Blitze

Forscher des Nationalen Instituts für Raumforschung in Sao Paulo fanden heraus, dass in Brasilien neben dem Starkblitz, auch der so genannte „Sekundenblitz” auftritt. Im Gegensatz zum Starkblitz, der ca. eine Millisekunde lang dauert, hält dieser bis zu einer halben Sekunde an. Weiterhin beträgt die Ladung des Sekundenblitzes gerade einmal 100 bis 200 Ampere, wogegen beim Starkblitz eine Ladung von 20.000 bis sogar 100.000 Ampere gemessen wird. Bereits seit zwei Jahren sind die Forscher dem Sekundenblitz auf der Spur und seit Anfang 2009 setzen sie ein ausgefeiltes System zur weiteren Erforschung ein.
Dieses System besteht aus Messungen mit Hochgeschwindigkeitskameras, der nationalen Blitzdatenbank (die für die Verzeichnung der Blitzeinschläge zuständig ist) und niedrigfrequenten Elektronensensoren zur Blitzmessung. Die Forscher fanden bereits heraus, dass es vor allem im Süden des Landes vermehrt zu Blitzeinschlägen kommt und dass diese häufig an der gleichen Stelle einschlagen. Bei diesen Einschlägen handelt es sich oftmals um Sekundenblitze.
Trotz seiner relativ schwachen Ladung ist ein Sekundenblitz nicht harmloser als ein stärker geladener Blitz. Er kann trotzdem ganze Telekommunikationsnetzwerke und Stromnetze zerstören.
Es gibt noch viel zu erforschen rund um den Sekundenblitz und in Brasilien bestehen die besten Voraussetzungen dafür. Weltweit schlagen hier aufgrund der Größe und der tropischen Lage die meisten Blitze ein, nämlich zwischen 50 und 60 Millionen pro Jahr.
Leider sind hierbei auch einige Todesopfer zu verzeichnen. Jedes Jahr sterben in Brasilien zwischen 80 und 120 Menschen aufgrund eines Blitzeinschlags. In den USA sind es zwischen 60 und 80, in Deutschland zwischen drei und zehn Menschen.

Schlägt ein Blitz in der Nähe des Menschen ein, ist das genauso lebensgefährlich wie der direkte Einschlag in den Menschen.

Schlägt der Blitz direkt ein, wird der Mensch von 30 000°C heißem Strom getroffen. So unglaublich es auch erscheint, bestehen hier trotzdem Überlebenschancen, da der Großteil des Stroms oft außen über die Haut statt durch den Körper fließt. Ist die Haut allerdings nass, fließt der Stromdurchs Innere, da der elektrische Widerstand sinkt.
Schlägt der Blitz in der Nähe des Menschen ein, kann er auf den Menschen überspringen, was die gleichen Folgen haben kann, wie der direkte Blitzeinschlag.

Die Drei Reaktionen, die der elektrische Strom im menschlichen Körper verursacht, werden unterschieden in:

Thermische Wirkung:
Durch die hohe Wärmeeinwirkung kommt es zu Verbrennungen an der Ein- und Austrittsstelle des Blitzes. Es kann zur Verkohlung von Körperteilen kommen, durch deren starke Verbrennungen die Niere überlastet werde kann, was zum Tod führt.

Chemische Wirkung:
Körperflüssigkeiten, wie Schweiß, Speichel, Blut oder Zellflüssigkeit leiten den elektrischen Strom besonders gut (Elektrolyte). Das Blut kann somit durch die chemische Wirkung des Stromes elektrolytisch zersetzt werden, was zu Vergiftungen führen kann.

Muskelreizende Wirkung:
Ein Großteil der Organe des Mensches funktioniert durch Impulse. Dabei werden die schwachen Impulse vom Gehirn über die Nerven an die Muskeln geleitet. Bei großem Stromfluss im Körper können sich Muskeln verkrampfen und somit nicht mehr bewegt werden. Es kann zu Atemstillstand, Herzstillstand oder Herzkammerflimmern kommen, wenn der Brustkorb betroffen ist.

