Blitze
Blitze
Blitze
Blitze innerhalb der Wolken
Blitzeinschlag in einen Baum
Blitzsymbol als Warnung vor Hochspannung

Ein Blitz ist in der Natur eine Funkenentladung bzw. ein kurzzeitiger Lichtbogen zwischen Wolken oder zwischen Wolken und der Erde, in aller Regel während eines Gewitters in Folge einer elektrostatischen Aufladung der wolkenbildenden Wassertröpfchen bzw. der Regentropfen. Er wird dabei vom Donner begleitet und gehört zu den Elektrometeoren. Dabei werden Ladungen (Elektronen oder Gas-Ionen) zwischen Erde und dem Himmel ausgetauscht, d. h. es fließen elektrische Ströme. Blitze können auch, je nach Polarität der elektrostatischen Aufladung, von der Erde ausgehen.

Künstlich im Labor mit Hochspannungsimpulsen erzeugte „Blitze“ dienen deren Studium oder der Überprüfung von Einrichtungen des Stromnetzes hinsichtlich der Wirkung von Blitzeinschlägen.

In der Technik werden oft auch Lichtpulse als „Blitz“ bezeichnet, siehe hierzu u. a. Blitzgerät, Blitzlampe, Fotoblitz und Schaltblitz.

Obwohl Gewitterblitze zu den am längsten studierten Naturphänomenen gehören, sind die der natürlichen Blitzentstehung zugrundeliegenden physikalischen Gesetzmäßigkeiten bis heute noch nicht zweifelsfrei erforscht. Eine Blitzentladung ist dabei deutlich komplizierter als eine reine Funkenentladung.

Inhaltsverzeichnis

Forschung

Benjamin Franklin bewies 1752 die Hypothese, dass bei Gewittern eine elektrische Spannung zwischen Wolken und der Erde besteht, indem er einen Drachen in aufziehende Gewitterwolken aufsteigen ließ und so eine Funkenentladung auslöste. Dies war der Beginn der neuzeitlichen Blitzforschung. Bis heute sind allerdings nicht alle Erscheinungsformen von Blitzen sowie die damit verbundenen Effekte umfassend und unumstritten wissenschaftlich erklärt, insbesondere wie die Ladungsunterschiede entstehen, die zum Blitz führen.

Heutzutage haben sich verschiedene Verfahren zur Untersuchung von Blitzen etabliert, die auch darauf achten, das Risiko für die Forscher möglichst gering zu halten (im Gegensatz zur Methode Franklins). Häufig werden Raketen abgeschossen, die einen metallischen Draht hinter sich herziehen (Blitztriggerung). Der Blitz gelangt durch den Draht zur Messstation, wo er analysiert werden kann. Andere Verfahren stützen sich auf Wetterballons oder Messungen durch Flugzeuge.

Lange Zeit war das Forschungsinteresse an natürlichen Blitzen gering, da man glaubte, sie wie Funkenentladungen behandeln zu können, wie sie ohne Weiteres im Labor erzeugt werden können. Erst seit Ende der 1990er-Jahre hat sich dies geändert, da Ungereimtheiten auftraten, die durch das einfache Modell nicht erklärt werden konnten. Es stellte sich als unmöglich heraus, mit den heutigen Mitteln Blitze zur Energiegewinnung auszunutzen. Einige der jüngsten Forschungsergebnisse in diesem Bereich werden hier vorgestellt:

  • In Österreich läuft auf dem Salzburger Gaisberg ein Blitzforschungsprojekt von ALDIS.
  • In Brasilien untersucht das DLR-Forschungsflugzeug Falcon die Entstehung von Stickoxiden durch Blitze in tropischen Gewittern.
  • Im Jahre 2001 konnte nachgewiesen werden, dass Blitze auch Röntgen- und Gammastrahlung aussenden. Diese Ergebnisse wurden in den folgenden Jahren vielfach bestätigt, besonders durch den Nachweis von Gammastrahlung aus Gewitterzonen durch den NASA-Forschungssatelliten RHESSI.
  • Im Blitzkanal können auch Kernfusionsreaktionen stattfinden, wie durch Messungen einer russischen Forschungsgruppe nahe Moskau festgestellt wurde, wobei der während der Entladung auftretende Neutronenfluss einige Hundertfache des natürlichen Neutronenflusses (ca. 50 pro cm² und Stunde) betragen kann.[1]

Theorien zur Entstehung

Animation einer Blitzentladung

Entstehung Elektrischer Ladung in einer Gewitterwolke

Nach dem heutigen Wissensstand gibt es eine Reihe von Mechanismen in einer Gewitterwolke, die zur Elektrifizierung der Gewitterwolke beitragen. Man unterscheidet dabei zwischen induktiven und nicht-induktiven Aufladungsmechanismen, wobei letztere die weitaus wichtigere Kategorie darstellen.

