Blitz

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Ein Blitz ist ein natürlicher Lichtbogen infolge einer elektrostatischen Entladung zwischen Wolken oder zwischen Wolken und der Erde. Die Vorgänge bei der Blitzentstehung sind jedoch deutlich komplexer als bei reinen Funkenentladungen. Blitze treten während Gewittern auf und verursachen Donner.

Wegen seines schnellen Zündens ist der Blitz ein Synonym für hohe Geschwindigkeit.

Umgangssprachlich werden kurzzeitige helle Lichterscheinungen unabhängig von ihrer Ursache als Blitz bezeichnet.

Mythologie

Die Germanen deuteten den Blitz als sichtbares Zeichen dafür, dass Thor seinen Hammer zur Erde geschleudert hatte. Bei den Slawen war es der Gewittergott Perun. Auch Zeus/Jupiter war für Blitz und Donner zuständig (In Renaissance-Darstellungen hält Zeus als Attribut ein Bündel Blitze in der Hand – antike Darstellungen dieser Art sind nicht bekannt). Den Gewittergöttern Zeus/Jupiter und Donar war außerdem die Eiche geweiht, vielleicht findet sich hier auch der Ursprung für den oft zitierten Spruch: Vor den Eichen sollst du weichen ...

Die Etrusker sahen in Blitzen Orakel, durch die sie die Zukunft und die Welt zu deuten versuchten. Die sogenannten libri fungurales erläuterten die Deutung der Blitze. Schon zu dieser Zeit (zwischen 800–600 v. Chr.) wurden Blitze kategorisiert und beobachtet.

In der biblischen Überlieferung werden Blitze (und Donner) zum Beispiel für den Zorn Gottes verwendet (2.Mose 9,24; 2.Samuel 22,15; Hiob 37; Psalm 18), für das Strafgericht Gottes (Sach 9,14), für Gottes Offenbarung an die Menschen (2. Mose 20,18; OffbJoh 4,5), für das Kommen des Menschensohnes (Matthäus 24,27; Lukas 17,24), für das Fallen des Satans (Lukas 10,18), und für das Wesen der Engel und Auferstandenen (Hes 1,14; Daniel 10,6; Matthäus 28,3).

Forschung

Benjamin Franklin bewies 1752 die Hypothese, dass bei Gewittern eine elektrische Spannung zwischen Wolken und der Erde besteht, indem er einen Drachen in aufziehende Gewitterwolken aufsteigen ließ und so eine Funkenentladung auslöste.

Bis heute sind allerdings nicht alle Erscheinungformen von Blitzen, beziehungsweise Effekte, die mit Blitzen in Zusammenhang gebracht werden, umfassend und unumstritten wissenschaftlich erklärt. Insbesondere ist nicht ausreichend erklärbar, wie die Ladungsunterschiede entstehen, die zum Blitz führen.

Zur Messung von Blitzen werden häufig Raketen abgeschossen, die einen stromdurchflossenen Draht hinter sich herziehen. Der Blitz gelangt durch den Draht zur Messstation, wo er analysiert werden kann. Andere Verfahren stützen sich auf Wetterballons oder Messungen durch Flugzeuge.

In Österreich läuft auf dem Salzburger Gaisberg ein Blitzforschungsprojekt von ALDIS.

In Brasilien untersucht das DLR-Forschungsflugzeug Falcon die Entstehung von Stickoxiden durch Blitze in tropischen Gewittern.

Im Jahre 2001 konnte nachgewiesen werden, dass Blitze auch Röntgen- und Gammastrahlung aussenden. Diese Ergebnisse wurden in den folgenden Jahren vielfach bestätigt, besonders durch den Nachweis von Gammastrahlung aus Gewitterzonen durch den Nasa-Forschungssatelliten RHESSI.

Weiterhin können im Blitzkanal auch Kernfusionsreaktionen stattfinden, wie durch Messungen an der DYAIZA Einrichtung (Moskau/Vorobyevyer Berge) festgestellt wurde, wobei der während der Entladung auftretende Neutronenfluss einige Hundertfache des natürlichen Neutronenflusses (ca. 50 pro cm² und Stunde) betragen kann ^*.

