Gewitter
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Ein Funke Unwissen bleibt Wie entstehen Blitze?

Galt er einst als Zeichen göttlichen Zorns, so gibt es heute naturwissenschaftliche Antworten auf die Frage, wie Blitze entstehen. Das nehmen wir zumindest an. Aber weit gefehlt: Die Wissenschaft hat auf diese Frage heutzutage immer noch keine eindeutige Antwort. Für jedes Gewitter gilt: Ein Funke Unwissen bleibt.

Gewitter
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Am Horizont braut sich etwas zusammen: Gewitterwolken türmen sich kilometerweit in die Höhe und verdunkeln den Himmel. Damit ein Blitz entsteht, braucht es ein Gewitter. Eigentlich ein alltägliches Wetterphänomen.

Geladen und entsichert

Blitzschlag ist vor allem eine Frage der Ladung. In einer Gewitterwolke schwirren geladene Eiskristalle, Graupelkörner und Wassertropfen umher. Es gibt zwei Theorien darüber, wie daraus ein Blitz entsteht. Eine Theorie zur Blitzentstehung besagt, dass Graupelkörner und Eiskristalle ständig miteinander kollidieren. Dabei übertragen sie ihre positiven und negativen Ladungen. Es bilden sich unterschiedliche Ladungszentren in der Wolke.

Die andere Theorie bezieht sich auf die generelle Ladung der Atmosphäre. Rund um die Erdoberfläche herrscht ein Übergewicht an positiv geladenen Teilchen. Diese werden per Luftbewegung in die Gewitterwolke eingesogen und können dort ebenfalls Ladungszentren bilden. Der Meteorologe David Piper vom Karlsruhe Institut für Technologie (KIT) vermutet, dass beide Theorien miteinander wirken. Generell können Forscher in den oberen Bereichen der Wolke positive und in den unteren Bereichen negative Ladungszentren ausmachen.

Bereitmachen zum Blitzen

Irgendwann sind die Ladungsunterschiede zu groß: Hunderte Millionen Volt in der Wolke entladen sich. Es blitzt. Innerhalb der Wolke, aber auch Richtung Erde. Wissenschaftlich interessant sind vor allem die Blitze Richtung Erde. Denn die Luft zwischen Boden und Wolke kann normalerweise keinen Strom leiten. Der Blitz muss sich seinen Weg erst bahnen. Luftmoleküle unterhalb der Wolke werden Stück für Stück elektrisch aufgeladen und bilden so einen Blitzkanal, durch den der Leitblitz nach unten wandert. So entsteht auch die verästelte Struktur des Blitzes. Auch am Boden tut sich etwas: Die positive Ladung in Bodennähe bewegt sich als Aufwärtsblitz zum Leitblitz hin. Zusammen erst bilden sie das, was wir als Blitz wahrnehmen.

Blitze
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In Dresden hat es im vergangenen Jahr die meisten Blitze in ganz Mitteldeutschland gegeben. Im Süden Sachsen-Anhalts dagegen war eher tote Hose in Sachen Blitze.

Fr 25.08.2017 14:28Uhr 01:49 min

https://www.mdr.de/wissen/umwelt/video-133008.html

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Video

Geheimnisvoller Geburtsort

Kein Blitz ohne Wolke: Doch ihr Geburtsort ist ähnlich geheimnisvoll wie die Blitze selbst - auch die Entstehung von Gewitterwolken ist nicht restlos geklärt. Wie lokale Wetterprozesse und globale Vorgänge in der Atmosphäre miteinander interagieren, ist im Detail noch unklar.

Normalerweise laufen atmosphärische Prozesse in Tagen ab. Gewitter entstehen dagegen innerhalb weniger Stunden.

