Du hast sichere schonmal ein Gewittern gehört. Manche bahnen sich über einen längeren Zeitraum an, andere sind plötzlich da. Der Himmel zieht sich zu, dann blitzt und donnert es und in den meisten Fällen werden Gewitter auch von starken Regenfällen begleitet.
Der Ablauf eines Gewitters ist Dir mit Sicherheit bekannt, doch wie entsteht ein Gewitter überhaupt und was genau sind eigentlich Blitze und Donner?
Gewitter – Definition
Grundlegend sind Gewitter Naturerscheinungen, in den meisten Fällen kündigen Gewitter schlechtes Wetter an. Das kann sich in Form von starken Regen- oder sogar Hagelschauern äußern.
Gewitter sind komplexe meteorologische Erscheinungen, die mit luftelektrischen Entladungen verbunden sind. Die luftelektrischen Entladungen drücken sich in Form von Blitzen und Donnern aus.
Blitze sind elektrische Ströme, die dafür da sind, die unterschiedlichen elektrischen Ladungen zwischen Wolken auszugleichen.
Auf Abbildung 1 siehst Du den erwähnten Ladungsausgleich zwischen den Wolken, der in Form von einem hellen Blitz zu erkennen ist:
Abb. 1 - Blitzeinschlag
Die unterschiedlichen elektrischen Ladungen lassen sich in positive und negative Ladungen unterteilen.
Positive Ladungen entstehen innerhalb der Wolke beispielsweise durch das Aufeinandertreffen von Eis- und Wasserteilchen. Negativ geladen sind hingegen die großen Niederschlagsteilchen. Der positiv geladene Teil mit den leichten Eispartikeln befindet sich im oberen Bereich der Wolke, während sich der negativ geladene Teil im unteren Bereich befindet.
Durch das Ausdehnen der Luft, das durch die elektrischen Ströme kurzzeitig sehr stark auftritt, entstehen Schallwellen. Die Ausbreitung der Schallwellen wird dabei als lauter Donner wahrgenommen und je näher man an der Entstehung der Schallwellen dran ist, desto lauter nimmt man sie wahr.
Ein Gewitter kündigt sich durch Haufenwolken, die Cumulus genannt werden und durch Cumulonimbus, die schon als Gewitterwolken bezeichnet werden, an.
Gewitter treten außerdem verstärkt im Sommer auf, da die klimatischen Bedingungen in diesem Zeitraum zur Ladung beitragen.
Gewitter – Entstehung
Die Faktoren, die ein Gewitter hervorrufen, können sehr unterschiedlich sein.
Beispiele dieser Faktoren sind unter anderem:
- Hebung der Luft an einem Gebirge
- Hebung der Luft an einer Wetterfront
- Sonneneinstrahlung
- Erwärmte Wasseroberfläche
Die Hebung der Luft kann etwa ein Gewitter erzeugen und dabei kann es sich sowohl um die Hebung der Luft an einem Gebirge, als auch die Hebung der Luft an Wetterfronten handeln.
Thermische Auslöser sind dem entgegengesetzt in erster Linie die Sonneneinstrahlung, aber auch eine erwärmte Wasseroberfläche.
An schwül-warmen Tagen ist die Chance für ein Gewitter am höchsten, da die feuchtwarme Luft nach oben steigt und sich dabei abkühlt. Der Wasserdampf wird dabei zu Wassertropfen oder auch Eiskristallen, je nachdem wie kalt die oben befindliche Luft ist.
Durch die Bewegung innerhalb der Wolke kommt es zu unterschiedlichen Ladungen.
Zu einem Ladungsausgleich in Form von einem Blitz kommt es, wenn die verschiedenen Ladungen in den Wolken groß genug sind. Bei dem Ladungsausgleich wandern Elektronen zum positiv geladenen Körper.
Auswirkungen
Abhängig von der Größe der Gewitter können sie mit Regen-, Graupel- oder Hagelschauern einhergehen. Auch Orkanböen sind nicht ungewöhnlich.
In seltenen Fällen können sich im Gewitter sogar Tornados bilden.
Mehr zu den Themen Orkane und Tornados findest Du in unseren gleichnamigen Erklärungen.
Gewitter – Blitze
Ein Blitz wird bei einem Gewitter als leuchtende Lichterscheinung wahrgenommen. Diese Lichterscheinung ist ein starker elektrischer Strom, der die elektrische Ladung der Wolken ausgleicht.
Ein Blitz schlägt überwiegend in hohe und spitze Gegenstände, wie Bäume oder auch Kirchenturmspitzen ein, da er den Weg mit dem geringsten Widerstand zur Erde sucht.
Daher werden hohe Blitzableiter auf Häuserdächern angebracht.
Dass Blitze aufgrund ihrer hohen elektrischen Ladung sehr gefährlich sind und große Schäden anrichten können, weißt Du vielleicht schon. Wie sich ein Blitzeinschlag jedoch genau äußert, lernst Du am Beispiel von den Folgen eines Blitzeinschlags in einen Baum und in den menschlichen Körper.
