Ein Naturphänomen

Gewitter kommen vor allem im Sommer sehr oft vor. Es muss dafür heiß und schwül sein, die Luft muss also eine hohe Feuchtigkeit haben. Dann heizt die Sonne nicht nur bei dir ein, sondern auch der Erdboden heizt so stark auf, dass Wasser verdunstet. Das bedeutet, dass eine große Menge Wasser aus dem Boden sich in gasförmiges Wasser verwandelt. Durch diese feuchtwarme Luft heizt sich die Luftschicht über dem Boden auf. Weil die warme Luft immer leichter ist als kalte Luft, steigt die warme Luft auf. Je höher sie dabei kommt, desto mehr kühlt sie wieder ab. Dadurch entsteht eine sogenannte Kumuluswolke: Durch die Abkühlung wird aus dem gasförmigen Wasser wieder flüssiges Wasser. Es regnet aber noch nicht. Die kleinen Wassertröpfchen sind noch so leicht, dass sie schweben können.

Gewitter
Wenn im Sommer ein Gewitter droht, türmen sich dunkle Wolken am Himmel auf

Blitze erzeugen Strom wie 250.000 Fernseher

Je nachdem, wie feucht die Luft ist und wie warm es ist, steigt das kondensierte Wasser noch weiter auf bis es so stark abkühlt, dass die Tröpfchen gefrieren. In einer Höhe von circa zwölf bis 18 Kilometern entsteht eine dachförmige Wolke, die aus winzigen Eiskristallen besteht. Die Wolke türmt sich auf. Dabei reiben die Wasserteilchen aneinander und laden sich elektrisch auf. Die Wolke ist nun oben kälter als unten. Die Eiskristalle sammeln sich deshalb im oberen Teil der Wolke als positive Ladung, und die Tropfen sammeln sich im unteren Teil als negative Ladung.

Zwischen positiv und negativ entsteht eine elektrische Spannung, die sich in Form von Blitzen entweder innerhalb der Wolke oder am Boden entlädt. Dabei fließt elektrischer Strom und der leuchtet, weil er mehrere tausend Grad heiß ist. Der Strom ist außerdem extrem stark, denn er  kann bis zu 100.000 Ampére erreichen. Das ist so stark wie der Strom von rund 250.000 Fernsehern.

Lichtgeschwindigkeit und höllische Hitze

Doch warum donnert es jetzt auch noch? Da die Luft um den Blitz etwa 30.000 Grad heiß ist, dehnt sie sich aus. Das löst eine Druckwelle aus, die sich mit einer Schallgeschwindigkeit von circa 343,2 Metern pro Sekunde fortbewegt. Diese gewaltige Kraft nehmen wir am Erdboden als Donnergeräusch wahr. Diese Schallgeschwindigkeit ist zwar sehr schnell, aber die Lichtgeschwindigkeit ist noch viel schneller. Der Donner kommt daher grundsätzlich immer erst nach dem Blitz – die Schallgeschwindigkeit hat keine Chance.

Du kannst ausrechnen wie weit ein Gewitter entfernt ist: Zähle die Sekunden zwischen Blitz und Donner, teile sie durch drei und heraus kommt die Kilometerzahl, die dir sagt, wie weit das Gewitter entfernt ist.

Gewitter
1, 2, 3 … du kannst zählen, wie weit das Gewitter entfernt ist

Aber Vorsicht!

Dieses Naturspektakel ist unglaublich spannend zu beobachten. Doch Blitze sind auch sehr gefährlich: Wenn ein Blitz einen Menschen trifft, kann das durch die elektrische Ladung nicht nur sehr schwer verletzen, sondern auch tödlich sein. Du musst vor Gewittern deshalb aber keine Panik haben. Du solltest nur wissen, wie und wo du bei einem Gewitter vor Blitzen geschützt bist.

Grundsätzlich gilt bei einem Gewitter: Blitze suchen sich immer den kürzesten und den am besten leitenden Weg zum Boden. Das heißt, du solltest dich beispielsweise von Bäumen und von leitenden Materialien fernhalten. Wenn du im Freibad bist und die Wolken werden ganz dunkel, dann solltest du das Freibad bald verlassen. Wasser leitet den Strom der Blitze. Wenn du dich in der Nähe eines offenen Gewässers befindest, ist das gefährlich. Auch solltest du dich von Gegenständen aus Metall fernhalten, denn das zieht Blitze an. Auch freie Felder können gefährlich sein.

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Ein Blitzableiter zieht den Blitz an und leitet die elektrische Ladung in den Boden; Bild: www.shutterstock.com / borzywoj

Das Auto als Blitzableiter

Am allersichersten bist du aber in Gebäuden. Damit der Blitz nicht einschlagen kann, haben die allermeisten Häuser heute einen Blitzableiter. Er zieht die Blitze zunächst an, um sie dann in den Boden abzuleiten. Deshalb ist er auf den Dächern der Häuser angebracht und hat eine Spitze aus einem Metalldraht. Dieses Metall muss so stark sein, dass es von einem Blitz nicht beschädigt werden kann. Über die sogenannte Fangleitung führt die elektrische Ladung in den Boden und trifft dort auf eine Erdleitung aus Platten und Kupfernetz.