Auch chronische Muskel- und Gelenkschmerzen, sowie Gehirn- und Nervenschäden traten bereits als Folgeschäden auf. In Deutschland sterben im Jahr zwischen zwei und sieben Menschen an einem Blitzschlag, mehr als hundert tragen Verletzungen davon.

…der Erfinder des Blitzableiters

Der Amerikaner Benjamin Franklin war ein wichtiger Erfinder und Naturwissenschaftler des 18. Jahrhunderts.

Er beschäftigte sich intensiv mit dem Phänomen des Gewitters und fand 1752 heraus, dass ein Blitz eine elektrische Entladung ist, die sich wissenschaftlich belegen lässt. Um dies zu beweisen führte er

sein „Drachenexperiment“ durch. Dabei ließ er einen Drachen aus Seide, der mit einem dünnen Draht verbunden war, direkt unter einer Gewitterwolke aufsteigen. Am Ende dieses Drahtes war ein Schlüssel befestigt, von dem nach einiger Zeit Entladungsfunken auf Franklins Hand übersprangen.

Heute wissen wir, dass bei diesem Experiment weitaus Schlimmeres hätte passieren können.
Denn hätte ein Blitz in den Drachen eingeschlagen, wäre dieser Versuch für Franklin tödlich ausgegangen.
Benjamin Franklin befasste sich dann mit der Vermeidung von Blitzeinschlägen und entwickelte kurze Zeit später Blitzableiter in Form von Eisenstangen, die auf oder neben Gebäuden angebracht, die Blitze abfingen und in den Boden leiteten. Er gilt zwar als Erfinder des Blitzableiters, aber schon vor mehr als 3.000 Jahren, zur Zeit der Pharaonen, sollen an Tempeln vergoldete Masten angebracht worden sein um vor Blitzeinschlag zu schützen.

Noch im 19. Jahrhundert starben ca. 300 Menschen jährlich, da sie vom Blitz getroffen wurden. Zu dieser Zeit arbeitet die meisten Menschen im Freien und konnten sich bei einem Gewitter kaum

schützen. Da sich diese Lebenssituation stetig änderte, verringerte sich auch die Zahl der Todesopfer aufgrund von Blitzeinschlägen. In Deutschland sterben noch ca. 10 Menschen jährlich aufgrund eines Blitzeinschlages.

Die Plasmalampe

In der Plasmalampe, am bekanntesten in Form der Plasmakugel, werden auch künstliche Blitze erzeugt.
Die Plasmalampe existiert in den verschiedensten Variationen, aber der Aufbau ist im Normalfall immer gleich. Sie besteht aus einer durchsichtigen Glaskugel, die mit Edelgasen gefüllt ist (Neon, Xenon). In der Mitte der großen Kugel befindet sich eine Kleinere, die als Elektrode dient. Wird die Plasmalampe nun an Wechselspannung angeschlossen, sind Lichtblitze, die von der inneren Kugel zur Äußeren führen, zu sehen.

Der sog. „Tesla-Transformator“ im Fuß der Kugel erzeugt eine sehr hohe Spannung zwischen der kleinen und der großen Kugel. Dabei werden die Gasatome im inneren beschleunigt und stoßen aneinander. Dabei entsteht der „Blitz aus Licht“, der durch einen Entladungsschlauch fließt. Da das Glas der Kugel den Stromfluss nicht aufhält, wird die Spannung in jedem leitenden Objekt nahe der Kugel induziert. Wenn man beispielsweise die Hand auf die Kugel legt, verändert sich das elektrische Feld und die Blitze werden hauptsächlich von innen zum Kontaktpunkt geleitet.

Blitzschutz

Unter dem Begriff Blitzschutz versteht man die Vorkehrungen um durch Blitzeinschlag verursachte Schäden an Gebäuden zu verhindern.
Es gibt den äußeren Blitzschutz:
Damit sind Ableitungs- und Auffangvorrichtungen gemeint, die den Blitzstrom zur Erdungsanlage leiten. Hierbei gibt es Fangstange oder auch Fangleitungen, die maschenförmig auf dem Dach des Gebäudes verlegt werden.
Daneben gibt es den inneren Blitzschutz:
Dieser ist für den Schutz vor Schäden (z.B. durch Funkenbildung) innerhalb des Gebäudes zuständig. Schutz vor Überspannung der Geräte bietet der Überspannungsableiter, der einen kontrollierten Kurzschluss verursacht.
Durch den sog. Potenzialausgleich wird eine elektrische Verbindung gewährleistet, durch die leitfähige Teile und elektrische Geräte auf gleiches oder ähnliches Potential gebracht werden. Somit wird der große Spannungsunterschied beim Blitzeinschlag ausgeglichen.