Blitzeinschlag – Baum
Ein Blitz bringt aufgrund der hohen Elektrizität sehr hohe Temperaturen mit sich. Schlägt der Blitz nun also in einen Baum ein, verdampft das gesamte Wasser im Baum. Zusätzlich verfügt der entstandene Wasserdampf über ein höheres Volumen als das vorherige Wasser, wodurch sich der Druck enorm erhöht und es zu Explosionen des Baumes kommt.
Dabei ist nicht immer der ganze Stamm betroffen, sondern manchmal nur Teile des Baumes, wie auf der Abbildung zu sehen ist.
Häufig äußern sich die hohen Temperaturen auch dadurch, dass Feuer ausbrechen.
Blitzeinschlag – Mensch
Bei einem Blitzeinschlag im Zusammenhang mit einem Menschen unterscheidet man zwischen dem tatsächlichen Einschlag und dem Fließen des Stroms auf der Körperoberfläche.
Wenn der Strom auf der Körperoberfläche entlangfließt, ist die Spur des Blitzes meist als Brandspur und später als Narbe auf dem Körper zu sehen. Diese Art des Blitzeinschlages bringt die höchsten Überlebenschancen mit sich, da die hohe Stromstärke kaum die anderen Organe betrifft, sondern nur die Haut.
Der direkte Einschlag in den Körper betrifft hingegen den ganzen Körper. Neben den hohen Stromstärken von teilweise 40.000 Ampere, ist der Blitz bis zu 30.000 Grad Celsius heiß. Die hohen Temperaturen sorgen hierbei für Verbrennungen an den Ein- und Austrittsstellen des Blitzes und der Strom kann unter anderem dafür sorgen, dass es zu einem Herzstillstand kommt, da die elektrischen Ladungen im Körper stark durcheinander gebracht werden.
Der Durchmesser eines Blitzes beträgt circa 10-20 cm, die Länge eines Blitzes beträgt ganze 2-3 km und die Dauer des gesamten Vorgangs beträgt weniger als eine Sekunde. Die Stromstärke beträgt ungefähr 40.000 A ( A steht für die elektrische Stromstärke Ampere).
Auf der ganzen Welt werden pro Sekunde 70-100 Blitze registriert.
Gewitter – Donner
Dem durch Blitze verursachten Ladungsausgleich folgt die Ausbreitung von Schallwellen, die als Donner bezeichnet werden.
Gase dehnen sich bei Temperaturerhöhungen aus und so ist es auch bei der Luft in unmittelbarer Nähe zu den Blitzen. Da sich die Temperatur kurzzeitig so stark erhöht, entsteht ein Druckanstieg, der sich in Form von Schallwellen ausbreitet und infolgedessen als Donner zu hören ist.
Grund dafür, dass man Blitz und Donner nicht gleichzeitig wahrnehmen kann, ist, dass Schall und Licht unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten haben.
Die Geschwindigkeit, in der sich Schall ausbreitet, beträgt ungefähr 333 m/s, während sich Licht mit einer Geschwindigkeit von circa 300 000 km/s ausbreitet.
Gewitter – Entfernung
Es gibt eine Faustregel, mithilfe der man die Entfernung von Gewittern berechnen kann:
3 Sekunden zwischen Blitz und Donner entsprechen ungefähr 1 Kilometer Entfernung.
Gewitterarten
Bei den Gewitterarten wird zwischen den Wärmegewittern und den Kaltfrontgewittern unterschieden.
Wärmegewitter
Wärmegewitter entstehen durch labile Luftmassen und intensive Sonneneinstrahlung, wodurch feuchte Warmluft schnell und weit aufsteigt.
Labile Luftmassen entstehen, wenn kalte Luftmassen über bodennahe Luftschichten strömen, die wärmer sind. Die kalten Luftmassen werden von den unteren erwärmt und labil aufeinandergeschichtet, wodurch es zu einem lebhaften Austausch der höheren Luftschichten kommt.
Kaltfrontgewitter
Die Kaltfrontgewitter entstehen durch das Aufeinandertreffen einer Kaltfront mit feuchter Warmluft.
Bei einer Kaltfront schiebt sich kalte Luft unter die wärmeren Luftmassen, worauf eine allgemeine Abkühlung folgt.
Einen großen Einfluss auf die Entstehung von sowohl Wärme- als auch Kaltfrontgewittern hat die Geländegegebenheit. Starke Aufwinde reichen bis in Höhen von über 12.000 Metern und es bilden sich kräftige Verwirbelungen von Luftmassen und Luftströmungen.
Bei Höhen von über 12.000 Metern ist die Temperatur sehr niedrig, was dafür sorgt, dass es vermehrt zu Kondensation kommt und sich somit Wolken bilden können.
Die Kondensation beschreibt den Übergang von Wasser vom gasförmigen in den flüssigen Zustand.
