leitblitz, ein Schlauch voller Elektronen, der grössten Ladungsdichte folgend Richtung Erdboden. Wenn er sich der Erde bis auf einige 10 bis 100 m genähert hat, wächst ihm die Fangentladung, ein ähnlicher Ladungsschlauch, entgegen. Unmittelbar nachdem sich die beiden vereint haben, schiesst die Hauptentladung von der Erde zum Himmel, manchmal gefolgt von bis zu 10 Nachentladungen. Wie ein Pulk von Billardkugeln rasen im 10 bis 15 cm dicken Blitzkanal die Elektronen durch die Luftmoleküle hindurch, erhitzen sie und katapultieren deren Elektronen aus ihren Umlaufbahnen. Die schlagartige Ausdehnung durch das Aufheizen erzeugt eine Druckwelle, die wir als Donner hören. Jedes ausgerissene Elektron wird von einem Atomkern wieder auf eine Umlaufbahn zurückgezogen, wobei das Elektron die vorher gewonnene Energie als Lichtteilchen aussendet: Die Luft leuchtet.

Drei Viertel der Blitze zucken innerhalb der Wolke, ein Viertel zwischen Wolke und Erde. 90% der Wolke-Erde-Blitze zünden in der negativ geladenen Schicht. Wird diese vom Wind weggeblasen, können auch aus der oberen, positiv geladenen Region Wolke-Erde-Blitze entstehen. Aber auch von hohen Geländepunkten aus können Blitze zur Wolke jagen. Die Stromerzeugung nimmt mit der Grösse des Gewitters mit der fünften Potenz zu. Bei grossen Gewittern kann es denn auch mehr als hundertmal pro Minute blitzen.

Zerstörungskraft des Blitzes
Blitze sind deshalb so gefährlich, weil sie eine vierfache Zerstörungskraft entfesseln: eine Strom-, Hitze- und Druckwelle sowie die elektromagnetische Fernwirkung. Ein Blitz, der in ein Haus einschlägt und eine Leitung trifft, kann sämtliche elektrischen Geräte durchbrennen lassen. Durch seine Hitze setzt er Häuser in Brand, vor allem wenn sie aus Holz gebaut sind. Hinzu kommt eine enorme Sprengkraft: Bei den hohen Temperaturen dehnen sich die Luft und die Feuchtigkeit schlagartig aus. Ein Baumriese oder ein Turm, dessen Mauerwerk feucht ist, können vom Blitz gefällt werden, als ob in ihnen eine Dynamitladung explodiert wäre. Die Druckwelle, 50 Atmosphären stark, kann Menschen meterweit durch die Luft schleudern. Die elektromagnetische Fernwirkung schliesslich wirkt besonders verheerend auf moderne High-Tech-Apparate. Auch in ein paar hundert Meter Entfernung kann der induzierte Strom Mikrochips zerstören.

Wie man sich schützt
Was also tun, wenn man unterwegs von einem Gewitter überrascht wird? Am sichersten übersteht man Gewitter in Gebäuden oder im Auto. Im Freien gilt es, da Blitze meist in den höchsten Punkt einschlagen, alleinstehende Bäume, Gipfel und Grate zu meiden. Auch sollte man vermeiden, selbst der höchste Punkt in der Umgebung zu sein. Im Wald sind grosse Bäume gefährlicher als kleine, besonders wenn sie am Waldrand stehen. «Vor Eichen sollst du weichen» warnt zu Recht vor hohen alleinstehenden Eichen. Lebensgefährlich kann der zweite Teil der Regel sein, nach der man bei Gewitter «Buchen suchen» soll, denn den Blitzen ist die Baumsorte egal. Der Blitzstrom breitet sich im Boden in alle Richtungen aus und baut Spannungen auf, die erst mit zunehmender Entfernung geringer werden. Um möglichst wenig davon abzubekommen, sollte man sich nicht auf den Boden legen, sondern in die Hocke gehen und die Arme um die Beine schlingen, am besten in einer trockenen Mulde.

Ist ein Mensch vom Blitz getroffen und bewusstlos, kann Mund-zu-Mund-Beatmung ihn vor dem Ersticken retten, denn häufig lähmt der Blitzstrom für einige Zeit das Stammhirn. Weil die Lungen vom Stammhirn gesteuert werden, müssen sie durch die Beatmung unterstützt werden, bis das Stammhirn wieder zu sich gekommen ist.

Martin Gassner

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