Wie entstehen Blitz und Donner?

Seit vielen Tagen sind sie ein beständiges, wenn auch sehr kleinräumiges Wetterelement in Deutschland und halten nicht nur uns Meteorologen, sondern auch Einsatzkräfte und betroffene Bewohner auf Trab: Gewitter. Grund also für einen kleinen Physikexkurs zur Entstehung von Blitz und Donner.

In einer Gewitterwolke (Cumulonimbus) herrschen starke Aufwinde, die kleine Eisteilchen nach ganz oben tragen. Wenn diese auf ihrem Weg mit großen, nicht gefrorenen Wassertröpfchen zusammenstoßen, findet eine Ladungstrennung statt: Die schweren Wassertröpfchen sind anschließend negativ geladen, die kleinen Eisteilchen positiv. Dadurch befindet sich in der Gewitterwolke positive Ladung im oberen Teil, während die untere Hälfte negativ geladen ist - ähnlich wie bei einer Batterie (siehe Grafik A). Die durch diese Ladungstrennung verursachten Spannungen innerhalb der Wolke können dabei
1.000.000.000 Volt betragen!
Da die Natur stets versucht, ein Gleichgewicht herzustellen, muss dieser Ladungsunterschied ausgeglichen werden: Dies geschieht durch Blitze. Es gibt Blitze innerhalb der Wolke und Blitze zwischen Wolke und Boden. Letztere beginnen mit einem sogenannten "Leitblitz", der sich mit starken Verästelungen von Wolke Richtung Erde ausbreitet (Bild B). Nähert sich dieser negativ geladene Leitblitz dem Erdboden, so steigt an den Spitzen von exponierten Objekten (z.B. von Kirchtürmen oder Bäumen) die positive Ladung, bis ein bestimmter Wert überschritten wird. Dann starten von den Spitzen dieser Objekte Fangentladungen, die dem Leitblitz entgegenwachsen (Bild C). Wo nun der Blitz am Boden einschlägt, hängt von der Fangentladung ab, die als erstes mit dem Leitblitz zusammentrifft. Erst nach diesem Zusammentreffen beginnt die Hauptentladung, die wir optisch wahrnehmen. Diese startet übrigens am Einschlagspunkt und pflanzt sich Richtung Wolke fort, also von unten nach oben, was vielen nicht bewusst ist (Bild D). So wird negative Ladung Richtung Boden geführt und der Ladungsunterschied ausgeglichen.
Die Entstehung des Donners ist etwas schneller erklärt: Der Blitz erwärmt die Luft auf bis zu 30.000 °C, wodurch sie sich rasend schnell ausdehnt. So schnell, dass die Schallgeschwindigkeit überschritten und mit einem Knall die sogenannte Schallmauer durchbrochen wird- es donnert! Blitz und Donner finden also quasi zur selben Zeit statt. Das Licht des Blitzes bewegt sich aber rasant mit Lichtgeschwindigkeit (300.000 Kilometer pro Sekunde), während der Klang des Donners sich recht "langsam" mit der Schallgeschwindigkeit (330 Meter pro Sekunde) fortbewegt. Deshalb sieht man den Blitz meist viel eher, als dass man den Donner hört.
Wenn man die Sekunden zwischen Blitz und Donner zählt und diese durch drei teilt, erhält man also eine ungefähre Kilometerangabe, wie weit das Gewitter noch weg ist. Beträgt der Abstand beispielsweise drei Sekunden, ist das Gewitter ca. einen Kilometer entfernt. Auch heute werden im Norden und Nordosten, später auch im Süden wieder viele Blitze am Himmel zu sehen sein. In der kommenden Nacht und am Sonntag ziehen dann von Südwesten teils heftige Regengüsse in die mittleren Landesteile, die ebenfalls von Blitz und Donner begleitet sein können. Erst am Montag kommt bei Hochdruckeinfluss das turbulente Wetter zur Ruhe.

Dipl.-Met. Magdalena Bertelmann
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 15.06.2019