Grundvoraussetzung für die Entstehung von elektrischer Ladung sind kräftige Aufwinde innerhalb einer nach oben wachsenden Cumuluswolke, die bis zu 150km/h erreichen können. In der Wolke kondensiert zunächst Wasserdampf zu kleinen aber ständig wachsenden Wassertröpfchen. Ist die Cumuluswolke hoch genug, und reicht sie damit in kältere Luftschichten deutlich oberhalb der Nullgradgrenze, gefrieren die Niederschlagspartikel zu Eispartikeln. Durch Resublimation wachsen diese weiter an. Mit der Zeit werden die Graupelteilchen schwer genug, dass sie entgegen der Aufwinde in Richtung Erdboden fallen. In diesem Stadium kollidieren kleinere, noch leichte Eiskristalle mit dem Graupelteilchen und geben dabei Elektronen an die Graupelteilchen ab. Diese nehmen eine negative Ladung an und sinken so geladen weiter in den unteren Teil der Wolke. Die leichten, jetzt positiv geladenen Eiskristalle werden von den Aufwinden weiter nach oben getragen. Dadurch kommt es zu einer Ladungstrennung und es entstehen beachtliche Raumladungen.[2] Die Stärke der Raumladungen ist dabei direkt abhängig vom Eisgehalt der Wolke. Das ist das Ergebnis der Tropical Rainfall Measurement Mission (TRMM), die eine starke Korrelation zwischen der Eismenge in einer Wolke und der Blitzhäufigkeit erkannte. [3]

In Wolkenbereichen mit hohem Graupelanteil werden Luftmassen durch die nach unten fallenden Graupelteilchen mit nach unten gerissen und es entstehen Abwindkanäle in der Gewitterwolke. In ihnen gelangen die negativ geladenen Graupelteilchen zunächst in den unteren Teil der Wolke. Der nun negativ geladene untere Teil der Wolke bewirkt nun durch Influenz, dass sich der unter der Wolke befindliche Erdboden positiv auflädt. So kommt es zu der klassischen Ladungsverteilung in einer Gewitterwolke. Hinzukommt, dass im unteren Teil der Gewitterwolke die Graupelteilchen wieder schmelzen und sich dabei wieder positiv aufladen. Das ist so zu erklären, dass sich beim Anwachsen des Graupelteilchens in der Höhe Lufteinschlusse bilden, die beim späteren Auftauen den Wassertropfen verlassen und dabei an der Oberfläche befindliche negative Ladung mit sich nehmen. Auf diese Weise wird der unter der Wolke ausfallende Niederschlag elektrisch neutral oder - wie man beobachtet hat - sogar positiv geladen, während die negative Ladung im unteren Teil der Wolke verbleibt. [4]

Weitere nicht-induktive Prozesse sekundärer Natur unterstützen diese Ladungsverteilung, wie zum Beispiel die Tatsache, dass sich bereits die durch Resublimation anwachsenden Graupelteilchen positiv aufladen und diese ihre Ladung bei Kollisionen an leichtere Eiskristalle abgeben, bevor oder während sie Richtung Erdboden fallen. Der umgekehrte Effekt, also die negative Aufladung von sublimierendem Eis kommt in den Abwindkanälen zum Tragen. [5]

In der bereits geladenen Gewitterwolke kommen nun noch induktive Ladungstrennungsmechanismen hinzu. Die durch die Anwesenheit der Raumladung dipol-artig vorgeladenen und entsprechend ausgerichteten Niederschlagspartikel können nun in der Luft befindliche Ionen je nach Polarität entweder einfangen oder abstoßen. Entdeckt hat dieses Phänomen der spätere Nobelpreisträger Charles Thomson Rees Wilson im Jahre 1929 und betrifft sowohl gefrorene wie auch flüssige Niederschlagspartikel.

In der Praxis hat man beobachtet, dass die oben dargestellte Ladungsverteilung im Gewitter häufig zutrifft, es aber auch abhängig von der Art des Gewitters (Frontengewitter, Wärmegewitter) und des Reifestadiums starke Abweichungen geben kann, wie zum Beispiel weit in den unteren Teil der Wolke reichende positive Raumladungen, negative Areale am Boden oder positive Wolkenuntergrenze im Spätstadium eines Gewitters.

Spannungen innerhalb einer Gewitterwolke

Ein Blitz ist ein Potenzialausgleich innerhalb der Wolke (Wolkenblitz) oder zwischen dem Erdboden und dem unteren Teil der Wolke (Erdblitz). Für Blitze zwischen der Wolke und der Erde muss der Potentialunterschied (die Spannung) einige 10 Millionen Volt betragen. In Luft kommt es erst zu einer elektrischen Funkenentladung bei einer elektrischen Feldstärke von ca. 3 Millionen Volt pro Meter (der so genannten Durchbruchfeldstärke), dieser Wert sinkt jedoch stark mit zunehmender Luftfeuchtigkeit. Allerdings wurden solche Feldstärken in einer Gewitterwolke noch nie gemessen. Messungen ergeben nur extrem selten Feldstärken von über 200.000 V/m, was deutlich unter dem Wert für den Durchbruch liegt. Daher wird heute davon ausgegangen, dass die Luft zuerst durch Ionisation leitfähig gemacht werden muss, damit es zu einer Blitzentladung kommen kann.

Entstehung eines Blitzkanals durch Ionisation

Einige Forscher, als erster Wilson im Jahre 1925, gehen davon aus, dass durch kosmische Strahlung angeregte Elektronen den Anfang einer Blitzentstehung bilden. Trifft ein solches Elektron auf ein Luftmolekül einer Gewitterwolke, so werden weitere hochenergetische Elektronen freigesetzt. Es kommt zu einer Kettenreaktion, in deren Folge eine Elektronenlawine entsteht (so genannte Runaway-Elektronen, der genaue Mechanismus findet sich im Artikel Runaway-Breakdown).

