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Lexikon der Geographie: Blitz

Blitz, Entladungsprozess in der Atmosphäre. Die häufigste Form ist der an einen Blitzkanal gebundene Linienblitz innerhalb von Gewitterwolken oder zwischen Erdoberfläche und Wolke (Gewitter). Wesentlich seltener sind andere Formen der Entladung.
Der Linienblitz erfolgt, wenn aufgrund von Ladungstrennungen zwischen Erde und Wolke eine kritische Durchbruchsfeldstärke überschritten ist. Der Blitz ist in mehrere Phasen gegliedert ( Abb.). Ein nur schwach leuchtender Vorblitz schafft durch Stoßionisation einen elektrisch leitenden Kanal, den Entladungskanal. Er hat für die gesamte Entladung eine steuernde Funktion, indem er wie ein elektrischer Leiter wirkt und die Hauptentladung über eine Weglänge von bis zu mehreren tausend Metern ermöglicht. Der Vorblitz erfolgt mit einer Geschwindigkeit von ca. 150 km/s von oben nach unten. Dieser Prozess erfolgt in einzelnen Abschnitten und ist mit Richtungswechseln verbunden. Der Blitzkanal weist eine hohe Ionendichte auf, wodurch er die elektrische Leitfähigkeit erhöht und die Hauptentladung an sich bindet. Wenn die Spitze des Vorblitzes fast die Erdoberfläche erreicht hat, erfolgt von der Erde her ein Kurzschluss zwischen der positiv geladenen Erdoberfläche und der negativ geladenen Spitze des Vorblitzes. Sie beginnt meist von erhabenen Punkten wie Gebäudespitzen, Bäumen oder Berggipfeln. Dies ist der stark leuchtende Hauptblitz. Er nutzt den Blitzkanal und hat eine Geschwindigkeit von ca. 100.000 km/s, braucht also nur wenige Mikrosekunden. Die Stromstärke beträgt 10.000 bis 50.000 A, bei extremen Blitzstärken über 100.000 A. Der Entladungskanal wird dabei auf Temperaturen von 20.000 bis 30.000°C erhitzt. Nach einer Pause von einigen hundertstel Sekunden folgt auf dem Blitzkanal eine schwache Entladung von oben nach unten mit einer Geschwindigkeit von ca. 3000 km/s. Dadurch wird die Ionendichte im Blitzkanal wieder erhöht. Hat diese Entladung den Erdboden erreicht, so folgt die zweite, wiederum stark leuchtende Hauptentladung von unten nach oben. Nach dem gleichen Muster folgen noch weitere Entladungen, wobei die Stromstärke abnimmt, bis die Entladung so weit erfolgt ist, dass die Durchbruchsfeldstärke nicht mehr erreicht wird. Die gesamte Dauer des Blitzes beträgt nur wenige Zehntelsekunden, weshalb das Auge nur ein, zuweilen jedoch flackerndes, Leuchten wahrnimmt.
Der Blitzüberschlag von der Wolke zur Erde ist die häufigere, derjenige von der Erde zur Wolke der seltenere Vorgang, dabei sind die dargestellten Richtungen jeweils vertauscht. Die Folge der schlagartigen Erhitzung des Blitzkanals ist der Donner. Die hohe Temperatur im Entladungskanal bewirkt eine explosionsartige Ausdehnung der Luft mit Überschallgeschwindigkeit. Dies bewirkt in der Nähe einen hochfrequenten Explosionsknall. Die Frequenzabhängigkeit der Schallabsorption in der Atmosphäre, bei der hochfrequente Geräusche am stärksten absorbiert werden, sowie die Überlagerung mit Echos bewirken, dass der Schall mit zunehmender Entfernung tiefer wird und als mehr oder weniger lang anhaltendes Donnern wahrgenommen wird. Aufgrund der Frequenz kann die Entfernung des Blitzes geschätzt, aufgrund der Ausbreitung der Schallwellen mit 228 m/s (bei 20°C) bei einer Messung des Zeitintervalls zwischen Blitz und Eintreffen des Schallsignals auch genauer bestimmt werden. Der Donner ist in einer Entfernung von 15 bis 25 km vom Blitz zu hören. In größeren Entfernungen ist in der Nacht nur noch der Blitz oder sein Widerschein an Wolken zu sehen. Man spricht vom Wetterleuchten.
Die Entladungsprozesse in Gewitterwolken führen zu elektromagnetischen Störungen, welche sich in der Atmosphäre ausbreiten und an der Ionosphäre und Erdoberfläche reflektiert werden. Sie werden als Atmospherics oder Spherics bezeichnet und stören die künstlichen Radiowellen. Beim Empfang ist dann ein Knistern zu hören.
Die Häufigkeit von Blitzeinschlägen am Boden korreliert nicht nur positiv mit der Blitzhäufigkeit, sondern auch negativ mit der Höhe der Wolkenuntergrenze. Deshalb ist die relative Häufigkeit von Einschlägen in den Tropen mit höherer Wolkenuntergrenze niedriger als in den mittleren Breiten
Eine seltene Sonderform des Blitzes sind Kugelblitze, damit werden gelb bis rot leuchtende Kugeln von ca. 20 cm Durchmesser beschrieben, welche an starke Raumladungen gebunden sind. Sie bewegen sich – meist vom Einschlagpunkt eines Linienblitzes aus – in horizontaler Richtung über der Erdoberfläche, bis sie geräuschlos erlöschen oder mit einem explosionsartigen Knall zerplatzen. Kugelblitze können sich vereinzelten Beobachtungen zufolge durch feste Materialien hindurch bewegen. Möglicherweise handelt es sich bei Kugelblitzen um Diffusionsverbrennungen von entzündlichen Gasen wie Methan oder Wasserstoff, die im Blitzkanal entstehen.
Eine andere ebenfalls sehr seltene Sonderform sind Perlschnurblitze. Dabei gliedert sich der Blitzkanal in einzelne leuchtende Segmente, die aus der Entfernung als Perlschnur erscheinen. Befriedigende wissenschaftliche Erklärungen von Kugelblitz und Perlschnurblitz stehen noch aus. Wahrscheinlich sind es unterschiedliche Erscheinungsformen des Plasmas im Blitzkanal.

JVo

Lit: SCHLEGEL, K. (1999): Vom Regenbogen zum Polarlicht. Leuchterscheinungen in der Atmosphäre. – Heidelberg und Berlin.


Blitz: Blitz: Vorgänge während der Blitzentladung (ms=Millisekunden).

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