Die Physik eines Gewitters (Elektrizität)

Die Physik eines Gewitters aus elektrischer Sicht.

Ein Gewitter ist eine komplexe meteorolgische Erscheinung bei der luftelekrische Ladungen auftreten.

Die Atmosphäre entspricht durch Ladungsteilung einem riesigem Kondensator. Dabei bildet die Ionosphäre (50 km über der Erdoberfläche) den positiven Ladungsträger (Ladungsplatte) und der Erdboden den negativen Ladungsträger. Durch Höhenstrahlung entstehen durch Ionisation der Luftmoleküle auf natürliche Weise Ionen, die einen beständigen Ausgleichsstrom zwischen den beiden Polen bilden.

Wenn sich ein Gewitter bildet, wird dieser natürliche Ladungsausgleich unterbrochen und heftige Spannungen bauen sich in Folge des nicht vorhandenen Ladungstransports auf. Unterdessen im Gewitter:
Durch starke Aufwinde werden Wassertröpfchen nach oben transportiert, wo sie zu Eiskritallen gefrieren. Durch Auf- und Abwinde von Luft- und Wassermassen entstehen bei Zusammenstößen der Teilchen starke Reibungen, wobei die Teilchen Ionen austauschen. Dabei geben die leichteren Eiskristalle im Amboß ein Ion Elektron beim Zusammenstoß ab, weswegen der obere Teil der Gewitterwolke stark positiv geladen ist. Die schwereren Wassermoleküle nehmen das Elektron auf und fallen in der Wolke herunter, weswegen die Wolkenbasis (unterer Teil der Wolke) stark negativ geladen ist. Der Erdboden ist dabei – wie oben erläutert – leicht negativ geladen. Wenn die Spannung zwischen zwei Polen nun groß genug ist, entsteht im Vorfeld eines Blitzes ein unsichtbarer Elektronenkanel. Wenn dieser geschlossen ist, wird schlagartig durch Ionenfluss Spannung abgebaut, was im Volksmund Blitz genannt wird.

Weil dabei der die Luft rasend schnell erhitzt wird und sich deswegen ausdehnt, entsteht ein Überschnallknall: Der Donner.

Es gibt folgende Arten eines Blitzes:
Wolkenblitz: Von Wolke zu Wolke oder innerhalb einer Wolke zwischen den Raumladungen.
Erdblitz: Von der Wolke zum Erdboden. Umgangssprchlich ein “Einschlag”.

Polarität der Blitze:
Vielfach hört man von einem positiven Blitz und von einem negativen Blitz. Nachstehend eine kurze Erklärung:
Bei einem Negativblitz (rasselnd, ratternd, höherer Ton, “knackend”) entsteht ein Potentialausgleich (Blitz) zwischen der stark negativ geladenen Wolkenunterseite und dem leicht negativ geladenem Erdboden. Dabei werden negative Ladungen zum Erdboden transportiert, weshalb man von einem Negativblitz spricht.
Bei einem Positivblitz (knallend, kraftvoll, polternd, tiefer Basston, “Kanonenschlag”) entsteht der Spannungsausgleich zwischen der stark positiv geladenen Wolkenoberseite und der leicht negativ geladenen Erdoberfläche. Dadurch wird dem Erdboden positive Ladung zugeführt, weshalb man vom Positivblitz spricht. Durch den längeren Weg und der daraus resultierenden massiven Spannung, ist diese Art deutlich länger, lauter und mehr schadensträchtig.

©Florian Huber – Unwetternetzwerk