Ein Blitzschlag kann bis zu 100 Millionen Volt und mehrere 10.000 Ampere innerhalb von 0,02 Sekunden auf einen Menschen einwirken. Diese gewaltige elektrische Energie kann verheerende Folgen haben. Die Kräfte eines Blitzschlags sind nicht mit denen aus einer gewöhnlichen Steckdose vergleichbar.
Die Auswirkungen eines Blitzschlags auf den menschlichen Körper sind äußerst gliefert. Die Verletzungen reichen von Verbrennungen über Atemlähmungen bis zu Ganzkörperkrämpfen und Herzrhythmusstörungen. Besonders stark betroffen sind Nerven und Muskeln, da sie einen hohen Flüssigkeitsanteil haben und den elektrischen Ladungen nur wenig Widerstand entgegenbringen können.
Die Langzeitfolgen eines Blitzschlags sind oft schwerwiegend. Bis zu 75 Prozent der Betroffenen erleiden lebenslange Schäden, meist in Form von neurologischen Beschwerden wie Lähmungen und Missempfindungen. Allerdings gibt es eine besondere Chance auf Rettung, wenn eine Reanimation innerhalb der ersten fünf Minuten erfolgt. Begleitpersonen sollten daher sofort mit Herzdruckmassage und möglicherweise Mund-zu-Mund-Beatmung beginnen.
Was ist ein Blitz?
Ein Blitz ist in der Natur eine Funkenentladung oder ein kurzzeitiger Lichtbogen zwischen Wolken oder zwischen Wolken und der Erde. Während eines Gewitters tritt ein Blitz auf, weil sich die wolkenbildenden Wassertröpfchen oder die Regentropfen elektrostatisch aufladen. Es gibt verschiedene Verfahren zur Untersuchung von Blitzen, darunter Raketen, Wetterballons und Messungen durch Flugzeuge. Benjamin Franklin führte Experimente durch, um die elektrische Spannung zwischen Wolken und der Erde während eines Gewitters nachzuweisen. Doch trotz dieser Forschungen sind die physikalischen Gesetzmäßigkeiten, die der natürlichen Blitzentstehung zugrunde liegen, noch nicht vollständig erforscht.
Blitze können auch von der Erde ausgehen, abhängig von der Polarität der elektrostatischen Aufladung. Es wurde festgestellt, dass Blitze auch Röntgen- und Gammastrahlung aussenden können. Gammablitze können sekundäre Teilchen wie Elektronen, Positronen, Neutronen und Protonen erzeugen. Photonukleare Reaktionen wurden ebenfalls in Gewittern nachgewiesen, bei denen Gammastrahlen mit einer Energie von 511 keV freigesetzt werden. Diese interessanten Eigenschaften der Blitze haben in den letzten Jahren zu Forschungsprojekten geführt, um die Entstehung von Stickoxiden durch Blitze in tropischen Gewittern zu untersuchen.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass ein Blitz eine beeindruckende Funkenentladung oder ein Lichtbogen ist, der während eines Gewitters zwischen Wolken oder zwischen Wolken und der Erde auftritt. Obwohl Benjamin Franklin bereits Experimente zur Blitzentladung durchgeführt hat, sind die physikalischen Gesetzmäßigkeiten, die diesem Phänomen zugrunde liegen, noch nicht vollständig erforscht. Blitze können auch von der Erde ausgehen und sind in der Lage, Röntgen- und Gammastrahlung auszusenden. Die Untersuchung von Blitzen hat auch gezeigt, dass sie Stickoxide in tropischen Gewittern erzeugen können. Die faszinierende Natur der Blitze hat die wissenschaftliche Gemeinschaft dazu motiviert, weiterhin Forschungen auf diesem Gebiet durchzuführen.
Wie entsteht ein Blitz?
Ein Blitz entsteht, wenn sich in einer Gewitterwolke positive und negative Ladungen durch Reibung, Stöße und Zerstäuben der Wasserteilchen trennen. Dieser Prozess führt zur Bildung eines elektrischen Feldes, das bis zur kritischen Schwelle von ungefähr 170.000 Volt pro Meter ansteigt.
