Wie funktioniert ein Gewitter?

An einem schönen Sommertag erwärmt die Sonne den Erdboden. Überall steigt die heiße Luft in großen Blasen auf. Sobald diese in etwa 2000 Metern Höhe in kalte Luftschichten geraten, kondensiert der in ihnen enthaltene Wasserdampf. Es bilden sich Wassertröpfchen und Eiskristalle. Dieses flüssige oder feste Wasser können wir im Gegensatz zum Wasserdampf sehen: Vor unseren Augen entsteht am blauen Himmel eine Wolke. Diese kleinen Wolken nennt man Cumulus oder Quellwolken. Das ist ein treffender Name, denn man kann zusehen, wie sie aufquellen. Sie verschwinden meist nach kurzer Zeit wieder, weil das sie bildende Wasser verdampft.

An sehr heißen Tagen aber steigt die Luft nicht in einzelnen Blasen auf, sondern in einem Strom, der nicht abreißt. Wenn die aufsteigende Luft zudem noch feucht ist, wächst die von ihr gebildete Wolke immer mehr an. Der Wolkenturm quillt höher und höher, seine Spitze kann eine Höhe von 7000 Metern erreichen. In der Wolke quirlen gewaltige Auf- und Abwinde umeinander. Die warme Luft steigt mit Geschwindigkeiten von bis zu 100 Kilometern in der Stunde nach oben und eiskalte Luft fällt mit derselben Geschwindigkeit dem Boden entgegen.

In den obersten Schichten der Wolke kühlt das Wasser so stark ab, daß es gefriert. Bei diesem Gefrieren des Wassers entstehen die elektrischen Ladungen, die die Ursache für Blitz und Donner sind. Früher dachte man, die Teilchen würden sich aufladen, wenn sich Wassertropfen und Eiskristalle in der wirbelnden Luft aneinander reiben. Heute weiß man, daß dies nicht die Ursache sein kann. Man glaubt, daß vielmehr bei der Bildung der Eiskristalle selbst die Ladungen entstehen. Anscheinend sind die Eiskristalle, die am oberen Ende der Wolke entstehen, sozusagen 'von selbst' negativ geladen. Wenn sie in der Wolke absinken, nehmen sie ihre Ladung mit und hinterlassen eine positive Gegenladung. Daher ist eine Gewitterwolke oben positiv und unten negativ geladen.

Wird die Spannung zwischen den entgegengesetzt geladenen Schichten zu groß, etwa eine Million Volt pro Meter, dann beginnt elektrischer Strom zwischen ihnen zu fließen. Was dann geschieht, bezeichnet man als Blitz. Die meisten Blitze gleichen die Spannung innerhalb der Wolke aus, aber manche zucken auch in Richtung Erdboden, da dieser im Vergleich zur Unterseite der Wolke ebenfalls positiv geladen ist. Bei einem Blitz fließt ein Strom von zwischen zehntausend und fünfzigtausend Ampere durch einen Kanal, der nur wenige Zentimeter Durchmesser hat. Dabei wird die Luft auf dreißigtausend Grad Celsius aufgeheizt. Bei dieser Temperatur wird die Luft für einen kurzen Augenblick zum Glühen gebracht, und deswegen leuchtet der Blitz. Gleichzeitig dehnt sich die erhitzte Luft explosionsartig aus, was den Donner verursacht. Ein naher Blitz erzeugt einen scharfen Knall, während bei einem entfernten Blitz der ursprüngliche Knall mit seinen Echos vermischt ist - der Donner grollt.

Die wenigsten Blitze hinterlassen bei ihrem Einschlag Spuren, weil ihre Energie zumeist harmlos in den Erdboden abfließt. Schlägt ein Blitz aber in einen Baum, so kann dieser explodieren, weil das Wasser in seinen Zellen schlagartig verdampft. Und falls sich ein Gewitter über einem Strand austobt, findet man danach manchmal Donnerkeile. Das sind fingerdicke Röhren aus geschmolzenem Sand, die anzeigen, wo der Blitz eingeschlagen hat.