Wetter Blitze: Wenn der Himmel explodiert

Weltweit fordern Blitze Jahr für Jahr mehrere Tausend Todesopfer. Und noch immer r?tseln Forscher, wie genau das Himmelsleuchten entsteht
Gewitter einschlag stelle
In diesem Artikel
Ein tragisches Unglück
Verletzungen durch Blitze
Was Blitze in der Natur bewirken
Blitze als Teilchenkaskaden

Ein tragisches Unglück

Am Abend des 8. Dezember 1963 dreht der Flug 214 der Gesellschaft Pan American eine Warteschleife über dem Nordosten des US-Bundesstaates Maryland. Die Landung in Philadelphia verz?gert sich, der Pilot der Boeing 707 will auf ein Abflauen des Windes über dem Zielflughafen warten. In 1500 Meter H?he fliegt die im Funkverkehr auch "Clipper" genannte Pan-Am-Maschine durch Wolken und leichten Regen - genau wie es der Wetterbericht für diese Region vorhergesagt hat.

Doch dann, um 20.58 Uhr, erreicht die Flugkontrolle in Philadelphia unvermittelt ein Hilferuf: "Mayday, Mayday, Mayday! Clipper 214 au?er Kontrolle.“ ?Clipper 214 stürzt brennend ab", meldet sich Sekunden sp?ter der Pilot einer zweiten, in der N?he kreisenden Maschine. Etwa zur gleichen Zeit beobachten Zeugen am Boden ein leuchtendes Zucken am Nachthimmel, dann einen Feuerball. Danach regnen Trümmer herab.

Keiner der 81 Insassen?überlebt das Unglück. Die Untersuchung ergibt: Ein Blitz war in die Tragfl?che eingeschlagen und hatte Treibstoff im Reservetank entzündet. Die Explosion riss die Maschine im Flug auseinander. Der Absturz gilt bis heute als eine der schlimmsten durch Blitzschlag ausgel?sten Katastrophen. Zwar wird ein Verkehrsflugzeug im Schnitt einmal pro Jahr vom Blitz getroffen. Doch gehen die meisten dieser Vorf?lle glimpflich aus – auch deshalb, weil nach dem Unglück von 1963 die Bauweise der Tanks verbessert wurde.

Genau vorhersagen lassen sich die Einschl?ge nicht. Es ist diese Unberechenbarkeit, die Flug 214 zum Verh?ngnis wurde – und die Menschen seit jeher an diesem Naturph?nomen fürchten. Weil Blitze zudem oft Geb?ude,

B?ume oder andere erh?hte Punkte treffen, galten sie jahrtausendelang als übernatürliche Kr?fte.

Die Griechen glaubten, in dem himmlischen Zucken entlade sich der Zorn des G?ttervaters Zeus. Bei den Germanen schlug Thor mit seinem Hammer Mj?llnir die Funken, w?hrend sein Wagen donnernd über die Wolken fuhr. Und in der chinesischen Mythologie war gleich ein ganzes Gremium aus fünf himmlischen Würden-tr?gern für die Gewitter verantwortlich – den Vorsitz hatte Donnergott Lei Tsu.

Video:?Das Dorf der tausend Blitze

Bis in die Neuzeit hinein versuchten die Menschen in Europa, ein Gewitter etwa durch Glockenl?uten zu vertreiben – doch es half nichts. Im Gegenteil: Weil Blitze besonders h?ufig in Kirchtürme einschlugen, wurden dabei oft auch die Gl?ckner zum Opfer. So klagte 1784 beispielsweise der bayerische Astronom Johann Nepomuck Fischer, das ?leidige Wettergeklingel“ habe im Verlauf von 33 Jahren 103 Menschen das Leben gekostet.