Entstehung

Ladungen in einer Gewitterwolke

Durch die Auf- und Abwinde in der Wolke und die ungleiche Verteilung von Eis und Wasser entstehen Räume mit positiven und negativen Ladungen. Es handelt sich dabei um Raumladungen, das heißt, dass ein Gebiet mit positiver Ladung sowohl positive wie negative Ionen enthält, aber die positiven überwiegen. Der obere Teil der Gewitterwolke ist normalerweise positiv und der untere negativ geladen. Der Übergang zwischen positiven und negativen Ladungen findet normalerweise in einer Höhe statt, in der die Temperatur zwischen −10°C und −15°C beträgt. Dort findet auch der Übergang zwischen Wassertropfen und Eiskristallen statt, was nahe legt, dass eine Wolke im oberen Bereich vereisen muss, damit Blitze entstehen können. Wahrscheinlich verlieren nach unten fallende Eiskristalle (genauer gesagt Graupel) durch Reibung Elektronen, wodurch die Ladungstrennung zu erklären ist. Weiterhin werden positive Ladungen oft in den unteren Teilen der Wolke beobachtet, wo die stärksten Aufwinde herrschen. Wenn die elektrische Spannung zwischen den verschiedenen Teilen des Cumulonimbus sehr groß wird, kann es zu einem Blitz kommen.

Spannungen innerhalb einer Gewitterwolke

Ein Blitz ist ein Spannungsausgleich innerhalb der Wolke (Wolkenblitz) oder zwischen dem Erdboden und dem unteren Teil der Wolke (Erdblitz). Für Blitze zwischen Wolke und Erde muss der Spannungsunterschied einige 10 Millionen Volt betragen. In Luft kommt es erst zu einer elektrischen Funkenentladung bei einer Feldstärke von ca. 3 Millionen Volt pro Meter (der so genannten Durchbruchfeldstärke), dieser Wert ist stark von der Luftfeuchtigkeit abhängig. Allerdings wurden solche Feldstärken in einer Gewitterwolke noch nie gemessen (Messungen ergeben nur extrem selten Feldstärken von über 200.000 V/m, was deutlich unter dem Wert für den Durchbruch liegt). Die Luft muss zuerst durch Ionisation leitfähig gemacht werden, damit es zu einer Blitzentladung kommen kann.

Entstehung eines Blitzkanals durch Ionisation

Einige Forscher, als erster der spätere Nobelpreisträger Charles Thomson Rees Wilson im Jahre 1925, gehen davon aus, dass den Anfang eines Blitzes durch kosmische Strahlung angeregte Elektronen bilden. Trifft ein solches Elektron auf ein Luftmolekül einer Gewitterwolke, so werden weitere hochenergetische Elektronen freigesetzt. Es kommt zu einer Kettenreaktion, in deren Folge eine Elektronenlawine entsteht (so genannte Runaway-Elektronen, der genaue Mechanismus findet sich im Artikel Runaway-Breakdown).

Einer Blitzentladung geht eine Serie von Vorentladungen voraus, die gegen die Erdoberfläche gerichtet sind. Dabei wird ein Blitzkanal (Leitblitz) geschaffen, d. h. ein elektrisch leitender Kanal wird durch Stoßionisation durch die Runaway-Elektronen gebildet. Der ionisierte Blitzkanal baut sich stufenweise auf, bis er zwischen Erdoberfläche und Wolke hergestellt ist. Die Vorentladungen sind zwar Richtung Erdboden gerichtet, variieren aber alle paar Meter leicht ihre Richtung und können sich stellenweise aufspalten. Dadurch kommen die Zick-Zack-Form und die Verästelungen des Linienblitzes zu Stande. Der Leitblitz emittiert - wie neue Forschungen zeigen - auch Röntgenstrahlung mit einer Energie von 250.000 Elektronenvolt (siehe hierzu die Literaturhinweise).

Kurz bevor die Vorentladungen den Erdboden erreichen geht vom Boden eine Fangentladung aus, welche bläulich und sehr dunkel ist. Diese tritt meistens bei spitzen Gegenständen (wie Bäumen, Masten oder Kirchtürmen) aus, welche sich von der Umgebung abheben. Die Fangentladung trifft häufig, aber nicht immer mit den Vorentladungen zusammen und bildet einen geschlossenen Blitzkanal zwischen Wolke und Erdboden. Der Blitzkanal weist maximal 12 mm im Durchmesser auf. Durch diesen Kanal erfolgt dann die Hauptentladung, welche sehr hell ist und als Blitz wahrgenommen wird. Das Leuchten des Blitzes wird durch die Bildung von Plasma verursacht.