Für Menschen ist der sicherste Ort bei Gewittern ein Gebäude mit Blitzschutz. Aber auch in einem Gebäude ohne Blitzschutz ist es sicherer als im Freien. Gut geschützt ist man zudem noch im parkenden Auto.

Falls man keine der genannten Möglichkeiten hat und sich im Freien befindet, sollten folgende Regeln beachtet werden:

• Hügel und Erhöhungen meiden
• in die Hocke gehen, um Einschlagswahrscheinlichkeit zu verringern
• Füße eng schließen, um Schrittspannung zu verringern
• Abstand zu einschlagsgefährdeten Punkten (z.B. Bäume) und metallenen Gegenständen halten

Der Donner

Der Donner entsteht durch die plötzliche Ausdehnung der Luft, die um den Blitzkanal auf bis zu 30.000 °C erhitzt wird. Es entsteht eine Druckwelle aus verdichteten Luftmolekülen.

Diese Druckwelle breitet sich mit Schallgeschwindigkeit aus und ist als lauter Knall, dem Donner, wahrzunehmen.

In bis zu 5 km Nähe ist ein Knall zu hören, ist der Blitz aber weiter entfernt, entspricht das Geräusch des Donners nur einem Raunen oder sog. Rollen.

Das Geräusch des Donners ist oft nicht nur der Knall der Druckwelle, sondern auch deren Echo, das durch Wolken, Berghängen und Gebäuden entstehen kann.

Entladungsformen

Man unterscheidet zwischen Wolkenblitz (Ladungsausgleich innerhalb einer Wolke) und Erdblitz (Ladungsausgleich zwischen Wolke und Erdboden).

Ein Wolkenblitz hat die sog. Wetterleuchte zur Folge. Man sieht den Blitz selbst nicht und hört den Donner aufgrund der hohen Distanz gar nicht oder nur ganz schwach.

Dabei unterscheidet man:

Negativer Wolke-Wolke-Blitz:

Der Blitz verläuft vom negativen Ladungsgebiet ins positive Ladungsgebiet innerhalb der Wolke.

Positiver Wolke-Wolke-Blitz:

Der Blitz verläuft vom positiven Ladungsgebiet ins negative Ladungsgebiet innerhalb der Wolke.

Bei der Blitzentladung zwischen Wolke und Erdboden gibt es vier Unterscheidungen:

Negativer Wolke-Erde-Blitz:

Der Blitz verläuft vom negativen Ladungsgebiet der Wolke zum positiven Erdboden.

Positiver Wolke-Erde-Blitz:

Der Blitz verläuft vom positiven Ladungsgebiet der Wolke zum negativen Erdboden.

Negativer Erde-Wolke-Blitz:

Der Blitz verläuft vom negativen Erdboden zum positiven Ladungsgebiet der Wolke.

Positiver Erde-Wolke-Blitz:

Der Blitz verläuft vom positiven Erdboden zum negativen Ladungsgebiet der Wolke.

Ca. 90% der Blitze zwischen Wolke und Erde entsprechen dem Negativen Wolke-Erde-Blitz.

Blitze, die von der Erde in Richtung Wolke verlaufen, gehen meist von hohen Gebäuden oder Berggipfeln aus, da dort im Umfeld einen besonders hohe elektrische Ladung besteht.

Ein Erdblitz besitzt durchschnittlich eine Länge von 1 bis 2 km, in den Tropen ca. 2 bis 3 km, aufgrund der hohen Luftfeuchtigkeit.
Ein positiver Wolke-Erde-Blitz erreicht Längen bis über 10 km und ein Wolkenblitz ist 5 bis 7 km lang.