Viele Bauwerke traf es gleich mehrmals. So wurde der fast 100 Meter hohe Markusturm in Venedig zwischen 1388 und 1766 mindestens neunmal durch Blitzschlag besch?digt oder zerst?rt. Dann lie?en die Domherren einen Blitzableiter installieren – und seither ist das Wahrzeichen von der Wettergewalt verschont geblieben. Erst diese 1752 von dem US-Amerikaner Benjamin Franklin erfundene Vorrichtung brachte einen wirksamen Schutz: Dabei leitet ein Metallstab auf dem Dach einen einschlagenden Blitz direkt in den Erdgrund – und bewahrt so Geb?ude und Bewohner vor gr??erem Schaden.

Trotz solcher Vorsichtsmassnahmen richten Blitze noch immer Zerst?rungen an. Sie k?nnen Kommunikationsnetze unterbrechen und verursachen etwa in den USA jeden dritten Stromausfall. Manchmal setzen sie auch empfindliche Elektronik au?er Kraft – beispielsweise in Fabriken oder Kraftwerken, wo solche Ausf?lle im schlimmsten Fall katastrophale Auswirkungen haben.

Nicht immer bleibt es bei Sachsch?den. Obwohl heute deutlich weniger Menschen im Freien arbeiten als noch vor wenigen Jahrzehnten – und vom Blitz Getroffene oft schnell genug medizinisch versorgt werden –, sterben jedes Jahr zwischen vier und zehn Menschen in Deutschland am Blitzschlag. Weltweit fordert das Himmelsph?nomen mehrere Tausend Todesopfer pro Jahr, sch?tzen Experten.

Verletzungen durch Blitze

Vom Blitz Getroffene k?nnen eine Vielzahl von Verletzungen erleiden. Ist der Strom stark genug, überbrückt er den K?rper und flie?t an dessen Oberfl?che entlang in die Erde. Er versengt die Kleidung, l?sst Metallschmuck schmelzen, rei?t Schuhe und Socken von den Fü?en. Manchmal wird das Opfer meterweit durch die Luft geschleudert, ist vorübergehend taub, blind oder gel?hmt. Doch schwere Verbrennungen der Haut sind selten.

W?hrend der gr??te Teil des Stroms dabei au?en am K?rper entlangflie?t, l?uft ein geringerer Teil durch ihn hindurch. Dieser schw?chere Strom ist noch immer sehr gef?hrlich: Er kann zu Herzstillstand oder schweren Gehirnsch?den wie einer L?hmung des Atemzentrums führen – und dadurch oft auch zum Exitus. Selbst über mehrere Meter Distanz vermag ein Blitz noch zu t?ten: etwa durch einen zur Seite zuckenden Lichtbogen.

Auch durch den Boden flie?t direkt nach dem Einschlag ein starker Strom nach allen Seiten. Stehen Menschen in Schrittstellung in der N?he, kann sich zwischen ihren Fü?en eine Spannung aufbauen, die einen gef?hrlichen Stromfluss im K?rper nach sich zieht – so k?nnen durch einen einzigen Blitz mehrere Personen ums Leben kommen. Um sich bei einem Gewitter im Freien zu schützen, sollte man sich deshalb niederhocken und dabei die Fü?e eng nebeneinander stellen.

Der Gefahr ganz auszuweichen ist dagegen schwer – denn in vielen Regionen der Erde blitzt es h?ufig. Bis zu 100 Lichtfunken durchzucken pro Sekunde die Atmosph?re. Besonders oft schlagen sie in Zentralafrika ein. über Deutschland leuchten j?hrlich immerhin noch mehr als eine Million Blitze auf. Dagegen bleiben manche Inselgruppen und die Polarregionen weitgehend verschont.

Rund drei Viertel all dieser Lichterscheinungen erreichen ohnehin nicht den Boden, sondern entladen sich in den Wolken. Und solche Energieausbrüche beschr?nken sich nicht nur auf die niederen Atmosph?renschichten: Auch in gro?er H?he gibt es Blitze, wie Forscher erstmals 1989 auf Videoaufnahmen nachweisen konnten. Einige davon sehen aus wie blaue Lichtfont?nen, andere wie rote Riesenb?ume. Wieder andere erscheinen als Leuchtringe und erreichen mehr als 500 Kilometer Durchmesser. Manche der gigantischen Ausbrüche k?nnen von der Wolkenoberseite bis zu 70 Kilometer hoch in die Atmosph?re emporwachsen.