Matthias Brueck - Klimaforscher am Max-Planck-Institut für Meteorologie
Gewitter
Gewitterwolken lassen kaum Sonnenlicht durch und erscheinen uns deshalb schwarz. Bildrechte: colourbox.com

Fest steht: Gewitterwolken bilden sich, indem feuchte, warme Luft von Bodennähe auf Hindernisse wie ein Gebirge oder eine Front kalter Luft trifft. Die warme Luft steigt schnell in höhere und vor allem kältere Schichten der Atmosphäre. Dabei kondensiert Wasserdampf zu Wassertropfen. So entstehen auch ganz gewöhnliche Wolken. Die Kondensation setzt Energie in Form von Wärme frei, die die Luftpakete weiter steigen lässt. Ab einer gewissen Höhe frieren die Wassertropfen zu Eiskristallen, die sich auf die Wolke auftürmen und ihr die Form eines Ambosses verleihen können. Bei der schnellen Bewegung der Luft von unten nach oben entsteht ein Energiegefälle, das sich mit Regen, Sturm und Blitz entlädt. Die dunkle Färbung von Gewitterwolken hat ihren Grund darin, dass das Sonnenlicht kaum durch die dichten Wolken gelangt – sie erscheinen uns schwarz.

Blackbox Gewitterwolke

Die grundlegenden Vorgänge in Gewitterwolken sind gut erforscht, es fehlt allerdings am Detailwissen. Wie genau sind die Ladungen in der Wolke verteilt? Wo treten Blitze am häufigsten auf? Im vorderen oder hinteren Bereich einer Gewitterwolke? Fragen, die für die Vorhersage von Blitzschlägen relevant sind. Fragen, die noch offen sind.

Man kann sehr gut verschiedene meteorologische Phänomene messen, indem man Messstationen aufbaut. Aber man kann nicht einfach so in eine Gewitterwolke fliegen.

David Piper - Meteorologe am Karlsruhe Institut für Technologie

Im Inneren der Wolke herrschen extreme Wetterzustände: starke Aufwinde unmittelbar neben starken Abwinden. Temperaturgefälle, umherrschwirrende Eis-, Hagel- und Graupelkörner. Es ist äußerst schwer, einfach so in eine Gewitterwolke zu fliegen und präzise Daten zu erhalten. Zwar fliegen immer wieder extra verstärkte, bemannte Flugzeuge in Gewitterwolken. Doch auch sie müssen vorsichtig durch die Wolken fliegen und können gewisse, möglicherweise relevante Zonen nicht anfliegen. Eine Alternative wären unbemannte Drohnen. Doch die seien derzeit zu klein und zu leicht, um die Kräfte in der Wolke auszuhalten, sagt Valeri Goldberg von der Technischen Universität Dresden.

Man hat einfach zu wenig Messdaten über die Verteilung der Ladungen in der Wolke.

Valeri Goldberg - Diplommeteorologe an der Technischen Universität Dresden

Simulation: Wie entsteht ein Wirbelsturm? Über dem Atlantischen Ozean braut sich ein Wirbelsturm zusammen (im oberen Bereich der Abbildung, mittig). Energiereiche, warme Luft (gelb und rot) über dem Atlantik und Westafrika steigt in höhere Lagen, kühlt ab (blau) und bildet einen Wirbelsturm, der sich Richtung Mittelamerika bewegt.
Quelle: Matthias Brueck (MPI-M), Daniel Klocke (DWD)

Bringt der Klimawandel mehr Blitze?

Ein junger Mann blickt in die Kamera
David Piper forscht am KIT an Strömungsmustern in der Atmosphäre und deren Einflüsse auf Gewitter in Europa. Bildrechte: Karlsruhe Institut für Technologie

Laut David Piper vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) sorgt der menschengemachte Klimawandel nicht für eine Zunahme von Blitzschlägen. "Es wird wärmer, die Atmosphäre wird feuchter. Das Potenzial für Gewitter und Blitze ist eigentlich da, wird aber nicht genutzt", sagt Piper. Grund dafür seien Strömungsmuster der Atmosphäre, wie etwa der Jetstream.

Der Klimawandel ändere diese Strömungsmuster und verringere den Mechanismus, der die Luftpakete in höhere Schichten der Atmosphäre trage, erklärt der Wissenschaftler. Wie genau sich globale Luftströmungen auf lokal begrenzte Gewitter auswirken, muss allerdings noch erforscht werden.

Blitzatlas: Wo Zeus wütet

Mehr als 50.000 Blitze haben im Jahr 2016 den Boden Mitteldeutschlands berührt. In welcher Region wie viele Blitze verzeichnet wurden und wo die Blitzdichte am größten war, verrät unser Blitzatlas.

Über dieses Thema berichtet MDR Fernsehen: Lexi TV | 25.08.2017 | 15:00 Uhr

Zuletzt aktualisiert: 30. August 2017, 10:35 Uhr