Im Bruchteil einer Sekunde Forscher dokumentieren Geburt von Blitzen

Wenn es zwischen Erde und Wolken kracht, entladen sich gewaltige Spannungen. Forscher haben nun im Detail beobachtet, was einen Blitz auslöst.
Erdblitze über Wasser: Entladung von mehreren Millionen Volt

Erdblitze über Wasser: Entladung von mehreren Millionen Volt

Foto: Jure Batagelj / 500px / Getty Images/500px Prime

Der entscheidende Moment dauert nicht mal eine Sekunde. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben die Geburt eines Blitzes zwischen Himmel und Erde gefilmt und analysiert. Genau genommen geht es um den Moment, der dazu führt, dass sich gewaltige Spannungen zwischen dem Erdboden und einer Gewitterwolke mit einem hellen Leuchten entladen.

Die Basis der Analyse bildeten Aufnahmen aus Peking von Rubin Jiang von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und seinem Team. 2017 hatten sie in einem Gewitter Blitze mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommen, die alle 2,6 Mikrosekunden ein Bild einfing.

Wie in der »Erschaffung Adams«

Besonders interessierte die Expertinnen und Experten der Zeitpunkt, zu dem nach unten gerichtete, verästelte Ladungskanäle einer Gewitterwolke und nach oben gerichtete Ladungskanäle am Boden in Kontakt kommen und sich zu einem Blitzkanal verbinden. Experten sprechen auch vom finalen Sprung. Laut der aktuellen Analyse im Fachmagazin »Geophysical Research Letters«  reichen dafür zwei einzelne Ladungskanäle aus beiden Richtungen aus.

Zuvor hatten Forscher spekuliert, dass sich unter einer Gewitterwolke möglicherweise mehrere Ladungskanäle zu einem großen Blitzleiter zusammenschließen und anschließend mit jenen am Boden verbinden.

Das nun tatsächlich dokumentierte Vorgehen erinnert dagegen an die beiden Hände im berühmten Fresko von Michelangelo zur Erschaffung Adams, deren Finger sich von oben und unten annähern. Die Finger sind auf das Blitzszenario übertragen die nach oben und unten gerichteten Ladungskanäle, zwischen denen eine Spannung herrscht.

»Die Erschaffung Adams« – Fresko von Michelangelo

»Die Erschaffung Adams« – Fresko von Michelangelo

Foto: Michelangelo / Art Images / Getty Images

Ziel: Blitzeinschläge vorhersagen

Blitze zwischen Erdboden und Himmel entstehen ganz grundsätzlich, wenn sich negative Ladungen in einer Gewitterwolke und positive Ladungen am Boden bilden. Durch die Ladungsunterschiede entsteht eine Spannung, die sich im Blitz entlädt. Da Luft kein guter Leiter ist, sind dafür mehrere Millionen Volt nötig.

Die Ladungen in der Wolke elektrisieren dabei auch umliegende Luftmoleküle. Es fließt ein leichter Strom, der sich in wenigen Mikrosekunden mehrere zehn Meter voranbewegt und verzweigt – das sind die Finger. Neue Ladungsausbrüche an der Spitze lassen diese weiter nach unten wachsen.

Laut der aktuellen Auswertung geht das so lange, bis die Spitze eines Fingers nah genug an ein positiv geladenes Gegenstück am Boden gelangt. In den analysierten Aufnahmen nähern sich die Ladungsstränge von unten und oben auf 23 Meter an. Ein Aufleuchten deutet nach Einschätzung der Fachleute auf einen Kontakt hin. Unmittelbar darauf blitzt es heftig (siehe GIF oben).

Die Beobachtung lege nahe, dass der erste Kontakt zwischen den Strängen die Route für den Blitz vorgebe, so die Forscherinnen und Forscher. Der Strang aus schwachen Ladungen erhitzte sich anschließend blitzschnell und bilde einen Plasmakanal, der große Mengen geladener Teilchen zwischen Wolke und Grund transportieren kann, also einen Blitz.

Eine Frage bleibt allerdings: Da sich unter Gewitterwolken üblicherweise zahlreiche, teils verästelte nach unten gerichtete Ladungskanäle bilden, lässt sich noch nicht vorhersagen, an welcher Stelle es zur Fusion kommt – und damit weiterhin schwer prognostizieren, wo genau ein Blitz einschlagen wird.

jme
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