Es kommt zu einem gigantischen Kurzschluss, der den Blitz auslöst. Es gibt verschiedene Blitztypen, aber der am häufigsten auftretende ist der “negative Wolke-Boden-Blitz”. Bei diesem Blitztyp wandern negative Ladungsträger ruckartig in Richtung Boden und bereiten einen ionisierten Kanal vor. Gleichzeitig lädt sich der Boden unter dem Gewitter positiv auf, und es entsteht eine Verbindung zwischen Wolke und Boden.
Die Hauptentladung besteht oft aus mehreren Einzelentladungen und kann eine Stromstärke von bis zu 100.000 Ampere erreichen. Innerhalb eines Blitzkanals wird es bis zu 30.000 Grad Celsius heiß. Die Luft wird zum Plasma, und es entsteht ein enormer Überdruck, der Stoßwellen in der Luft hervorruft und das Donnern verursacht.
Die Entfernung eines Blitzes kann anhand der Zeit zwischen Blitz und Donner berechnet werden, da sich der Schall viel langsamer als das Licht bewegt. Gewitterblitze werden vor allem für die Wettervorhersage und den Schutz vor Blitzschäden erforscht. Die höchste Blitzdichte auf der Erde herrscht über dem Maracaibo-See in Venezuela.
Arten von Blitzen
Die verschiedenen Arten von Blitzen lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen: Wolkenblitze und Erdblitze. Wolkenblitze machen bis zu 80 Prozent aller Blitze aus und sind als Wetterleuchten am Himmel sichtbar. Sie entstehen innerhalb einer Wolke oder zwischen Wolken und bewegen sich von links nach rechts oder umgekehrt.
Erdblitze hingegen sind grelle Lichtbögen, die senkrecht zwischen der Wolkenunterseite und dem Erdboden verlaufen. Es gibt zwei Formen von Erdblitzen: Negativblitze und Positivblitze. Negativblitze treffen von einer negativ geladenen Wolkenunterseite auf die Erde, während Positivblitze aus einem positiv geladenen Wolkenstockwerk entstehen und diese positive Ladung auf den Erdboden transportieren. Positivblitze sind doppelt so stark wie “normale” Blitze und können mehrere Kilometer vom eigentlichen Gewitter entfernt einschlagen.
Blitze bestehen in der Regel aus mehreren Entladungen im selben Blitzkanal. Je nach Anzahl der Folgeblitze dauert ein Blitzeinschlag zwischen 100 und 250 Millisekunden. Ein einzelner Blitz kann im Durchschnitt bis zu 10 Kilometer lang sein. Die Amplituden von Blitzströmen liegen zwischen 2.000 und 300.000 Ampere, während die Spannungen mehr als 100 Millionen Volt betragen. Zur Messung von Blitzströmen gibt es verschiedene Verfahren wie Messstationen mit Sendetürmen, Raketen mit Metalldraht und Flugzeuge.
Eine interessante Entwicklung zur Blitzableitung sind Laser, die entwickelt wurden, um Blitze aus Gewitterwolken zu holen und am Boden zu entladen. Dadurch sollen Flughäfen, Stromleitungen, Kraftwerke und Open-Air-Veranstaltungen vor Blitzschlägen geschützt werden. Neben dem eigentlichen Blitz erzeugt auch der Donner Schallwellen. Er entsteht durch die enorme Hitze des Blitzes, die die umgebende Luft zum Explodieren bringt. Um sich während eines Gewitters zu schützen, gibt es Sicherheitstipps wie die Nutzung von Blitz-Info-Diensten, das Hocken in einer trockenen Mulde auf offenen Flächen oder das Aufhalten in einem geschlossenen Fahrzeug.