Die Gewitterwolken (Cumulonimbus) können sich in Mitteleuropa vertikal bis zu einer Höhe von 12 Kilometern erstrecken, während sie sich in tropischen Gebieten und im mittleren Westen der USA sogar bis zu 20 Kilometern vertikal ausbreiten.
Gewitter – Häufigkeit
Das Aufkommen von Gewittern ist global und auch regional betrachtet sehr unterschiedlich.
In den Regenwäldern gibt es fast jeden Tag Gewitter, das heißt in den Tropen ist das Gewitteraufkommen besonders hoch. Besonders selten kommen die Gewitter hingegen in den Polarregionen vor.
Starke Gewitter
Die beinahe unbegrenzte Verfügbarkeit von Feuchtigkeit über den Meeren und die hohen Energieumsätze durch die Sonneneinstrahlung sorgen dafür, dass sich in den Tropen die weltweit stärksten Gewitter entwickeln.
Da die Sonne in den Tropen mittags senkrecht (im Zenit) steht, ist die Einstrahlung und die Verdunstung dort am größten. Die riesigen Gewitter entstehen dann dadurch, dass die feuchtwarmen Luftmassen aufsteigen.
Wie Du Dir sicher schon denken kannst, ist die Sonneneinstrahlung in den Polarregionen hingegen nicht besonders hoch, weshalb das große Ausmaß an Verdunstung nicht zustande kommt und sich somit weniger Gewitter bilden.
Gewitter in Mitteleuropa
In Mitteleuropa gibt es aufgrund der klimatischen Bedingungen von Mai bis September das höchste Aufkommen an Gewittern.
Innerhalb Deutschlands hat Bayern mit, ungefähr 25-35 Gewittertagen pro Jahr die meisten Gewitter zu vermerken. Südbayern hat im regionalen Vergleich das höchste Gewitteraufkommen Bayerns.
Durchschnittlich gibt es in Deutschland circa 20 bis 35 Gewittertage pro Jahr.
Gewitter – Regionale Unterschiede
Süddeutschland hat dabei das höhere Gewitteraufkommen als Norddeutschland. Der höchste Berg im Mittelgebirge Harz, der "Brocken", stellt dabei mit seiner nördlichen Lage und 36 Gewittertagen eine Ausnahme dar.
Auf Meeresinseln gibt es die geringste Anzahl an Gewittertagen, was daran liegt, dass sich die Wasseroberfläche im Sommer nicht so stark erhitzt wie die Landoberfläche.
Gewitter kommen im Sommer häufiger vor als im Winter, weil die Luft in diesem Zeitraum vertikal labiler geschichtet ist. Grund dafür ist die wesentlich stärkere Sonneneinstrahlung und die daraus resultierenden höheren Temperaturen in direkter Nähe zum Boden.
Gewitter – Wetter
Das Gefährlichste an Gewittern sind ihre Blitzschläge. Wie Du weiter oben in der Erklärung schon gelernt hast, kann ein Blitzeinschlag aufgrund seiner enormen Kraft auch Menschenleben gefährden.
Vom Blitz getroffen zu werden, führt in den meisten Fällen zum sofortigen Tode, da ungefähr 100 Millionen Volt und mehrere 10.000 Ampere auf den Körper einwirken. Diese Stromstärke führt zum Herzstillstand.
Mit Gewittern sind aber zusätzlich noch weitere Wettererscheinungen verbunden, die in den meisten Fällen sehr gefährliche Auswirkungen haben. Beispiele dafür sind:
- Hagel
- Starkniederschlag
- Windböen
- Überschwemmungen
Trockenes Gewitter
Von einem trockenen Gewitter ist die Rede, sobald der Niederschlag am Erdboden ausbleibt. Dass der Niederschlag teilweise ausbleibt, liegt daran, dass der Regen in sehr trockenen Luftmassen zwischen Boden und Wolkenuntergrenze verdunstet.
Die Verdunstung beschreibt den Übergang von Wasser vom flüssigen in den gasförmigen Zustand.
Dass der Regen ausbleibt, macht ein trockenes Gewitter sehr gefährlich, da die brandhemmende Wirkung des Regens nicht mehr vorhanden ist.
Gewitter – Das Wichtigste
- Gewitter sind komplexe meteorologische Erscheinungen, die mit luftelektrischen Entladungen verbunden sind.
- Luftelektrische Entladungen drücken sich in Form von Blitzen und Donnern aus.
- Ein Blitz wird bei einem Gewitter als sehr helle Lichterscheinung wahrgenommen. Diese Lichterscheinung ist ein starker elektrischer Strom, der die elektrische Ladung der Wolken ausgleicht.
- Dem durch Blitze verursachten Ladungsausgleich folgt die Ausbreitung von Schallwellen, die als Donner bekannt sind.
- 3 Sekunden zwischen Blitz und Donner entsprechen ungefähr 1 Kilometer Entfernung.
- Bei den Gewitterarten wird zwischen Wärmegewitter und Kaltfrontgewitter unterschieden.
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