Einer Blitzentladung geht eine Serie von Vorentladungen voraus, die gegen die Erdoberfläche gerichtet sind. Dabei wird ein Blitzkanal (Leitblitz) geschaffen, d. h. ein elektrisch leitender Kanal wird durch Stoßionisation der Luftmoleküle durch die Runaway-Elektronen gebildet. Der ionisierte Blitzkanal baut sich stufenweise auf, bis er zwischen Erdoberfläche und Wolke hergestellt ist. Die Vorentladungen sind zwar zum Erdboden hin gerichtet, variieren aber innerhalb weniger Meter leicht ihre Richtung und können sich stellenweise aufspalten. Dadurch kommen die Zick-Zack-Form und die Verästelungen des Blitzes zustande. Der Leitblitz emittiert – wie neue Forschungen zeigen – auch Röntgenstrahlung mit einer Energie von 250.000 Elektronenvolt (siehe hierzu die Literaturhinweise). Forscher der Universität Florida haben 2004 nachgewiesen, dass die gemessenen Ausbrüche von Röntgenstrahlen zusammen mit der Bildung der einzelnen Stufen des Leitblitzes auftreten. Dabei nimmt die Intensität der Strahlung mit der Anzahl der Stufen zu, je länger also der Blitzkanal wird. Während der Hauptentladungen wurden keine Röntgenstrahlen gemessen. Noch ist nicht bekannt, wodurch die Elektronen im Leitblitz so stark beschleunigt werden. Der Vorgang des Runaway-Breakdown allein reicht für die gemessene Strahlung nicht aus (siehe dazu auch in den Weblinks).

Kurz bevor die Vorentladungen den Erdboden erreichen, gehen vom Boden eine oder mehrere Fangentladungen aus, welche bläulich und sehr dunkel sind. Diese tritt meistens bei spitzen Gegenständen (wie Bäumen, Masten oder Kirchtürmen) aus, welche sich in ihrer Höhe von der Umgebung abheben. Meist - aber nicht immer - trifft eine der Fangentladungen mit den Vorentladungen zusammen und bildet einen geschlossenen Blitzkanal zwischen Wolke und Erdboden. Der Blitzkanal weist maximal 12 mm im Durchmesser auf. Durch diesen Kanal erfolgt dann die Hauptentladung, welche sehr hell ist und als eigentlicher Blitz wahrgenommen wird. Das Leuchten des Blitzes wird durch die Bildung von Plasma verursacht.

Dauer, Stromstärke und Polarität von Blitzen

Blitz über Algier (Algerien)

Im Durchschnitt bilden vier bis fünf Hauptentladungen einen Blitz. Die Vorentladungen benötigen zusammengenommen etwa 0,01 Sekunden, die Hauptentladung dauert nur 0,0004 s. Nach einer Erholungspause zwischen 0,03 s und 0,05 s erfolgt eine neue Entladung. Es wurden schon bis zu 42 aufeinander folgende Entladungen beobachtet. Dadurch kommt das Flackern eines Blitzes zustande. Die Stromstärke einer Hauptentladung beträgt im Durchschnitt etwa 20.000 Ampere. Dabei fließt die negative Ladung von der Wolkenunterseite zum Boden. Man spricht vom Negativblitz. In seltenen Fällen wird positive Ladung der Erdoberfläche zugeführt. Man spricht dann von einem Positivblitz. Meistens handelt es sich hierbei um eine besonders intensive Entladung, deren Hauptentladung auch deutlich länger anhält als beim Negativblitz. Der Positivblitz besteht in aller Regel auch nur aus einer Hauptentladung. Die Stromstärke einer Hauptentladung bei Positivblitzen wird mit bis zu 300.000 Ampere angegeben. Sie sind daher weitaus gefährlicher als Negativblitze, machen allerdings nur etwa 5% aller Erdblitze aus. Positivblitze entstammen oft dem oberen, positiv geladenen Teil der Gewitterwolke oder dem Wolkenschirm. Sie können auch aus der Wolke austreten und durch den wolkenfreien Raum ihren Weg zu einem Einschlagsziel am Boden nehmen. Die Einschlagstelle kann dabei durchaus einige Kilometer von der Gewitterzelle entfernt liegen. Positivblitze treten auch in den rückwärtigen, stratiformen Bereichen des Gewitters sowie in deren Auflösungsphase auf. Außerdem haben Wintergewitter, in denen der Niederschlag in gefrorener Form fällt einen hohen Positivblitzanteil. [6]

Länge eines Blitzes

Die durchschnittliche Länge eines Erdblitzes (Negativblitz) beträgt in mittleren Breiten 1 bis 2 km, in den Tropen aufgrund der höheren Luftfeuchtigkeit 2 bis 3 km. Positivblitze reichen nicht selten von den oberen Regionen der Gewitterwolke bis zum Erdboden und kommen daher auf Längen von deutlich über 10 km. Ein Wolkenblitz ist ca. 5 bis 7 Kilometer lang. Es wurden aber mittels Blitzradar auch (in Wolken) schon Längen von 140 km bestimmt.

Entstehung des Donners

Hauptartikel: Donner

Um den Blitzkanal wird die Luft schlagartig auf bis zu 30.000 °C erhitzt, was dem Fünffachen der Oberflächentemperatur der Sonne entspricht. Dies führt zu einer explosionsartigen Ausdehnung der Luft, wodurch der Knall des Donners hervorgerufen wird. Da der Schall im Gegensatz zum Licht (ca. 300.000 km/s) nur eine Geschwindigkeit von 332 m/s (bei 0 °C) aufweist, kann man aus der Zeit zwischen dem Blitz und dem Donner die Entfernung des Blitzes berechnen (drei Sekunden entsprechen recht genau einem Kilometer). Das Grollen des Donners kommt durch Echo-Effekte und durch unterschiedliche Distanzen zum Blitzkanal zustande und ist ab einer gewissen Entfernung zum Blitzeinschlag hörbar. Der Blitz selbst erreicht etwa ein Zehntel bis ein Drittel der Lichtgeschwindigkeit, wobei die für das Auge nicht wahrnehmbare Vorentladung (Leitblitz, engl. stepped leader) nur mit einem Tausendstel der Lichtgeschwindigkeit verläuft, also mit 300 Kilometer pro Sekunde. Blitzentladungen innerhalb der Wolke werden gewöhnlich von einem länger anhaltenden und weniger scharf polternden Geräusch begleitet. Dies hängt zum einem mit der gewöhnlich größeren Distanz zusammen, ist aber vor allem auf die verschiedene Orientierung und Struktur von Erdblitz und Wolkenblitz zurückzuführen.