Dauer und Stromstärke von einzelnen Blitzentladungen

Im Durchschnitt bilden 4 bis 5 Hauptentladungen einen Blitz. Die Vorentladungen benötigen zusammengenommen etwa 0,01 s, die Hauptentladung dauert nur 0,0004 s. Nach einer Erholungspause zwischen 0,03 s und 0,05 s erfolgt eine neue Entladung. Es wurden schon bis zu 42 aufeinander folgende Entladungen beobachtet. Dadurch kommt das Flackern eines Blitzes zu Stande, welches man mit bloßem Auge erkennen kann. Die Stromstärke einer Hauptentladung beträgt im Durchschnitt etwa 20.000 Ampere. Bei den Vorentladungen wird der Erdoberfläche meistens negative Ladung zugeführt und bei den Hauptentladungen wird der Atmosphäre meistens positive Ladung zugeführt. Dies entspricht einem elektrischen Strom von der Erdoberfläche zur Atmosphäre. In seltenen Fällen wird positive Ladung der Erdoberfläche zugeführt. Man spricht dann von einem positiven Erdblitz. Meistens handelt es sich hierbei um eine besonders intensive Entladung, deren Hauptentladung auch deutlich länger anhält als beim Negativblitz.

Länge eines Blitzes

Die durchschnittliche Länge eines Erdblitzes beträgt in mittleren Breiten 1 bis 2 km, in den Tropen 2 bis 3 km. Ein Wolkenblitz ist ca. 5 bis 7 Kilometer lang, es wurden aber mittels Blitzradar auch (in Wolken) schon Längen von 140 km bestimmt.

Entstehung des Donners

Hauptartikel: Donner

Um den Blitzkanal wird die Luft schlagartig auf bis zu 30.000 °C erhitzt, was dem Fünffachen der Oberflächentemperatur der Sonne entspricht. Dies führt zu einer explosionsartigen Ausdehnung der Luft, wodurch der Knall des Donners hervorgerufen wird. Da der Schall im Gegensatz zum Licht (ca. 300.000 km/s) nur eine Geschwindigkeit von 332 m/s (bei 0 °C) aufweist, kann man aus der Zeit zwischen dem Blitz und dem Donner die Entfernung des Blitzes berechnen (drei Sekunden entsprechen recht genau einem Kilometer). Das Grollen des Donners kommt durch Echo-Effekte und durch unterschiedliche Distanzen zum Blitzkanal zustande und ist ab einer gewissen Entfernung zum Blitzeinschlag hörbar. Blitzentladungen innerhalb der Wolke werden gewöhnlich von einem gedehnteren und weniger scharf polternden Schall begleitet. Dies hängt zum einem mit der gewöhnlich größeren Distanz zusammen, ist aber vor allem auf die verschiedene Struktur von Erdblitz und Wolkenblitz zurückzuführen.

Erscheinungsformen

Linienblitz

Ein Linienblitz hat keine Verzweigungen. Er sucht sich jedoch nicht immer den direkten Weg zum Erdboden, sondern kann auch Bögen beschreiben, die aus einer bestimmten Perspektive als Knoten und kreisförmige Verschlingungen gesehen werden können.

Flächenblitz

Ein Flächenblitz zeigt zahlreiche Verzweigungen vom Hauptblitzkanal.

Perlschnurblitz

Der Perlschnurblitz ist eine Blitzart, bei der der Blitz nicht durch einen zusammenhängenden Blitzkanal gekennzeichnet ist, sondern in einzelne, meistens nur wenige Meter lange Segmente zerfällt. Diese einzelnen Segmente leuchten heller und meistens auch etwas länger als ein "normaler" Linienblitz. Von weitem betrachtet sehen die kurzen, leuchtenden Segmente des Blitzes wie eine Perlenschnur aus.

Perlschnurblitze sind wie Kugelblitze sehr seltene Blitzphänomene. In Laboren ist es bereits gelungen, Perlschnurblitze künstlich zu erzeugen. Dennoch hat man ihre Bildung noch nicht restlos verstanden: als Ursache könnten Instabilitäten im Plasma des Blitzkanals in Frage kommen.

Kugelblitz

Hauptartikel: Kugelblitz

Die Existenz des (meistens als etwa fußballgroße Erscheinung beschriebenen) Kugelblitzes ist eine heute noch umstrittene Frage, obwohl es durchaus Fotos gibt. Die nur selten berichteten Phänomene können angeblich durch Mauern dringen und sich langsam in Bodennähe bewegen. Künstliche Kugelblitze sollen in einigen Laboren schon erzeugt worden sein.