Die elektrischen Funken sind keine Eigenart der Erde: Sie zucken auch auf anderen Planeten des Sonnensystems. In der Gashülle des Saturn, wo regelm??ig schwere Stürme wüten, erreichen sie sogar eine 10?000-mal h?here Energie als auf der Erde. Dabei entfalten bereits irdische Blitze eine enorme Wirkung: In einer Drittelsekunde setzen sie bis zu zehn Milliarden Joule frei – das entspricht etwa der Energie, die ein Zweipersonenhaushalt im Jahr verbraucht. Sie erhitzen die Luft auf rund 30?000 Grad, fünfmal so hei? wie die Sonnenoberfl?che. Schlagen sie in Sand ein, schmilzt dieser und wird zu Glas. Solche r?hrenf?rmigen Blitzspuren haben sich zum Beispiel in der Sahara erhalten.

Doch die Gewalt hat auch ihr Gutes. Blitze krachten wohl schon in die Erde, als es noch gar keine Lebewesen gab – und vielleicht h?tte es sie ohne die elektrischen Entladungen auch nie gegeben. Denn Blitze k?nnten zur Entstehung jener Moleküle beigetragen haben, aus denen sich sp?ter erste Organismen entwickelten.

Manche Forscher gehen davon aus, dass die Bausteine solcher chemischer Verbindungen erstmals in den Aschewolken von Vulkanen entstanden: Weil die Partikel darin elektrisch geladen sind, entladen sich in solchen Wolken auch heute noch h?ufig Blitze; damals k?nnten sie die Vulkangase so erhitzt haben, dass sich Bestandteile sp?terer organischer Moleküle bildeten.

Blitze: Wenn der Himmel explodiert

Blitze entstehen, wenn sich zwischen Himmel und Erde starke Ladungsunterschiede aufbauen (zum Vergr??ern anklicken)

Was Blitze in der Natur bewirken

Auch in der Zeit danach haben Blitzeinschl?ge wom?glich die Evolution vorangetrieben. In Versuchen haben Forscher Bakterien mit künstlichen Blitzen traktiert: Ein solcher Energieschub machte die Hülle der Mikroben durchl?ssig und half ihnen, genetisches Material aus ihrer Umgebung aufzunehmen. Wom?glich haben sich auch die ersten Organismen auf diese Weise weiterentwickelt.

Zudem spielen die Riesenfunken bis heute eine wichtige Rolle in der Natur. In ursprünglichen W?ldern entzünden sie regelm??ig Br?nde, die lediglich das Unterholz aufzehren und N?hrboden sowie Platz für neue Pflanzengenerationen hinterlassen. So konnten die spektakul?ren Riesenmammutb?ume in Kalifornien vermutlich nur deshalb heranwachsen, weil ihre Samen vor Jahrhunderten in der Asche eines Waldbrandes aufkeimten.

Auch die Zusammensetzung der Atmosph?re wird von Blitzen beeinflusst. Wegen ihrer gro?en Hitze k?nnen sie Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle in der Luft aufbrechen – aus ihnen entstehen Stickoxide. Die dienen zum einen den Pflanzen als wichtiger N?hrstoff zum Wachsen. Zum anderen aber k?nnten die Stickoxide, wenn ihre Konzentration durch weltweit steigende Temperaturen und damit auch h?ufigere Gewitter zunehmen sollte, auf bislang kaum bekannte Weise die Konzentration von Treibhausgasen ver?ndern – und so das Klima.

Trotz ihrer Bedeutung für das Leben sind Blitze noch immer r?tselhafte Erscheinungen: Auch nach Jahrhunderten der

Forschung ist nicht einmal genau gekl?rt, wie sie entstehen. Nach der bislang vorherrschenden Theorie kommt es zu dem Naturph?nomen, weil in Gewitterwolken verschieden schwere Partikel durcheinanderwirbeln und sich dabei elektrisch aufladen.