Spannungskegel

An der Stelle, wo der Blitz in den Boden geht (oder aus ihm heraus) bildet sich ein starkes Spannungsfeld (hohes Potential), das von der Stelle des Einschlags nach außen hin kreisförmig abnimmt und sich in das Erdreich kegelförmig spitz fortsetzt, daher der Name. Fläche, Tiefe und Potential des Kegels sind z.B. abhängig von der Stärke des Blitzes, der Bodenbeschaffenheit und Feuchtigkeit. Im Zentrum des Kegels kann es zu Gesteinsschmelze kommen. Es entsteht dann ein Fulgurit.

Mit „Blitzschlag“ ist nicht nur der direkte Treffer gemeint, sondern auch Schädigungen durch den Spannungskegel. Steht z.B. ein Blitzopfer mit beiden Beinen auf dem Boden, befindet sich jedes Bein auf einem etwas anderen Potential. Die Potentialdifferenz im Körper, die sogenannte Schrittspannung, führt zu Schäden an Organen. Das kann überlebt werden, wenn die Differenz gering ist, z.B. wenn das Opfer im Moment des Einschlags beide Füße dicht nebeneinander hat und die Spannungsdifferenz minimiert ist. Bei jemandem, der mit Kopf bzw. Füßen in Richtung Einschlagstelle liegt, ist sie maximiert. Dann führt auch ein Einschlag für denjenigen zu schweren Schäden, der weiter entfernt ist. Stärke und Form des Spannungskegels sind in der Regel nicht vorhersehbar. In einfacher physikalischer Betrachtung nimmt das elektrische Feld (Volt/meter) im Quadrat des Abstandes ab.

Erscheinungsformen

Linienblitz

Ein Linienblitz hat keine Verzweigungen. Er sucht sich jedoch nicht immer den direkten Weg zum Erdboden, sondern kann auch Bögen beschreiben, die aus einer bestimmten Perspektive als Knoten und kreisförmige Verschlingungen gesehen werden können. Der Linienblitz ist häufiger zu sehen als andere Blitze.

Linienblitz in Ferenci, Istrien/Kroatien 2003
Flächenblitz in Norman, Oklahoma 1978

Flächenblitz

Ein Flächenblitz zeigt zahlreiche Verzweigungen vom Hauptblitzkanal.

Perlschnurblitz

Der Perlschnurblitz ist eine Blitzart, bei der der Blitz nicht durch einen zusammenhängenden Blitzkanal gekennzeichnet ist, sondern in einzelne, meistens nur wenige Meter lange Segmente zerfällt. Diese einzelnen Segmente leuchten heller und meistens auch etwas länger als ein „normaler“ Linienblitz. Von weitem betrachtet sehen die kurzen, leuchtenden Segmente des Blitzes wie eine Perlenschnur aus.

Perlschnurblitze sind wie Kugelblitze sehr seltene Blitzphänomene. In Laboren ist es bereits gelungen, Perlschnurblitze künstlich zu erzeugen. Dennoch hat man ihre Bildung noch nicht restlos verstanden: Als Ursache könnten Instabilitäten im Plasma des Blitzkanals in Frage kommen.

Kugelblitz

Hauptartikel: Kugelblitz

Die Existenz des Kugelblitzes ist auch heute noch eine umstrittene Frage, denn es liegen nur wenige Berichte oder Bilder dieses Naturphänomens vor. Kugelblitze können angeblich durch Mauern und Ritzen dringen und sich langsam in Bodennähe bewegen. Es ist mittlerweile möglich, eine Art Kugelblitz künstlich zu erzeugen. Mit Hilfe von Mikrowellenstrahlung lässt sich ein Kugelblitz erschaffen, der sogar durch Keramikplatten wandern kann. Allerdings existiert dieser Blitz nur solange, wie man die Mikrowellen aufrecht erhält. [7].

Wetterleuchten

Wetterleuchten auf Formentera 2004

Unter Wetterleuchten (mittelhochdeutsch weterleichen zu „weter“ (Wetter) + „leichen“ (tanzen, hüpfen), nicht verwandt mit leuchten, wie oft angenommen) wird meistens der Widerschein von Blitzen verstanden, wenn man die Blitze selbst nicht sieht. Es kann bei einem weit entfernten Gewitter oder bei Blitzen, die sich innerhalb von Wolken entladen, entstehen. Den Donner hört man wegen der großen Distanzen meistens nicht oder nur schwach.

Elmsfeuer

Hauptartikel: Elmsfeuer

Ein Elmsfeuer ist eine Funkenentladung gegen die umgebende Luft. Technisch betrachtet ist sie eine Vorentladung aufgrund großer Feldstärke. Sie tritt meistens an hohen Gegenständen wie Antennenmasten, Schiffsmasten, Flugzeugen (beim Fliegen in Gewitternähe oder einer mit Aschepartikeln durchtränkten Luftschicht) oder Gipfelkreuzen auf. Elmsfeuer können eine Blitzentladung einleiten. Bergsteiger berichten oft, dass diese sog. Spitzenentladung auch am Pickel auftritt, den man daher bei Gewittern nicht in der Hand tragen soll.