- Wolkenblitze sind als Wetterleuchten am Himmel sichtbar und machen bis zu 80 Prozent der Blitze aus
- Erdblitze sind grelle Lichtbögen, die senkrecht zwischen der Wolkenunterseite und dem Erdboden verlaufen
- Es gibt zwei Formen von Erdblitzen: Negativblitze und Positivblitze
- Blitze setzen sich aus mehreren Entladungen im selben Blitzkanal zusammen
- In den Blitzströmen liegen die Amplituden zwischen 2.000 und 300.000 Ampere und die Spannungen über 100 Millionen Volt
- Es gibt verschiedene Methoden zur Messung von Blitzströmen
- Eine innovative Methode zur Blitzableitung sind Laser
- Der Donner entsteht durch die Hitze des Blitzes und erzeugt Schallwellen
- Sicherheitstipps für Gewitter schließen die Nutzung von Blitz-Info-Diensten, das Hocken in einer trockenen Mulde und das Aufhalten in einem geschlossenen Fahrzeug ein
Gefahren von Blitzen
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Blitze stellen eine erhebliche Gefahr dar, und es ist wichtig, sich während eines Gewitters entsprechend zu schützen. In Deutschland schlagen jährlich über 400.000 Blitze ein, was zu ernsthaften Konsequenzen führen kann. Eine wichtige Sicherheitsmaßnahme ist es, niemals Schutz unter einem Baum zu suchen. Es wird empfohlen, mindestens zehn Meter Abstand zu jedem Ast zu halten, da Blitze häufig auf Bäume übertragen werden können und dadurch die Gefahr eines Einschlags erhöht wird.
Passagiere in Autos mit Ganzmetallkarosserie sind im Allgemeinen sicher, da die Außenhaut den Blitzstrom zur Erde ableitet. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die elektronischen Komponenten des Autos durch den Blitz beschädigt werden können. Es wird daher empfohlen, während eines Gewitters nicht unnötig mit elektronischen Geräten im Auto zu hantieren, um das Risiko einer Beschädigung zu minimieren.
Es ist auch möglich, die Entfernung eines herannahenden Gewitters abzuschätzen, indem man die Sekunden zwischen Blitz und Donner zählt und das Ergebnis durch drei teilt. Wenn zwischen Blitz und Donner zehn Sekunden oder weniger liegen, besteht Lebensgefahr. In solchen Fällen sollte man dringend einen sicheren Unterschlupf suchen oder sich zu Boden hocken, um das Risiko eines direkten Blitzschlages zu verringern.
Während eines Gewitters sollte man auch darauf achten, den Regenschirm zu schließen. Viele Regenschirmmodelle enthalten Metall, das nicht angefasst werden sollte, da es als Blitzableiter dienen könnte. Unter einem Regenschirm steht man außerdem als höchster Punkt heraus und erhöht somit das Risiko eines Blitzschlages. Es ist daher besser, sich in einem sicheren Gebäude oder Fahrzeug aufzuhalten, bis das Gewitter vorüber ist.
Diese Informationen geben einen Überblick über die Gefahren von Blitzen und wie man sich während eines Gewitters schützen kann. Es ist wichtig, diese Ratschläge zu befolgen, um das Risiko von Verletzungen oder Schäden durch Blitzeinschläge zu minimieren.
Schutz vor Blitzen:
Gewitter können tödlich sein und haben in den letzten Jahren deutlich zugenommen, was auf den Klimawandel zurückzuführen ist. Gewitter entstehen, wenn heiße und kalte Luftmassen aufeinandertreffen und eine Gewitterwolke bildet sich, in der sich elektrisch aufgeladene Wasser- und Eisteilchen befinden. Die Spannung zwischen Wolke und Erde vor einem Blitz kann bis zu 100 Millionen Volt betragen, und die Stromstärke kann mehrere Zehntausend Ampere erreichen. Ein Blitz kann bis zu 30.000 Grad heiß sein und bei Einschlägen in feuchtes Mauerwerk oder Bäume Wasser explosionsartig verdampfen lassen.
Ein Blitzschlag kann schwere gesundheitliche Folgen bis hin zum Tod für Menschen haben. Daher ist es wichtig, bei Gewittern rechtzeitig Schutz zu suchen und bestimmte Verhaltensregeln zu beachten. Um die Entfernung eines Gewitters zu ermitteln, zählt man die Sekunden zwischen Blitz und Donner. Wenn weniger als sechs Sekunden vergehen, wird empfohlen, Schutz zu suchen. Bei Gewittern sollten Menschen Wanderungen verschieben, Senken aufsuchen, sich in Wäldern hinhocken, Bäume meiden, Gruppen aufteilen, Metallteile entfernen, Wasser verlassen, im Auto oder Zug Schutz suchen und elektrische Geräte ausstecken. Diese Maßnahmen helfen dabei, das Risiko eines Blitzschlags zu verringern.