Heutzutage können auch künstliche Blitze im Labor erzeugt werden.
Elektronen werden künstlich hergestellt und bilden einen Elektronenstrahl. In diesen Strahl werden dann Acrylstücke gelegt. Die Elektronen stoßen mit den Molekülen des Acryls zusammen, verlangsamen sich und kommen schließlich zum Stillstand.

Da Acryl ein hervorragender Isolator ist, können die Elektronen nicht entweichen. Es entsteht ein sehr hohes elektrisches Feld und somit enormer Druck. Dieser Druck überwindet irgendwann die Isolation des Acryls und die elektrische Ladung entweicht mit großer Wucht aus dem Acryl. Dabei entstehen Blitzmuster auf dem Acryl und ein blau-weißer Blitz, von einem lauten Knall begleitet, tritt aus. Die Entladungsstelle ist an einem kleinen Loch festzustellen.

Blitzeinschlag

Beim Blitzeinschlag werden der direkte und der indirekte Blitzeinschlag unterschieden.
Am Häufigsten entstehen hierbei Schäden durch den Indirekten.

Denn durch Blitzeinschläge ins elektrische Netz der Umgebung kann es zu Überspannungsschäden an Geräten führen, die ans Stromnetz angeschlossen sind. Deshalb ist es immer ratsam sämtliche Stecker zu ziehen, wenn sich ein Gewitter anbahnt. Allerdings gibt es sog. Überspannungsschutzsteckdosen, welche die Überspannung abbauen und somit eine wichtige Komponente in Sachen Blitzschutz sind.
Daneben kann es durch direkte Blitzeinwirkung auch zu Schäden an Gebäuden kommen, wenn durch die hohe Temperatur in Baustoffen enthaltenes Wasser explosionsartig verdampft oder Brände verursacht werden. Durch Blitzeinschläge in Bäume können auch Waldbrände entstehen.

Erscheinungsformen des Blitzes

Wolke-Wolke-Blitz: Diese Blitze sind die am häufigsten entstehenden und die ungefährlichsten. Sie erreichen den Erdboden nicht.

Linienblitz: Die häufigste Erscheinungsform eines Erdblitzes. Es bestehen keine Verästelungen. Allerdings können Knoten oder Verschlingungen entstehen.

Flächenblitz: Der Blitzkanal ist in zahlreiche Verästelungen verzweigt.

Perlschnurblitz: Diese Erscheinungsform ist recht selten. Es besteht kein zusammenhängender Blitzkanal, der Blitz zerfällt in einzelne Segmente, die wie aneinander gereihte Perlen aussehen.

Kugelblitz: Diese Erscheinung ist ein schon lange angezweifeltes Phänomen. Auf den nur wenig vorhandenen Fotos, ist nichts Eindeutiges zu erkennen. Augenzeugen berichten meist über ca. 20cm große Leuchtkugeln, die scheinbar unterschiedliche Färbungen besitzen können. Meistens sind sie rötlicher Farbe, aber es wurden auch schon blaue, grüne und gelbe Objekte gesichtet. Er bleibt zwischen 2 und 8 Sekunden bestehen, selten auch für 30 Sekunden. Sie werden als schwebend oder am Boden rollend beschrieben und können angeblich auch Wände und Fenster unbeschadet durchdringen. Auch von begleitenden Zischgeräuschen wurde berichtet.

Wetterleuchte: Der Blitz selbst ist nicht zu sehen, nur dessen Widerschein. Der Blitz entlädt sich dabei innerhalb von Wolken oder das Gewitter ist weiter entfernt.

Elmsfeuer: Dabei handelt es sich um eine Funkenentladung an hohen Gegenständen, wie z.B. Kirchturmspitzen, Schiffsmasten, Bergspitzen oder Flugzeugen. Das Elmsfeuer tritt nur selten auf, jedoch besteht höchste Gefahr eines Blitzschlages, falls es auftaucht.

Kobold: So wird ein Blitz bezeichnet, der bei einem Gewitter oberhalb der Wolken in die Höhe schlägt. Sie können die unterschiedlichsten Formen annehmen und sind meist rötlich.

Elfe: Es handelt sich um Blitzentladungen über großen Gewitterwolken, die Gase in der Atmosphäre erleuchten. Sie treten als rötlicher Ring auf.