Positiver Blitz

Ein positiver Blitz ist ein Blitz, bei dem die Blitzentladung aus dem oberen, positiv geladenen Teil der Wolke zum Boden erfolgt. Diese Blitze sind um einiges stärker als negative Blitze und können kilometerweit vom eigentlichen Gewitter entfernt einschlagen. Zusätzlich leuchten sie auch länger als ein negativer Blitz, wodurch sie einen weit größeren Schaden anrichten können. Der Donner ist durch den länger anhaltenden Potenzialausgleich lauter, einem Knall ähnlich und wird von einem niederfrequenten Poltern begleitet.

Elfen und Kobolde

Roter Kobold

Hauptartikel: Kobold (Wetterphänomen)

Bei den Elfen (engl. elves) handelt es sich um Blitzentladungen, die die Gase in der Ionosphäre erleuchten. Sie treten über großen Gewitterwolken als rötlicher Ring in etwa 90 km Höhe auf und werden vermutlich durch Wolkenblitze induziert.

Kobolde (engl. Sprites) tauchen in der Mesosphäre in einer Höhe von etwa 70 km ebenfalls über gewaltigen Gewittern auf. Sie breiten sich in Millisekunden nach oben und unten aus, erscheinen meistens rötlich und haben unterschiedliche Formen, von Pilzgebilden bis hin zu Lattenzäunen. Es gibt Vermutungen, dass sie der obere Teil eines positiven Blitzes sind.

Häufigkeit von Blitzen

globale Verteilung der Blitzhäufigkeit

Weltweit gibt es zu jedem beliebigen Zeitpunkt 2000 bis 3000 Gewitter, was auf der gesamten Erde täglich 10 bis 30 Millionen Blitze ergibt (andere Schätzungen gehen nur von 4 Millionen aus). Das sind über 100 Blitze in jeder Sekunde. Doch nur 10 % aller Blitze schlagen in den Boden ein. Am Ort des Einschlags können sie Temperaturen von mehreren 1000 °C erzeugen.

In der Bundesrepublik Deutschland gab es 2003 über 2 Millionen Blitze. In Österreich schwankt die seit 1992 registrierte Zahl zwischen 100.000 und 222.000, davon allerdings 70 % in der südöstlichen Landeshälfte und nur 10 % im alpinen Tirol. Die bisherige Regel, dass im Gebirge mehr Blitze auftreten, dürfte also nicht überall gelten.

Die allgemeine Blitzhäufigkeit in Deutschland liegt zwischen 0,5 und zehn Einschlägen pro Quadratkilometer und Jahr. Der Schnitt Bayerns liegt bei weniger als einem Blitz pro km² jährlich, in Österreich und Norditalien bei 1–2, in Slowenien bei 3. Fast überall gibt es kleinere Bereiche, in denen die Blitzhäufigkeit zwei- bis dreimal höher als in der Umgebung ist und umgekehrt. Vor allem aber hängt die Blitzhäufigkeit sehr stark von der Jahreszeit ab. Im Juli und August kommt es zu vielen Blitzschlägen, im Januar gibt es fast keine. Zudem gibt es in Großstädten mehr Blitze, was vermutlich mit der Luftverschmutzung und der Lufttemperatur zusammen hängt.

Am häufigsten blitzt es in Deutschland im Schwarzwald, dicht gefolgt von der Rhein-Main-Gegend und dem Rhein-Neckar-Dreieck, in Österreich und Italien an den Südlichen Kalkalpen.. Forschungen der NASA (z.B. LIS, Lightning Imaging Sensor) haben ergeben, dass die weltweit größte Blitzhäufigkeit im Kongobecken, speziell im Lee, d.h. westlich der Zentralafrikanischen Schwelle zu finden ist. Weitere Zentren sind der Norden Kolumbiens bis hin zum Maracaibo-See in Venezuela, der äußerste Norden der von den Hochgebirgen umgebenen Indus-Ebene in Pakistan, die Straße von Malakka einschließlich dem südlichen Teil der Malaiischen Halbinsel, Paraguay und Nordargentinien etwa entlang des Río Paraná sowie die Südstaaten der USA (namentlich Florida) und die vorgelagerten Karibikinseln.

Während es im Kongobecken mit geringen Verschiebungen ganzjährig blitzt, fällt in den anderen genannten Gebieten das Blitzmaximum signifikant mit dem Sommer der jeweiligen Hemisphäre bzw. mit dem Auftreten des Monsuns zusammen. Der Grund, dass speziell in diesen Gebieten so häufig intensive Gewitter auftreten, ist fast immer orografischer Natur, d.h. die vorherrschende Windrichtung zwingt die Luftmassen zum Aufsteigen an Gebirgsketten und das ist der Auslöser für die Entstehung gewittriger Niederschläge.

Die Gewitterhäufigkeit in einem Gebiet wird in der Meteorologie als keraunischer Pegel angegeben.

Ortung

Blitze rufen starke elektromagnetische Störungen im Funkverkehr hervor. Auf unbenutzen Radiofrequenzen der Lang- und Mittelwelle machen sich Blitze durch deutliches Knacken oder Kratzen bemerkbar. Dieses Phänomen wird zur automatischen Ortung von Blitzeinschlägen genutzt. Die Ergebnisse sind auf diversen Internetseiten als Blitzkarten erhältlich. Gegen Versicherungsbetrug nutzen Versicherungen Meldesysteme (zum Beispiel BLIDS von der Siemens AG oder vom österreichischen System ALDIS, das bis Mitteldeutschland reicht), die Blitzeinschläge mit einer Genauigkeit von ca. 300 Metern orten können sollen. Ob die Verwendung der Daten durch Versicherungen zum Ausschluss eines Blitzeinschlags jedoch berechtigt ist, ist fraglich, da das diesen Systemen zugrunde liegende LPATS (Lightning Positioning And Tracking System) nach Herstellerangaben nur eine Ortungswahrscheinlichkeit von 95 % aufweist. Inwieweit dieser Prozentsatz in bergigen Regionen noch eingehalten werden kann, ist unklar. Ein registriertes Blitzereignis geht jedoch auch auf einen Blitz zurück – ob jedoch ein „behaupteter“ Blitz, der lediglich nicht registriert wurde, auch wirklich nicht da war, kann das System nicht dokumentieren.