Wetterleuchten

Wetterleuchten.jpg

Unter Wetterleuchten (mittelhochdt. weterleichen zu "weter" (Wetter) + "leichen" (tanzen, hüpfen), nicht verwandt mit leuchten, wie oft angenommen) wird meistens der Widerschein von Blitzen verstanden, wenn man die Blitze selbst nicht sieht. Es kann bei einem weit entfernten Gewitter oder bei Blitzen, die sich innerhalb von Wolken entladen, entstehen. Den Donner hört man wegen der großen Distanzen meistens nicht mehr deutlich.

St.-Elms-Feuer

Hauptartikel: Elmsfeuer

Ein Elms-Feuer ist eine Funkenentladung. Sie tritt meistens an hohen Gegenständen wie Antennenmasten, Schiffsmasten, Flugzeugen (beim Fliegen in Gewitternähe oder einer mit Aschepartikeln durchtränkten Luftschicht) oder Gipfelkreuzen auf. Bergsteiger berichten öfters, dass diese sog. Spitzenentladung auch am Pickel auftritt, den man daher bei Gewittern nicht in der Hand tragen soll.

Positiver Blitz

Ein positiver Blitz ist ein Blitz, bei dem die Blitzentladung aus dem oberen, positiv geladenen Teil der Wolke zum Boden erfolgt. Diese Blitze sind um einiges stärker als "normale" negative Blitze und können kilometerweit vom eigentlichen Gewitter entfernt einschlagen. Zusätzlich "brennen" sie auch länger als ein negativer Blitz, wodurch sie einen weit größeren Schaden anrichten können. Es wird vermutet, dass positive Blitzschläge Auslöser der Red Sprites sind.

Blue Jets, Red Sprites und Elfen

RedSprite.jpg Bei den „Elfen“ (engl.: Elves) handelt es sich um Blitzentladungen, die die Gase in der Ionosphäre erleuchten. Sie treten über großen Gewitterwolken als rötlicher Ring in etwa 90 km Höhe auf und werden vermutlich durch Wolkenblitze induziert.

Die „Kobolde“ (engl.: Sprites) tauchen in der Mesosphäre in einer Höhe von etwa 70 km ebenfalls über gewaltigen Gewittern auf. Sie breiten sich im Millisekundenbereich nach oben und unten aus, erscheinen meistens rötlich und haben unterschiedliche Formen, von Pilzgebilden bis hin zu Lattenzäunen. Sie entstehen oberhalb der Wolken, unter denen sich ein positiver Blitz seinen Weg zur Erde bahnt. Das bedeutet, dass positive Blitze und Sprites zusammen auftreten – der Blitz unterhalb der Wolke und der Sprite oberhalb der Wolke.

In rund 40 km Höhe entstehen auf ähnliche Weise die blauen kegelförmigen Entladungen, die aber Zehntelsekunden dauern können und nach verschiedenen Quellen auf- oder abwärts laufen. Erste Berichte stammen aus dem Jahr 1989, doch vermutlich gab es schon vor dieser Zeit Beobachtungen von Blue Jets und Red Sprites. Flugzeugpiloten, die dieses Phänomen beobachten konnten, behielten es für sich, da sie sonst eventuell außer Dienst gestellt worden wären, wenn man ihnen nicht geglaubt hätte.

Weblink: Spiegel-online

Extragalaktische Blitze

In der höheren Erdatmosphäre werden durch einzelne extrem energiereiche Gammastrahlungs-Quanten von Galaxien und Supernova-Überresten schwache Lichtblitze durch deren Wechselwirkung mit der Atmosphäre ausgelöst. Diese Tscherenkow-Blitze sind allerdings kaum sichtbar, obwohl die Gammaquanten enorme Energien von einigen Tera-eV haben (billionenmal mehr als Lichtquanten, etwa soviel wie ein ins Tor fliegender Fußball). Diese Blitze untersucht man mit so genannten Tscherenkow-Teleskopen, mit deren Hilfe man nun auch vom Erdboden aus indirekt extraterrestrische Gammastrahlenquellen beobachten kann, da Gammastrahlen von der Erdatmosphäre absorbiert werden. Die Beobachtung der Tscherenkow-Blitze mittels Tscherenkow-Teleskopen hat somit neue Möglichkeiten in der vorher nur weltraumgestützten Gammaastronomie eröffnet. Das erste große Tscherenkow-Teleskop, das High Energy Stereoscopic System ging 2002 in Namibia in Betrieb und registriert nun die „Blauen Blitze“ mit einer Anordnung von vier großen Spiegeln .

