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Himmlischer Funke

In der Antike waren Blitze die Attribute der Götter Zeus und Jupiter; heute beschreiben Physiker das Entstehen von Blitzen anhand solcher Begriffe wie getrennte Ladungen, elektrisches Feld und Ladungsausgleich.

Blitze gibt es, seit es die Erde gibt. Ihr Beitrag zur Entstehung des Lebens war entscheidend: Dank ihrer Energie bildeten sich in der Uratmosphäre Amino- und Nukleinsäuren - erste Bausteine des Lebens. Im merkwürdigen Gegensatz dazu steht, wie Menschen das Himmelsphänomen empfanden: So gut wie immer bedeuteten Blitze Gefahr, Zerstörung und Tod. Die bedrohliche Erscheinung konnte nur von den Göttern kommen. Jupiter und Zeus fuchtelten für die Griechen und Römer mit Blitzen herum; für die Germanen blitzte es, wenn Thor den Hammer zur Erde schleuderte.

Hauksbees Vermutung
Erst am Beginn des 18. Jahrhunderts, als die Elektrizität ihre ersten Geheimnisse preisgab, begann auch die wissenschaftliche Auseinandersetzung mit Blitzen. Der britische Naturforscher Francis Hauksbee vermutete 1707 einen Zusammenhang zwischen Blitzen und Elektrizität. Fast ein halbes Jahrhundert verging, bis der Franzose Thomas-François d'Alibard diesen Zusammenhang nachwies.

Funken aus der Eisenstange
Inspiriert von Benjamin Franklins Veröffentlichung Experiments and Observations on Electricity, ließ d'Alibard einen Unterstand errichten, aus dem eine etwa 13 Meter hohe, nicht geerdete Eisenstange herausragte. Während eines Gewitters am 10. Mai 1752 zog ein Gehilfe d'Alibards Funken aus dem unteren Ende der Eisenstange - der Blitz, einst göttliches Attribut, war als elektrische Erscheinung entlarvt.

Schweben, Reiben, Trennen
Seit Mitte des 18. Jahrhunderts steht also fest: Blitze sind riesengroße Funken. Damit es zu solchen Funken kommt, müssen zunächst Ladungen getrennt werden. Das geschieht in den Gewitterwolken: Eis und Wasser, Hagel und Graupel schweben, steigen, sinken - und reiben aneinander. Diese Reibung führt zur Ladungstrennung. Begünstigt durch Auftriebsbewegungen, sammeln sich im oberen Teil der Wolke positive, im unteren Bereich negative Ladungen.

Drei Stufen
Beim Entstehen von Blitzen unterscheiden Wissenschaftler drei Stufen: Zuerst kommt es zu einer Reihe von Vorentladungen, dem so genannten Leitblitz. In Schritten von fünfzig Metern sucht sich dieser "Späher" in weniger als 0,01 Sekunden einen Weg zur Erde. Dabei ändert er häufig die Richtung oder verzweigt sich - er nimmt also nicht den kürzesten Weg zwischen Wolke und Erdoberfläche, sondern geht im Zick-Zack und bildet Verästelungen. Die Vorentladungen des Leitblitzes ionisieren die Luft und machen sie dadurch leitfähig - der Blitzkanal entsteht, mit einem Maximaldurchmesser von zwölf Millimetern.

Von der Erde sondieren fast gleichzeitig so genannte Fangentladungen gen Himmel, meist von erhöhten Punkten wie Kirchtürmen, Masten und Bäumen. Trifft eine Fangentladung auf einen Leitblitz, ist der Blitzkanal fertig - der Weg ist frei für den Ladungsausgleich zwischen Wolken und Erde.

Flackern und Donnern
Der eigentliche Blitz ist der Ladungsaustausch, der nun den Blitzkanal entlang funkt. Aus durchschnittlich vier bis fünf deutlich sichtbaren Hauptentladungen besteht ein Blitz, daher das typische Flackern. Jede einzelne Entladung dauert nur den zweitausendfünfhundertsten Teil einer Sekunde. Im Inneren des Blitzkanals fließen dabei Ströme von zwanzigtausend Ampere, die Temperatur beträgt um dreißigtausend Grad - das Fünffache der Temperatur an der Sonnenoberfläche! Durch die Hitze dehnt sich die Luft um den Blitzkanal explosionsartig aus. Ein lauter Knall ist zu hören: der Donner...