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Gewitter – Ventile der Atmosphäre?

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Das ist ein bezahlter Beitrag mit kommerziellem Charakter. Text und Bild wurden von der Firma Muster AG aus Musterwil zur Verfügung gestellt oder im Auftrag der Muster AG erstellt.

In der Atmosphäre unserer Erde toben während jedes Augenblicks durchschnittlich 1500 bis 2000 Gewitter. Diese Gewitter erzeugen mehrere Millionen Blitze, und davon schlagen in jeder Sekunde circa 40 Blitze auf der Erdoberfläche ein. Weltweit werden in den heissen tropischen Zonen der Erde die meisten Gewitter mit Blitzentladungen beobachtet, am wenigsten in den kalten polaren Gebieten.

Vor allem im Juni und Juli

In Kampala in Uganda zählt man 240 Gewittertage pro Jahr. In unseren Breiten- graden kommt man auf 30 bis 40 Gewittertage. Meteoschweiz, unser Wetterdienst, registriert die meisten Gewitter in den Sommermonaten Juni und Juli. Da können monatlich bis zu 300 000 Blitze durch die Atmosphäre zucken. Am meisten blitzt es im warmen Tessin, vor allem in der Region des Lago Maggiore. Der exponierteste Punkt der Schweiz, wo der Blitz jährlich am meisten einschlägt, ist aber der 2500 Meter hohe Säntis mit seinem 123 Meter hohen Sendeturm und den vielen Antennen.

Heiss und schwül

Es gibt verschiedene Typen von Gewittern, je nach meteorologischen Bedingungen. In diesem Beitrag wollen wir uns mit den sommerlichen Wärmegewittern beschäftigen und uns fragen, wie solche Gewitter entstehen und welche Bedeutung sie haben. Für Wärmegewitter braucht es hohe Temperaturen und viel Luftfeuchtigkeit. Beide Bedingungen sind im Sommer an schwülen Tagen erfüllt.

Die Sonnenstrahlen treffen bei uns im Juni und Juli in einem steilen Winkel auf der Erdoberfläche auf und erwärmen sie. Der Boden wirkt, je nach Beschaffenheit, wie eine Herdplatte und erwärmt die Luft über ihm. Ein Luftpaket mit einer bestimmten Luftfeuchtigkeit in Form von unsichtbarem Wasserdampf steigt nun wie ein Heissluftballon in die Höhe und kühlt sich pro hundert Höhenmeter um ein Grad Celsius ab. Das geht nur, solange die Umgebungstemperatur der Lufthülle kühler ist als die Luft im aufsteigenden Luftpaket. Man spricht dabei von einer instabilen Atmosphärenschichtung.

Aus Wasser wird Eis

Auf einer bestimmten Höhe kann dann die abgekühlte Luft im Luftpaket die Feuchtigkeit nicht mehr in Dampfform halten, so dass der Wasserdampf zu feinen Wassertröpfchen auskondensiert. Dabei bildet sich eine Wolke. Bei diesem Kondensationsvorgang wird eine grosse Menge Kondensationswärme frei, die die quellförmige Wolke weiterhin mit starken Aufwinden in die Höhe treibt. Die Luft wird mit dieser frei werdenden Energie nur noch um 0,65 Grad Celsius pro hundert Höhenmeter abgekühlt. Wenn die Nullgradgrenze unterschritten wird, können sich aus den Wassertröpfchen Eiskristalle bilden, und auch bei diesem Prozess wird zusätzlich Kristallisationswärme frei, was die Wolke bis an die Grenze der wetterwirksamen Luftschicht ansteigen lässt. Das ist bei uns auf einer Höhe von zwölf Kilometern, in den Tropen bei 16 bis 18 Kilometern der Fall. Auf dieser Höhe dehnt sich unsere Wolke flächenmässig aus, und das verleiht ihr die Form eines «Ambosses».

Enormes Gefälle

Zu Beginn der Wolkenbildung herrscht eine Temperatur von vielleicht plus 15 Grad Celsius. An der oberen Wolkengrenze unserer stattlichen Gewitterwolke misst die Temperatur minus 50 Grad Celsius–ein enormes Temperaturgefälle. So erstaunt es nicht, wenn sich in dieser mächtigen Wolke Wasser- und/oder Eispartikel durch starke Auf- und Abwinde ständig reiben und damit eine Spannung erzeugen. Die leichten, positiv geladenen Teilchen (meistens nur noch Eispartikel) sind am oberen Ende der Wolke anzutreffen, die schwereren, negativ geladenen Teilchen aus Gemischen von Wasser und Eis am unteren Ende. Die so erzeugte Spannung kann mehrere Millionen Volt betragen. In Bruchteilen von Millisekunden entlädt sich diese Spannung in Form eines Kurzschlusses, eines Blitzes. Die Strom- stärke beträgt dabei 10 000 bis 30 000 Ampere und erwärmt die Luft innerhalb eines Blitzkanals kurzfristig auf eine Temperatur von 30 000 Grad. Das ist rund fünfmal heisser als die Temperatur auf der Sonnenoberfläche. Die Luft dehnt sich explosionsartig aus, schneller als mit Schallgeschwindigkeit, was einen gewaltigen Donner auslöst. Der Blitz springt meistens von einer Wolke zur anderen (Wolken-Wolken-Blitz). Er kann auch vom unteren Wolkenrand direkt auf die Erde auftreffen (Wolken-Erde-Blitz). 

Ungelöste Fragen

Von Satelliten aus wurden ebenfalls schon Blitze vom oberen Wolkenrand in die nächsthöhere Luftschicht, die Stratosphäre, beobachtet. Bisher konnte die Blitzforschung diese Art Stratosphären-Blitze noch nicht plausibel erklären. Man vermutet aber, dass die «Löcher», die sie dabei in die Atmosphäre schlagen, wie das Ventil eines Dampfkochtopfes wirken und so unsere unterste Luftschicht, die Troposphäre, in der wir leben, vor einer Überhitzung schützen. Im Weiteren weiss man bis heute auch noch nicht, wie letztlich ein Blitz ausgelöst wird. Nach neusten Forschungsergebnissen könnten sogar kosmische Strahlen und Partikel, die in die Erdatmosphäre eintauchen, Ursache für Blitzentladungen sein. So bleibt nicht nur die Beobachtung eines Gewitters mit Blitz und Donner, mit Sturmwinden und Regenschauer oder sogar Hagel spannend, auch die Forschung dazu könnte noch überraschende Ergebnisse liefern.

Mario Slongoist ehemaliger DRS-Wetterfrosch. Einmal im Monat erklärt er in den FN spannende Naturphänomene. Beiträge unter: www.freiburger-nachrichten.ch, Dossier «Wetterfrosch».

Mario Slongo. Bild Aldo Ellena/a

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