Das Projekt wird von 70 Wissenschaftlern aus Europa und Afrika betreut (aus Deutschland das MPI Heidelberg und vier norddeutsche Institute). Die Forschungen begannen 1989 am Whipple-Tscherenkow-Teleskop, einem Metallspiegel von etwa 10 Metern. Interessant ist der Effekt weniger für Meteorologen als für Astronomen, weil diese nichtthermische Strahlung im gesamten Universum etwa soviel wie die Lichtstrahlung ausmachen könnte.

Häufigkeit von Blitzen

Global Lightning Frequency.jpg

Weltweit gibt es jederzeit 2.000 bis 3.000 Gewitter, was auf der gesamten Erde täglich 10 bis 30 Millionen Blitze ergibt (andere Schätzungen gehen nur von 4 Millionen aus). Das sind über 100 Blitze in jeder Sekunde. Doch nur 10 % aller Blitze schlagen in den Boden ein. Am Ort des Einschlags können sie Temperaturen von mehreren 1000° Celsius erzeugen.

In der Bundesrepublik Deutschland gab es 2003 über 2 Millionen Blitze. In Österreich schwankt die seit 1992 registrierte Zahl zwischen 104.000 und 222.000, davon allerdings 70 % in der südöstlichen Landeshälfte und nur 10 % im alpinen Tirol. Die bisherige Regel, dass im Gebirge mehr Blitze auftreten, dürfte also nicht überall gelten.

Die allgemeine Blitzhäufigkeit in Deutschland liegt zwischen 0,5 und zehn Einschlägen pro Quadratkilometer und Jahr. Der Schnitt Bayerns liegt bei weniger als einem Blitz pro km² jährlich, in Österreich und Norditalien bei 1–2, in Slowenien bei 3. Fast überall gibt es kleinere Bereiche, in denen die Blitzhäufigkeit zwei- bis dreimal höher als in der Umgebung ist und umgekehrt.

Ferner hängt die Blitzhäufigkeit sehr stark von der Jahreszeit ab. Im Juli und August kommt es zu vielen Blitzschlägen, im Januar gibt es fast keine. Zudem gibt es in Großstädten mehr Blitze, was vermutlich mit der Luftverschmutzung und der Lufttemperatur zusammen hängt.

Am häufigsten blitzt es in Deutschland im Schwarzwald, in Österreich und Italien an den Südlichen Kalkalpen. Besonders häufig kommen Blitze in Durban in Südafrika vor.

Ein Maß für die Gewitterhäufigkeit in einem Gebiet ist der isokeraunische Pegel.

Ortung

Blitze rufen starke elektromagnetische Störungen im Funkverkehr hervor. Auf „leeren“ Radiofrequenzen der Lang- und Mittelwelle machen sich Blitze durch deutliches Knacken bemerkbar. Dieses Phänomen wird zur automatischen Ortung von Blitzeinschlägen genutzt. Die Ergebnisse sind auf diversen Internetseiten als Blitzkarten erhältlich. Gegen Versicherungsbetrug nutzen Versicherungen Meldesysteme von zum Beispiel Siemens oder des österreichischen bis Mitteldeutschland reichenden ALDIS, welche Blitzeinschläge auf wenige Meter genau orten.

