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Gewitter

Warum blitzt und donnert es eigentlich? Wie entstehen Gewitter? Wo entstehen sie?

Foto: Albrecht E. Arnold / pixelio.de

Aristoteles vermutete, dass Blitz und Donner eines Gewitters durch den Wind entstehen würden. Der Wind pralle gegen andere Wolken und verursache dann das 'Knallen' des Donners. Heute schmunzeln wir über diese Theorie, aber auch heute haben die Gewitter noch nicht alle ihre Geheimnisse verraten!
Auf der Erde gibt es über das ganze Jahr gesehen immer eine recht konstante Anzahl von Gewittern. Man schätzt, dass es etwa 2000 Gewitter pro Stunde mit 100 Blitzen pro Sekunde sind. Die meisten entstehen in den Tropen. Gewitter spielen eine wichtige Rolle im elektrischen Gleichgewicht unseres Planeten.

Gewitter entstehen nur in bestimmten Wettersituationen. Die Luftschichtung muss bis in große Höhen instabil sein, was bedeutet, dass einzelne Thermikblasen bis in Höhen um 9-10 Kilometern oder gar noch höher gelangen. Um einen Blitz auszulösen, müssen die Temperaturen im Wolkengipfel unter -30 Grad betragen. Somit ist die Mindesthöhe für eine Gewitterwolke bei etwa 7-8 Kilometern zu finden. Natürlich muss auch genügend Feuchtigkeit für den Aufbau der Wolke vorhanden sein.

Foto: Rainer Sturm / pixelio.de

Gewitter entstehen in Deutschland hauptsächlich im Sommer als Wärmegewitter am späten Nachmittag und Abend über Land. Im langjährigen Durchschnitt gibt es die meisten Gewitter im Juli. Die Luft heizt sich stark auf und bildet die Gewitterwolke. Entsprechend können die Bedingungen auch durch die Landschaft gegeben oder begünstigt sein, wenn die Luft durch ein Gebirge oder einen Hang zum Aufsteigen gezwungen wird.

Gewitter - Bild: Vectur-Infografik


Häufiger und im Gegensatz zu den anderen Gewittertypen im Herbst und Winter anzutreffen sind die Frontgewitter. Diese decken häufig große Gebiete von 20-100 Kilometern ab. Noch heftiger sind die Liniengewitter, die nur in der wärmeren Jahreszeit auftreten. Vor einer Wetterfront und parallel zu dieser bauen sich dabei an einer Linie meist sehr heftige Gewitter auf.

Eine Gewitterzelle durchgeht verschiedene Lebenszyklen. In ihrer 'Kindheit' ist sie eine kleine Cumulus-Haufenwolke mit 2-8 Kilometern Durchmesser. Diese Zelle saugt die Warmluft von außen hinein. Der Aufwind in dieser Zelle beträgt bis zu 30 Metern pro Sekunde. Weitere Zellen lagern sich an die erste Cumuluswolke an und wachsen schneller in die Höhe - sie bilden Wolkenstraßen. Dieses Stadium erreichen die Wolken in nur 10-15 Minuten. Dabei werden allerdings Höhen von 5 Kilometern kaum überschritten, Niederschläge fallen aus diesen Wolken noch nicht. Erreicht die Zelle 5-6 Kilometer Höhe, tritt sie von der 'Jugend' in das 'Erwachsenenalter' ein. Nun wächst sie weiter auf 8-10 Kilometer Höhe an und baut einen prächtigen Eisschirm auf. Nun bildet sich Niederschlag, der mit der sich bildenden Kaltluft in der Höhe zum Boden fällt und für starken Regen und Windböen sorgt. Über eine Stunde kann dieses Stadium andauern.

Foto: Joujou / pixelio.de

Lässt der Aufwind durch die fehlende Energiezufuhr nach, fällt die Zelle im Stadium des Alterns in sich zusammen. Es gibt nun kaum noch Böen und der Regen fällt gleichmäßig, bis sich die Wolke schließlich ganz auflöst. Eine typische Gewitterzelle lebt also 1-3 Stunden, bevor sie in sich zusammenfällt und bei entsprechenden Bedingungen durch neue ersetzt wird.

Blitz und Donner entstehen natürlich nicht durch den Wind, sondern durch die besondere Verteilung der elektrischen Ladungen in solch einer Gewitterzelle.
Das elektrische Schönwetterfeld der Erde besteht aus einem zur Erde gerichtete Feld. Die Erde ist als Ganzes negativ und die umgebende Lufthülle positiv geladen. Ständig fließt ein Strom von ca. 1.500 Ampere zur Erde. Würde es keinen Ladungsausgleich geben, würde das luftelektrische Feld innerhalb einer halben Stunde zusammenbrechen. Dieser Prozess, der das Feld aufrecht erhält, sind die zahlreichen Gewitter auf der Erde. In Gewittern fließt entgegengesetzt zum Schönwetterfeld ständig 1 Ampere aus der Wetterschicht vom Erdboden in die Stratosphäre. Da fast konstant auf der Erde 2.000 Gewitter zum gleichen Zeitpunkt stattfinden, reicht dies aus, um das Feld zu erhalten. Die Stromstärke bei einem einzelnen Blitzeinschlag kann 200.000 Ampere erreichen.

Foto: s.kunka / pixelio.de

Für die eigentliche Blitzentladung sorgt aber die Ladungsverteilung innerhalb einer Gewitterwolke. Diese hängt mit den Transporten flüssiger und fester Niederschlagsbestandteile in der Gewitterwolke zusammen. Es kommt bei Temperaturen zwischen -5 und -25 Grad dort zur Ladungstrennung, wo unterkühlte flüssige und feste Niederschlagsteilchen aufeinander treffen.

Werden die Spannungsdifferenzen im Generator Gewitter zu groß, kommt es zu Entladungen oder 'Kurzschlüssen'. Der Blitz baut sich von oben nach unten in Stücken fort. Die einzelnen Stücke überbrücken jeweils 20-50 Meter. Mit einer Gesamtgeschwindigkeit von 105 Metern in der Sekunde kommt er voran. Blitze treten zwischen der Gewitterwolke und der Erde und auch zwischen den Wolken auf. Auch oberhalb einer Gewitterwolke gibt es Entladungen, die in die Stratosphäre reichen. Dies ergaben Aufnahmen aus dem Weltraum und von hochfliegenden Jets. Die Bedeutung dieser Entladungen konnte jedoch noch nicht erklärt werden.

Der Blitzkanal ist meist nur wenige Zentimeter dick, wobei sich die Luft im Blitzkanal auf 30.000 Grad aufheizt. Die Spitzentemperaturen können allerdings noch weit höher liegen.

Der Donner entsteht letztendlich durch die starke Erhitzung der Luft im extrem heißen Blitzkanal. Die Luft dehnt sich explosionsartig aus und sorgt so für eine Schallwelle. Echos von Wolken, der Erde und der Umgebung ergeben dann das Knallen und das Donnerrollen und Donnergrollen. Ist das Gewitter zu weit entfernt, sieht man in der Entfernung (manchmal über hunderte von Kilometern) nur noch die Blitzentladungen, der Donner ist dann nicht mehr zu hören. Die Meteorologen nennen diese entfernten Gewitter 'Wetterleuchten'.

 
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