Weiterhin kann auch die räumliche Ausdehnung und Auswirkung eines Blitzes über das System nur ungenau erfasst werden. Die angegebene Ortungsgenauigkeit bezieht sich auf den elektromagnetischen Impuls, die Position wird über die unterschiedlichen Signallaufzeiten zu den Empfangsstationen ermittelt. Bei einer angenommenen auf die Erdoberfläche projizierten Blitzausdehnung von 1 km würde sich eine Unschärferegion von 500 Metern ergeben.

Vom Boden startende Fangentladungen, die selbst nicht zum Hauptblitzkanal werden, können von den Systemen aufgrund ihrer geringen Intensität oft nicht erfasst werden. Diese schwachen Entladungen können aber bei geringer elektromagnetischer Verträglichkeit elektronischer Einrichtungen ebenfalls Schäden an diesen hervorrufen.

Entfernungsmessung

Um bei einem Gewitter ohne Messmittel eine ungefähre Entfernungsangabe zu erhalten, kann die Zeit zwischen Blitz und Donner gemessen (gezählt) werden. Dabei wird die Laufzeit des Lichtes als geringfügig vernachlässigt. Diese Zeit in Sekunden, multipliziert mit der Schallgeschwindigkeit (343 m/s bei 20 °C), ergibt die Entfernung in Metern. Annäherungsweise kann auch die Zeit in Sekunden geteilt durch 3 für die ungefähre Entfernung in Kilometern gerechnet werden. Zur Bestimmung des Donnerzeitpunktes ist dabei stets das erste wahrnehmbare Schallsignal zu verwenden, welches vom Blitz auf kürzestem Weg zum Beobachter gelangt, und somit die Entfernung zu diesem Abschnitt des Blitzkanals relativ genau wiedergibt. Je nach Art des Blitzes ist dieser Blitzkanalabschnitt im allgemeinen entweder der am nächsten zum Beobachter liegende Teil eines Wolkenblitzes, oder der etwas oberhalb des Bodens liegende eines Bodenblitzes. Die Schallsignale von weiter entfernten Abschnitten des Blitzkanals bilden zusammen mit durch Reflexionen und Beugungen verzögerten Bestandteilen das Donnergrollen, welches wesentlich lauter als das Primärereignis sein kann, und sich aus offensichtlichen Gründen nicht zur Entfernungsbestimmung eignet.

Blitzstatistik

Deutschland

Jahr Anzahl pro km² stärkster Monat Anzahl Anteil
  2004   1.752.455 4,9 Juli 747.330 43 %
2005 1.927.941 5,4 Juli 869.882 45 %
2006 2.484.791 7,0 Juli   1.029.761 41 %
  2007   2.662.409 7,5 Juni 1.023.778 38 %

Quelle: BLIDS – der BLitz Informations Dienst von Siemens (Flächenmittelwerte und Prozentsätze berechnet)

Österreich

  Burgenland Kärnten Niederösterreich Oberösterreich Salzburg Steiermark Tirol Vorarlberg Wien Gesamt
Jahr Anzahl pro km² Anzahl pro km² Anzahl pro km² Anzahl pro km² Anzahl pro km² Anzahl pro km² Anzahl pro km² Anzahl pro km² Anzahl pro km² Anzahl pro km²
1992 4.071 1,0 13.265 1,4 19.094 1,0 9.304 0,8 12.878 1,8 29.013 1,8 14.771 1,2 2.328 0,9 194 0,5 104.918 1,3
1993 7.979 2,0 31.293 3,3 40.701 2,1 28.291 2,4 22.614 3,2 59.656 3,6 28.155 2,2 3.384 1,3 296 0,7 222.369 2,7
1994 5.233 1,3 27.712 2,9 22.766 1,2 12.395 1,0 15.343 2,1 41.881 2,6 25.715 2,0 3.190 1,2 244 0,6 154.479 1,8
1995 5.560 1,4 24.294 2,5 23.892 1,2 10.467 0,9 12.295 1,7 34.423 2,1 17.992 1,4 2.120 0,8 426 1,0 131.469 1,6
1996 6.014 1,5 14.756 1,5 21.262 1,1 14.153 1,2 11.853 1,7 32.690 2,0 16.665 1,3 1.835 0,7 373 0,9 119.601 1,4
1997 5.164 1,3 23.893 2,5 20.043 1,0 12.299 1,0 10.380 1,5 39.761 2,4 10.793 0,9 962 0,4 241 0,6 123.536 1,5
1998 10.521 2,7 30.567 3,2 28.340 1,5 16.032 1,3 15.110 2,1 55.805 3,4 21.770 1,7 1.349 0,5 664 1,6 180.158 2,1
1999 3.770 1,0 17.771 1,9 20.592 1,1 10.261 0,9 7.786 1,1 28.270 1,7 10.252 0,8 1.224 0,5 256 0,6 100.182 1,2
2000 7.849 2,0 29.079 3,0 34.074 1,8 21.522 1,8 18.993 2,7 54.673 3,3 23.286 1,8 3.745 1,4 707 1,7 193.928 2,3
2001 5.973 1,5 17.263 1,8 24.456 1,3 16.986 1,4 10.055 1,4 29.022 1,8 14.538 1,1 1.897 0,7 368 0,9 120.558 1,4
2002 8.642 2,2 21.588 2,3 39.506 2,1 27.328 2,3 14.148 2,0 41.864 2,6 24.241 1,9 3.874 1,5 613 1,5 181.804 2,2
2003 7.620 1,9 41.241 4,3 32.510 1,7 23.636 2,0 20.555 2,9 53.095 3,2 28.483 2,3 3.419 1,3 1.196 2,9 211.755 2,5
2004 4.834 1,2 17.941 1,9 20.249 1,1 17.600 1,5 9.813 1,4 36.050 2,2 12.596 1,0 2.942 1,1 476 1,1 122.501 1,5
2005 3.996 1,0 18.923 2,0 36.400 1,9 31.584 2,6 12.289 1,7 58.585 3,6 14.318 1,1 1.577 0,6 317 0,8 177.989 2,1
2006 8.305 2,1 43.715 4,6 50.672 2,6 38.662 3,2 28.975 4,1 72.777 4,4 37.073 2,9 3.300 1,3 501 1,2 283.980 3,4
2007 8.143 2,1 33.531 3,5 57.540 3,0 38.414 3,2 26.225 3,7 54.401 3,3 26.024 2,1 2.175 0,8 1142 2,8 247.595 3,0
Durchschnitt 1992–2007 6.912 1,7 27.122 2,8 32.806 1,7 21.929 1,8 16.621 2,3 48.131 2,9 21.778 1,7 2.621 1,0 534 1,3 178.455 2,1