Gewitter
Beim Auto verteilen sich die elektrischen Ladungen des Blitzes auf der Oberfläche des Metallkäfigs

Ähnlich kann auch ein Auto als Blitzableiter fungieren und ist bei Gewittern  deshalb sehr sicher.  Autos wie die der Daimler AG sind von Metall umrahmt, das den Blitz ableitet. Der englische Physiker Michael Faraday fand einmal heraus, dass sich elektrische Ladungen auf der Oberfläche des „Metallkäfigs“ verteilen, ohne in den Innenraum durchzudringen. Man nennt diese Metallumrahmung deshalb auch „Faradayschen Käfig“. Wenn man vom Blitz getroffen wird, fließt der Strom über diesen Käfig in die Erde ab. Trotz dieser Sicherheit sollte man sich bei einem Gewitter nur im stehenden Auto aufhalten, da die Gefahr besteht, dass die Reifen platzen.

Wir verraten dir zunächst einmal, woher Wolken eigentlich kommen und was sie genau sind. Sie sind Ansammlungen von winzig kleinen Wassertröpfchen, die gemeinsam in der Atmosphäre schweben:als Wolke. Aber wie wird Wasser zu schwebenden Tröpfchen? Der Trick der Natur steckt im Verdampfen.

FLUGKÜNSTLER

Wolken
Von der flüssigen Form verdampft Wasser und steigt mit warmer Luft nach oben
  • Durch die Wärme von Luftmassen oder der Einwirkung von Sonnenstrahlen erhitzt sich Wasser und wird zu Dampf.Dieser ist dann aber noch keine Wolke.
  • Das aufgedampfte Wasser steigt Richtung Himmel, denn es ist an die warme Luft gebunden und diese ist leichter als andere Luftmassen.
  • Dort oben kühlt die Luft ab und dann passiert es: Die Tropfen kondensieren zu Wolken.

Den Vorgang „Kondensieren“ kennst du vom Nudeln kochen. Wenn du deine Hand über das kochende Wasser hältst, wird deine Handfläche langsam ganz schön nass. Wie du merkst, kondensiert der Wasserdampf wieder zu Tropfen. Das ist also das Geheimnis, wie Wolken entstehen. Die nächste Frage ist aber, wie schnell sie wirklich sind.

WOLKENTACHO

Tacho
Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs lässt sich im Cockpit überprüfen

Das Märchen, dass Wolken immer so schnell sind, wie die umgebende Luft, ist nicht wahr. Denn sie können sich langsamer oder sogar schneller als der Wind bewegen. Das hängt davon ab, wie Druck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit schwanken. Wusstest du, dass sich eine Wolke auch gegen den Wind bewegen kann? Außerdem ist es auch von großer Bedeutung, auf welcher Höhe die Wolken ziehen. Denn es gilt die Faustregel: je höher, desto schneller. Nun lässt Genius aber die Zahlen sprechen:

AUTO VS WOLKE

Die meisten Wolken haben eine Geschwindigkeit von 40 bis 60 Kilometern pro Stunde. Das trumpft eine Gewitterwolke aber mit links. Zwar kommt es dir vielleicht so vor, als würde sie ewig an Ort und Stelle bleiben, allerdings erreicht sie erstaunliche Geschwindigkeiten. Bis zu 100 Stundenkilometer. Doch selbst diese Wolkenart kann noch von einer anderen eingeholt werden. Und zwar von Wolkenschleiern in Starkwindbändern. Gäbe es einen Wolkentacho, würde dieser voll ausschlagen auf 120 Stundenkilometer.

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Wolken fliegen teilweise so schnell wie Autos fahren

Es kommt also ganz auf den Autofahrer an. Sollte er nicht gerade in Schrittgeschwindigkeit durch das Wohngebiet schleichen, kann er es mit den Wolken aufnehmen. Sie können so lange mit dem Fahrer mithalten, bis er auf der Autobahn Gas gibt und schneller als 120 Stundenkilometer fährt. Und dank Besonderheiten an Daimler-Fahrzeugen, wie den Panorama-Dächern, kannst du die Wolken sogar während der Fahrt beobachten. Wegen der großen Entfernung kannst du zwar nicht einschätzen, wer gerade die Nase vorn hat, aber noch mehr Fahrspaß bringt das imaginäre Rennen allemal.

 

Beitragsbild: Syda Productions, www.shutterstock.com
Bild 1 und 2: Daimler AG
Bild 3: Oleksandr Rybitskiy, www.shutterstock.com