Blitzstatistik

Österreich

	Burgenland		Kärnten		Niederösterreich		Oberösterreich		Salzburg		Steiermark		Tirol]		Vorarlberg		Wien		Gesamt
Jahr	Anzahl	pro km²	Anzahl	pro km²	Anzahl	pro km²	Anzahl	pro km²	Anzahl	pro km²	Anzahl	pro km²	Anzahl	pro km²	Anzahl	pro km²	Anzahl	pro km²	Anzahl	pro km²
1992	4.071	1,0	13.265	1,4	19.094	1,0	9.304	0,8	12.878	1,8	29.013	1,8	14.771	1,2	2.328	0,9	194	0,5	104.918	1,3
1993	7.979	2,0	31.293	3,3	40.701	2,1	28.291	2,4	22.614	3,2	59.656	3,6	28.155	2,2	3.384	1,3	296	0,7	222.369	2,7
1994	5.233	1,3	27.712	2,9	22.766	1,2	12.395	1,0	15.343	2,1	41.881	2,6	25.715	2,0	3.190	1,2	244	0,6	154.479	1,8
1995	5.560	1,4	24.294	2,5	23.892	1,2	10.467	0,9	12.295	1,7	34.423	2,1	17.992	1,4	2.120	0,8	426	1,0	131.469	1,6
1996	6.014	1,5	14.756	1,5	21.262	1,1	14.153	1,2	11.853	1,7	32.690	2,0	16.665	1,3	1.835	0,7	373	0,9	119.601	1,4
1997	5.164	1,3	23.893	2,5	20.043	1,0	12.299	1,0	10.380	1,5	39.761	2,4	10.793	0,9	962	0,4	241	0,6	123.536	1,5
1998	10.521	2,7	30.567	3,2	28.340	1,5	16.032	1,3	15.110	2,1	55.805	3,4	21.770	1,7	1.349	0,5	664	1,6	180.158	2,1
1999	3.770	1,0	17.771	1,9	20.592	1,1	10.261	0,9	7.786	1,1	28.270	1,7	10.252	0,8	1.224	0,5	256	0,6	100.182	1,2
2000	7.849	2,0	29.079	3,0	34.074	1,8	21.522	1,8	18.993	2,7	54.673	3,3	23.286	1,8	3.745	1,4	707	1,7	193.928	2,3
2001	5.973	1,5	17.263	1,8	24.456	1,3	16.986	1,4	10.055	1,4	29.022	1,8	14.538	1,1	1.897	0,7	368	0,9	120.558	1,4
2002	8.642	2,2	21.588	2,3	39.506	2,1	27.328	2,3	14.148	2,0	41.864	2,6	24.241	1,9	3.874	1,5	613	1,5	181.804	2,2
2003	7.620	1,9	41.241	4,3	32.510	1,7	23.636	2,0	20.555	2,9	53.095	3,2	28.483	2,3	3.419	1,3	1.196	2,9	211.755	2,5
2004	4.834	1,2	17.941	1,9	20.249	1,1	17.600	1,5	9.813	1,4	36.050	2,2	12.596	1,0	2.942	1,1	476	1,1	122.501	1,5
2005	3.996	1,0	18.923	2,0	36.400	1,9	31.584	2,6	12.289	1,7	58.585	3,6	14.318	1,1	1.577	0,6	317	0,8	177.989	2,1
Durchschnitt	6.230	1,6	23.542	2,5	27.420	1,4	17.990	1,5	13.865	1,9	42.485	2,6	18.827	1,5	2.418	0,9	455	1,1	153.232	1,8

Quelle: österreichische Blitzortungssystem ALDIS

Blitzschäden

Tree-after-lightning - NOAA.jpg

Blitze richten in Deutschland jährlich Schäden in Höhe von mehreren Millionen Euro an. Durch Blitzeinschlag können Haus- und Waldbrände entstehen sowie elektrische und elektronische Geräte beschädigt werden. Zum Schutz werden viele Gebäude mit einem Blitzschutzsystem versehen. Von Versicherungsgesellschaften wird der Blitzschutz jedoch nicht ausdrücklich verlangt. Überspannungsschutzsteckdosen für elektronische Geräte wie Computer sind die letzten Glieder einer Kette von Maßnahmen des Blitzschutzes. Werden sie allein eingesetzt, schützen sie höchstens bei weit entfernten Blitzeinschlägen.

Während eines Gewitters ist man im Freien – vor allem auf erhöhten Standpunkten – der Gefahr des Blitzschlags ausgesetzt. Am sichersten ist man in einem Haus. In Autos ist man in der Regel auch relativ sicher, da diese wie ein Faradayscher Käfig funktionieren und den Blitz außen ableiten sollen. Je nach Beschaffenheit der Außenhaut des Fahrzeugs (Kunststoff) kann dies jedoch nicht immer zutreffen; es gibt in der Literatur Hinweise, dass es zu Personenschäden in Fahrzeugen gekommen sein soll.

Tödlicher Blitzschlag ist in Deutschland selten geworden; die durchschnittlich 3 bis 7 Todesopfer pro Jahr ließen sich durch weitere Vorsichtsmaßnahmen noch weiter reduzieren. Im 19. Jahrhundert wurden in Deutschland noch an die 300 Personen jährlich vom Blitz getötet, da wesentlich mehr Menschen auf freiem Feld arbeiteten und sie sich nicht in Faradaysche Käfige wie Autos, Traktoren oder Mähdrescher zurückziehen konnten. Im Jahr 2002 starben in Deutschland drei Menschen an einem Blitzschlag.