In oberen Wolkenbereichen bilden sich zun?chst Graupeln, indem immer mehr unterkühlte Wassertr?pfchen an Eispartikeln anfrieren. Werden die K?rner zu schwer, beginnen sie als Niederschlag durch einen Schleier aus schwebenden Eiskristallen herabzusinken. Sto?en diese Teilchen nun zusammen, kommt es h?ufig zu einem Austausch von Elektronen. Die leichteren, im Aufwind nach oben treibenden Eiskristalle werden dabei meist positiv aufgeladen, die schwereren Graupeln dagegen negativ. Sie fallen weiter nach unten und transportieren Ladung in tiefere Wolkenschichten: Die laden sich dadurch stark negativ auf.

Weil sich gleiche elektrische Ladungen aber absto?en, werden zur selben Zeit im Erdboden freie Elektronen verdr?ngt; dort entsteht deshalb eine zu den tieferen Wolkenschichten entgegengesetzte positive Ladung.

Kurz gesagt: Zwischen den beiden elektrischen Polen – dem Grund und der negativ geladenen Unterseite der Wolke – baut sich eine Spannung auf.

Normalerweise verhindert die Luft den Ladungsaustausch. Doch wenn die Spannung zu stark wird, bricht ihr Widerstand zusammen. Dann werden Elektronen aus den Molekülen der Luft herausgeschlagen: Sie wird elektrisch leitend. In einer solchen Gasse aus ionisierter Luft bahnt sich negative Ladung aus der Wolke einen Weg nach unten. Dieser zun?chst noch unsichtbare Kanal, der ?Leitblitz“, pflanzt sich in Richtung Erde fort – oft im Zickzack und mit mehreren Ver?stelungen.

Vom Boden, insbesondere von B?umen, Türmen oder anderen Erh?hungen, züngeln ihm ?hnliche Ladungskan?le entgegen, mit denen er sich zusammenschlie?en kann: Deshalb trifft der Blitz solche Objekte besonders h?ufig. Sobald zwischen Wolke und Grund eine durchgehende Verbindung hergestellt ist, kommt es zu einer Art Kurzschluss: Durch die nur etwa einen Zentimeter breite, vom Leitblitz geschaffene Bahn (den ?Blitzkanal“) flie?t pl?tzlich ein starker elektrischer Strom.

Die schlagartig erhitzte Luft strahlt dabei Licht ab – das Ergebnis ist der grelle Hauptblitz. Zugleich dehnt sie sich explosionsartig aus: So entsteht der Donner. Weil sich der Schall langsamer fortpflanzt als das Licht, h?rt ein entfernter Beobachter dieses Grollen jedoch erst nach dem hellen Aufzucken. Mit jedem Kilometer Entfernung vom Blitz trifft der Donner etwa drei Sekunden sp?ter ein.

Blitze: Wenn der Himmel explodiert

Kurz bevor es zum Blitz kommt, wird die Luft elektrisch leitend. Aus der negativ geladenen Wolkenunterseite bahnt sich der Kanal des Leitblitzes (blau-grün) in Richtung Boden. Umgekehrt w?chst ihm eine positive Fangentladung entgegen. Wenn sich beide vereinigen, kommt es zum Hauptblitz. Es flie?t ein starker elektrischer Strom, die Ladungen werden ausgeglichen (zum Vergr??ern anklicken)

Blitze als Teilchenkaskaden

Doch dieses herk?mmliche Modell der Blitzentstehung hat einen Makel: Die bislang in Gewitterwolken gemessenen elektrischen Felder sind eigentlich nicht stark genug, um eine Entladung auszul?sen. Manche Forscher glauben deshalb, dass der Ursprung der Blitze in weitaus h?heren Regionen liegt als bisher angenommen: an der Grenze zum Weltall. Dort prallen st?ndig enorm energiereiche (etwa bei Sternexplosionen entstandene) kosmische Partikel auf die Erdatmosph?re, in der sie einen Schauer aus schnellen Elektronen erzeugen.