Quelle: österreichische Blitzortungssystem ALDIS (Jahresdurchschnitte und Flächenmittelwerte berechnet)

Schweiz

Jahr Anzahl pro km² stärkster Monat Anzahl Anteil
  2004   357.787 8,7 Juli   145.504 41 %
2005 354.828 8,6 Juni 125.093 35 %
2006 485.929 11,8 Juli 241.769 50 %

Quelle: BLIDS – der Blitz-Informationsdienst von Siemens (Flächenmittelwerte und Prozentsätze berechnet)

Blitzschäden und Schutzmaßnahmen

Blitzschaden an einem Baum
Blitzeinschlag in einen Maibaum, wobei dessen Fundament teilweise weggesprengt wurde und weitere Sekundärschäden entstanden

Blitze richten in Deutschland jährlich Schäden in Höhe von mehreren Millionen Euro an. Durch Blitzeinschlag können Haus- und Waldbrände entstehen, zunehmend werden jedoch elektrische Geräte beschädigt. Zum Schutz werden daher viele Gebäude mit einem Blitzschutzsystem versehen. Von Versicherungsgesellschaften wird der Blitzschutz privater Gebäude jedoch nicht ausdrücklich verlangt.

Schäden entstehen jedoch nicht nur durch direkten Einschlag, sondern auch durch Potentialunterschiede elektrischer Anlagen oder des Bodens, sowie durch elektromagnetische Induktion in längere Kabelstrecken. Überspannungsschutzsteckdosen für elektronische Geräte wie Computer sind daher recht unzureichende Glieder einer Kette von Maßnahmen des Blitzschutzes. Werden sie allein eingesetzt, schützen sie insbesondere dann kaum, wenn an den Geräten weitere Leitungen angeschlossen sind (Telefonleitung, Antennenanlage, Kabelfernsehen). Wirksamer ist, alle Leitungen (Strom, Gas, Wasser, Telefon, Antenne, Kabelfernsehen) bei Gebäudeeintritt auf eine gemeinsame Potentialausgleichsschiene zu führen. Zusätzlich sollten die Strom- und Signalleitungen mit Überspannungsableitern (Grob- und Feinschutz) versehen sein. Bei Antennenanlagen gilt weiterhin die alte Regel, den Antennenstecker vor einem Gewitter vom Gerät abzuziehen.

Ein besonders spektakulärer Blitzschaden ereignete sich 1970 am Langwellensender Orlunda in Schweden. Damals zerstörte ein Blitzschlag den Fußpunktisolator des 250 Meter hohen Zentralmasts des Langwellensenders und brachte diesen somit zum Einsturz.

Wirkung auf Menschen

Während eines Gewitters ist man im Freien – vor allem auf erhöhten Standpunkten – der Gefahr des Blitzschlags ausgesetzt. Am sichersten ist man in einem Haus, insbesondere wenn dieses Stahlbeton oder ein metallenes Rohrleitungsnetz enthält. In Autos ist man in der Regel auch relativ sicher, da diese wie ein Faradayscher Käfig wirken und den Blitz außen ableiten sollen. Je nach Beschaffenheit der Außenhaut des Fahrzeugs (Kunststoff) muss dies jedoch nicht immer zutreffen. Es gibt in der Literatur Hinweise, dass es zu Personenschäden in Fahrzeugen gekommen sein soll. Zu bedenken ist auch, dass es bei fahrenden Autos indirekt durch den Schreck und die Blendwirkung zu Unfällen kommen kann[8].

Personen, die sich in der Nähe eines Blitzschlags befunden haben, haben in der Folgezeit zum Teil erhebliche physiologische oder psychische Störungen oder Veränderungen,[9] die sich sogar dauerhaft in einer Persönlichkeitsveränderung auswirken können[10]. Martin Luther hat am 2. Juli 1505 bei einem entsprechenden Ereignis in Todesangst geschworen, Mönch zu werden.