Beim Einschlag eines Blitzes kann eine elektrische Spannung von mehr als 100 Millionen Volt zwischen Wolken und Erde vorliegen. Derartige Spannungsunterschiede bauen sich durch Reibungsvorgänge zwischen Eiskristallen in Gewitterwolken auf. Beim Blitzschlag fließt ein Strom von etwa 20.000 bis 200.000 Ampere.

Die Temperatur am Einschlagpunkt, wo bei Metallen ein kleines Loch geschmolzen wird, kann bis über 30.000° Celsius betragen.

In den USA gibt es eine Selbsthilfegruppe blitzschlaggeschädigter Menschen und deren Angehöriger.

Ein besonders spektakulärer Blitzschaden ereignete sich 1970 am Langwellensender Orlunda in Schweden. Damals zerstörte ein Blitzschlag den Fußpunktisolator des 250 Meter hohen Zentralmasten des Langwellensenders und brachte diesen hierdurch zum Einsturz.

Verhalten bei Gewittern

Um nicht vom Blitz verletzt zu werden, gilt es, folgendes zu beachten:

Schutz in Gebäuden oder Fahrzeugen suchen. Fahrzeuge mit geschlossener Metallkarosserie und viele Gebäude mit einem hochwertigen Blitzschutzsystem wirken wie ein Faradayscher Käfig und bieten so maximale Sicherheit. Da Badewannen, Duschwannen und Wasserleitungen in der Regel geerdet sein müssen und deshalb bei einem Einschlag oft Blitzstrom führen, sollte bei Gewitter nicht gebadet oder geduscht werden.
Wenn kein Schutz in Gebäuden oder Fahrzeugen gefunden werden kann:

Um nicht direkt vom Blitz getroffen zu werden:

Auf offenem Gelände Hügel und Höhenzüge meiden.
Aufenthalt in Gewässern und Schwimmbecken vermeiden.
Füße zusammenstellen, in die Hocke gehen, Arme am Körper halten und den Kopf einziehen.

Um nicht von Sekundäreffekten betroffen zu sein:

Die unmittelbare Nähe von Bäumen, Masten und Türmen meiden. Blitze schlagen besonders häufig in hohe Objekte ein, gerade wenn sie frei stehen. Wenn die Grundfläche des Objekts klein ist, ist die Potenzialdifferenz des Bodens in seiner unmittelbaren Nähe besonders groß und die mögliche Schrittspannung deshalb besonders hoch. Wenn die Leitfähigkeit des Objekts eingeschränkt ist, wie zum Beispiel bei Bäumen, besteht die Gefahr umhergeschleuderter abgesprengter Teile und des Austritts des Blitzes in Bodennähe.
Höhleneingänge und enge Mulden meiden. Besser auf ebenes Terrain stellen oder tiefer in die Höhle gehen. Der Blitz verteilt sich nach einem Einschlag zunächst nahe der Bodenoberfläche, der er an Höhleneingängen und engen Mulden unter Umständen nicht folgen kann. Dann springt ein Sekundärblitz über, von dem Schutzsuchende getroffen werden können.
Nicht hinlegen, sondern den Kontaktbereich zum Boden minimieren. Mit zusammengestellten Füßen in der Hocke verharren und sich nicht mit den Händen abstützen. Gummisohlen und isolierende Materialien als Standfläche sind vorteilhaft. Gegen einen direkten Blitzschlag können sie aber auch dann nicht schützen, wenn sie mehrere Zentimeter dick sind.

Die Sicherheit hängt vom vorausschauenden Verhalten ab: Nachdem das Gewitter bemerkt wurde, sollte abhängig von seiner Entfernung und Geschwindigkeit der sicherste erreichbare Zufluchtsort angestrebt werden. Anhand der Zeitdifferenz zwischen Blitz (Lichtgeschwindigkeit) und Donner (Schallgeschwindigkeit ca. 340 Meter/sek) lässt sich die Entfernung des Blitzes berechnen. Durch Wiederholung der Berechnung lässt sich die Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit des Gewitters abschätzen: Jede Sekunde, die der Abstand zwischen Blitz und Donner kürzer wird, ist es 340 m näher gekommen. Unter 3 Sekunden zwischen Blitz und Donner, also unter ca. 1 km Entfernung, ist jederzeit die Möglichkeit eines Einschlags in der Nähe gegeben. Die Zeitspanne von 3 Sekunden kann annähernd abgeschätzt werden, indem man langsam "einundzwanzig, zweiundzwanzig" zählt.