Ger?t eines dieser Elektronen nun in eine elektrisch geladene Gewitterwolke, kann es darin zus?tzlich beschleunigt werden – und bei der Kollision mit Luftmolekülen immer weitere Elektronen freisetzen, die wiederum vom elektrischen Feld der Wolke beschleunigt werden. Eine solche Teilchenkaskade k?nnte schlie?lich einen Blitzkanal von der Wolkenunterseite bis zum Boden bahnen, durch den sich die Gewitterwolke in Form des eigentlichen Blitzes entl?dt. Die entfesselten Elektronen würden dabei so schnell auf die Erde herunterrasen, dass beim Zusammensto? mit Luftmolekülen energiereiche R?ntgenstrahlung entsteht.

Und tats?chlich: Im besonders h?ufig von Gewittern heimgesuchten US-Bundesstaat Florida haben Blitzforscher bei Beobachtungen des Himmelsph?nomens diese R?ntgenstrahlung gemessen – ein m?glicher Hinweis darauf, dass Blitze wirklich durch Partikel aus den Tiefen des Alls angesto?en werden. Dieser Nachweis gelang den Forschern in Florida an Entladungen, die sie zum Teil selbst ausgel?st hatten.

Solche künstlichen Blitze erzeugen die Wissenschaftler auf spektakul?re Weise: Sie lassen bei Gewitter ferngesteuert eine Rakete aufsteigen, die über einen Metalldraht mit ihrem Abschussturm verbunden ist. In rund 700 Meter H?he stellt das Geschoss über den Draht eine elektrische Verbindung zwischen Grund und Wolken her – fast so wie der natürliche Leitblitz. Auf diese Weise entl?dt sich entlang des vom Draht vorgezeichneten Weges ein Blitz, der dann meist in den Turm einschl?gt und aus n?chster N?he von Detektoren erfasst wird.

Ein ?hnliches Ph?nomen kann bei gro?en Raketen freilich auch ganz ohne Draht auftreten – und v?llig unbeabsichtigt. So geschah es am 14. November 1969. Als an jenem Tag die Apollo-12-Mission zum Mond starten sollte, zogen Regenwolken über das Kennedy Space Center in Florida. Weil aber in den sechs Stunden zuvor kein Blitz beobachtet worden war, hob die Rakete planm??ig um 11.22 Uhr ab.

Nach 36 Sekunden, in einer H?he von zwei Kilometern, bemerkte Charles Conrad, einer der drei Astronauten in der Kommandokapsel, ein wei?es Licht: Die aufsteigende Rakete hatte einen Blitz ausgel?st, der erst am Raumfahrzeug, dann an den hei?en und elektrisch leitenden Abgasen entlang zu Boden schoss. Schaulustige sahen ein helles Zucken in der N?he der Abschussrampe.

In der Kommandokapsel schrillte der Hauptalarm, Warnlampen blinkten. Weil der Blitz die Apollo-Elektrik überlastete, brachen vorübergehend die Stromversorgung und die Kommunikation mit der Bodenkontrolle zusammen. Wenige Sekunden sp?ter fielen nach einem weiteren Blitzschlag auch Teile des Navigationssystems aus. Im Kontrollzentrum erwog man, die Kapsel mit den Astronauten von der Rakete abzutrennen und notlanden zu lassen. Doch schlie?lich gelang es, die wichtigsten technischen Systeme wiederherzustellen. Die Astronauten erreichten sicher den Mond und kehrten sp?ter wohlbehalten zur Erde zurück.

Immerhin: Die Beinahe-Katastrophe zwang die US-Raumfahrtbeh?rde NASA, die Wetterbedingungen für die Startfreigabe zu überdenken. Bis heute dürfen Spaceshuttles nicht abheben, wenn sie ihre Flugbahn n?her als neun Kilometer an verd?chtig erscheinende Wolken heranführen würde.

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