Tödlicher Blitzschlag ist in Deutschland selten geworden; die durchschnittlich drei bis sieben Todesopfer pro Jahr ließen sich durch weitere Vorsichtsmaßnahmen noch weiter reduzieren. Im 19. Jahrhundert wurden in Deutschland noch an die 300 Personen jährlich vom Blitz getötet, da wesentlich mehr Menschen auf freiem Feld arbeiteten und sich nicht in geschützte Objekte wie Autos, Traktoren oder Mähdrescher zurückziehen konnten.

Verhalten bei Gewittern

Um nicht vom Blitz getroffen oder durch einen nahen Einschlag verletzt zu werden, müssen Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden, von denen die wichtigsten hier vorgestellt werden.

  • Schutz in Gebäuden oder Fahrzeugen suchen. Fahrzeuge mit geschlossener Metallkarosserie und Gebäude mit einem Blitzschutzsystem oder aus Stahlbeton wirken wie ein Faradayscher Käfig und bieten so maximale Sicherheit.

Gelegentlich wird allerdings gemeldet, dass vom Blitz getroffene Autos Feuer gefangen haben [11]. Gefahr droht während der Fahrt auch durch die Blendwirkung sowie durch den Umstand, dass der Blitz von den Felgen auf den Erdboden springen und so die Reifen ansengen kann.

  • Da Badewannen, Duschwannen und Wasserleitungen zwar in der Regel geerdet sind, jedoch oft nicht über eine geeignete Potentialausgleichsleitung verbunden sind, sollte bei Gewitter nicht gebadet oder geduscht werden.

Wenn kein Schutz in Gebäuden oder Fahrzeugen gefunden werden kann, gelten, um nicht direkt vom Blitz getroffen zu werden, folgende Regeln:

  • Offenes Gelände, Hügel und Höhenzüge meiden.
  • Aufenthalt auf oder in Gewässern und Pools vermeiden.
  • Wegen der Schrittspannung Füße zusammenstellen, in die Hocke gehen, Arme am Körper halten, den Kopf einziehen, eine Vertiefung aufsuchen.

Um nicht von Sekundäreffekten betroffen zu sein, sollte man folgendes zusätzlich beachten:

  • Die unmittelbare Nähe von Bäumen, Masten und Türmen meiden. Blitze schlagen besonders häufig in freistehende, hohe Objekte ein. Andererseits kann dies den Blitz auch von bedrohten Personen ablenken. Es empfiehlt sich in solchen Notfällen eine Distanz von 50 bis 100 m zum blitzanziehenden Objekt. Wenn die Grundfläche des Objekts klein ist, ist die elektrische Feldstärke im Boden in unmittelbarer Nähe des Objektes besonders groß und daher auch die mögliche Schrittspannung. Wenn die Leitfähigkeit des Objekts eingeschränkt ist, wie zum Beispiel bei Bäumen, besteht die Gefahr umhergeschleuderter abgesprengter Teile und des Austritts des Blitzes in Bodennähe.
  • Höhleneingänge und enge Mulden meiden, besser tiefer in die Höhle gehen. Der Blitz verteilt sich nach einem Einschlag zunächst nahe der Bodenoberfläche, der er an Höhleneingängen und engen Mulden unter Umständen nicht folgen kann. Dann springt ein Sekundärblitz über, von dem Schutzsuchende getroffen werden können.
  • Nicht hinlegen, sondern den Kontaktbereich zum Boden minimieren. Mit zusammengestellten Füßen in der Hocke verharren und sich nicht mit den Händen abstützen. Gummisohlen und isolierende Materialien als Standfläche sind vorteilhaft. Gegen einen direkten Blitzschlag können sie aber auch dann nicht schützen, wenn sie mehrere Zentimeter dick sind.

Die Sicherheit hängt vom vorausschauenden Verhalten ab: Nachdem das Gewitter bemerkt wurde, sollte man abhängig von Entfernung und Geschwindigkeit den sichersten erreichbaren Zufluchtsort aufsuchen. Anhand der Zeitdifferenz zwischen Blitz und Donner lässt sich der Abstand des Gewitters berechnen (siehe oben Entfernungsmessung). Durch Wiederholung der Berechnung lässt sich die Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit des Gewitters abschätzen. Unter 3 Sekunden Abstand zwischen Blitz und Donner, also unter ca. 1 km Entfernung, ist jederzeit die Möglichkeit eines Einschlags in der Nähe gegeben.

Vermutlich teilweise falsch überliefert ist ein altes deutsches Sprichwort:

Vor den Eichen sollst du weichen
Und die Weiden sollst du meiden.
Zu den Fichten flieh mitnichten,
Linden sollst du finden,
Doch die Buchen musst du suchen!

Früher wurden niedrige Gewächse (Büsche) im Deutschen als „Bucken“ bezeichnet. Man soll sich also wohl eher ins Gebüsch schlagen, als sich neben eine Buche zu stellen. Die Blitzhäufigkeit und dessen Auswirkung ist jedoch durchaus von Baumart zu Baumart verschieden, so verläuft der Blitzkanal in Eichen z. B. unter der Rinde, ohne den Baum vollständig zu zerstören, wohingegen Birken oft komplett zerlegt werden. Mit Sicherheit haben auch die Form des Wurzelsystems, die Leitfähigkeit von Gewebe und Boden und die Wuchsform und Höhe der Krone und vor allem der Standort des Baumes Auswirkungen auf Blitzhäufigkeit und Folgen. Wer unter einem Baum steht, ist auch dadurch gefährdet, dass der Blitz im Baum auf den Menschen überspringen kann. Berichte über solche Vorfälle kann man regelmäßig in Lokalzeitungen lesen.

Baurecht und Blitzschutz

Hauptartikel: Blitzschutz


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