Lebensgefährlich, da wahrscheinlich falsch überliefert, ist ein altes deutsches Sprichwort:

Vor den Eichen sollst du weichen

Und die Weiden sollst du meiden.

Zu den Fichten flieh mitnichten,

Linden sollst du finden,

Doch die Buchen musst du suchen!

Früher wurden niedrige Gewächse (Büsche) im Deutschen als "Bucken" bezeichnet. Man soll sich also eher ins Gebüsch schlagen, als sich neben einen Baum zu stellen.

Baurecht und Blitzschutz

Gesetzliche Vorgaben

Bauliche Anlagen, bei denen nach Lage, Bauart oder Nutzung Blitzschlag leicht eintreten oder zu schweren Folgen führen kann, sind mit dauernd wirksamen Blitzschutzanlagen zu versehen. (Deutschland – Auszug aus der Musterbauordnung 2002)

Bauliche Anlagen sind mit Blitzschutzanlagen, die den Erfahrungen der technischen Wissenschaften entsprechen, auszustatten, wenn sie durch ihre Höhe, Flächenausdehnung, Höhenlage oder Bauweise selbst gefährdet oder widmungsgemäß für den Aufenthalt einer größeren Personenzahl bestimmt sind oder wenn sie wegen ihres Verwendungszweckes, ihres Inhaltes oder zur Vermeidung einer Gefährdung der Nachbarschaft eines Blitzschutzes bedürfen. (Österreich – Auszug aus der Bauordnung Wien)

Diese oder ähnliche Vorgaben finden sich in vielen Landesbauordnungen. Der Gesetzgeber schreibt damit für jedes Bauvorhaben eine Einzelfallprüfung vor. Es ist zu prüfen, ob Blitzschlag leicht eintreten (zum Beispiel anhand der Lage und Ausdehnung des Gebäudes) oder zu schweren Folgen (zum Beispiel Personenschaden) führen kann.

Risikoanalyse – Blitzschutznachweis

Der Gesetzgeber benennt keine technische Regel, nach der diese Prüfung durchgeführt werden soll. Im Prinzip ist daher der Bauherr/Architekt in der Nachweisführung frei, soweit alle im Gesetzestext genannten Einflussgrößen (Lage, Bauart, Nutzung, Folgen) detailliert betrachtet werden.

In der Praxis erweist sich das als gar nicht so einfach, weil in der Regel die erforderlichen Abschätzungen eine entsprechende Erfahrung voraussetzen. Welcher Arbeitsaufwand hinter einer fachgerechten Risikobeurteilung stecken kann, lässt sich anhand der DIN VDE V 0185 Teil 2 ablesen. Diese Norm erfüllt vom Umfang die gesetzlichen Mindestanforderungen, die Anwendung ist also baurechtlich zulässig. Andererseits ist der Aufwand für die Datenerfassung und Berechnung für viele Bauvorhaben unangemessen hoch. Besonders problematisch ist jedoch, dass in Einzelfällen die Berechnungsergebnisse nicht mit dem geltenden Baurecht in Einklang stehen. Der Gesetzgeber oder die Rechtsprechung haben für bestimmte Gebäudetypen/Nutzergruppen andere Festlegungen getroffen. Weichen die Berechnungsergebnisse der Risikoermittlung von den gesetzlichen Forderungen ab, so sind grundsätzlich die höheren Anforderungen umzusetzen.

Die Risikoermittlung wird immer nur der erste Schritt bei der Planung einer Blitzschutzanlage sein, in einem weiteren Schritt sind die baurechtliche Besonderheiten zu berücksichtigen und anschließend sind die in der Risikoermittlung getroffenen Annahmen (ausgewählte Reduktionsfaktoren, Schadenfaktoren usw.) umzusetzen. Auch für die anschließende Planung des Blitzschutzes einer baulichen Anlage werden in der DIN V VDE V 0185 Teil 1 bis 4 weiterführende Aussagen getroffen.

Literatur

Joseph R. Dwyer: Vom Blitz getroffen. In: Spektrum der Wissenschaft 11/05; S. 39ff. (Zu neuen Theorien zur Blitzentstehung)

Weblinks

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