Im Falle eines Blitzschlags besteht die Möglichkeit einer Herzdruckmassage zur Ersten Hilfe, da das Herz oft stehen bleibt. Es ist wichtig, schnell zu handeln und gegebenenfalls lebensrettende Maßnahmen durchzuführen. Dennoch ist die beste Verteidigung gegen Blitzschläge die Vorbeugung. Durch das Verstehen der Gefahren von Gewittern und das Befolgen der Sicherheitsrichtlinien können wir uns und andere vor den potenziell verheerenden Auswirkungen von Blitzeinschlägen schützen.
Schäden durch Blitze können zu Überspannungsschäden an Elektrogeräten führen
Schäden durch Blitze stellen eine ernsthafte Gefahr für elektronische Geräte dar. Wenn ein Blitz in ein Stromnetz einschlägt, kann der kurzzeitige Stromfluss zu einer zu hohen Spannung aus der Steckdose führen, was angeschlossene Elektrogeräte beschädigen kann. Die Intensität und Entfernung des Blitzes spielen dabei eine entscheidende Rolle für den Umfang der Schäden.
In ländlichen Gebieten treten oft mehr Überspannungsschäden durch Blitze auf als in städtischen Gegenden, da die Stromnetze dort weniger verzweigt sind. Da diese Schäden oft schwer zu erkennen und nachzuweisen sind, bedarf es spezieller Sachverständiger oder Blitzschussexperten, um sie zu identifizieren.
Um sich effektiv vor Blitzschäden zu schützen, wird zwischen äußerem und innerem Blitzschutz unterschieden. Der äußere Blitzschutz fängt den Blitz ein und leitet die Energie sicher ins Erdreich ab. Der innere Blitzschutz hingegen verhindert eine Überspannung im Stromnetz. Hierbei spielen drei verschiedene Anpassungsstufen eine Rolle: Grobschutz, Mittelschutz und Feinschutz. Es wird empfohlen, die Installation des Blitzschutzes von professionellen Blitzschutzfirmen durchführen zu lassen, um eine effektive Absicherung zu gewährleisten.
Im Falle eines Blitzschadens ist es wichtig zu wissen, dass eine Wohngebäudeversicherung in der Regel auch Blitzschäden abdeckt, während eine Hausratversicherung die Kosten für Schäden an der Einrichtung übernimmt. Es ist ratsam, gewisse Vorsichtsmaßnahmen zu treffen, um Schäden durch Blitze zu minimieren und im Ernstfall finanziell abgesichert zu sein.
Messung der Spannung eines Blitzes
Die Spannung eines Blitzes kann mithilfe eines Sensors an der Mastspitze erfasst werden. Dieser Sensor befindet sich an der Spitze der Fangeinrichtung, in die der Blitz einschlägt. Der gesamte Blitzstrom fließt dann über einen speziellen Messwiderstand zu den Ableitungen der Blitzschutzanlage. Um diese Spannung zu messen, wird der Spannungsabfall am Messwiderstand verwendet. Dieses Messsignal wird sofort in ein optisches Signal umgewandelt und über Lichtwellenleiter zum ORF-Betriebsgebäude übertragen.
Um einen großen Bereich an Blitzstromamplituden abzudecken, gibt es zwei getrennte Kanäle mit unterschiedlicher Empfindlichkeit für die Strommessung. Dadurch können verschiedene Stärken des Blitzstroms erfasst werden. Diese Messwerte wurden bis 2012 mit einer Abtastrate von 20 MS/s über eine Aufzeichnungsdauer von 0,8 Sekunden erfasst. Ab 2013 wurde eine neue Messwertaufzeichnung mit höherer Abtastrate und besserer vertikaler Auflösung eingeführt.
Die kontinuierliche Messwerterfassung über eine Zeitdauer von 0,8 Sekunden ermöglicht die vollständige Aufzeichnung aller Vorgänge während eines Blitzes. Insbesondere sind die sogenannten “Return Strokes” von größtem Interesse für die Blitzforschung. Diese sind durch einen schnellen Anstieg des Stroms innerhalb von 1 µs – 2 µs gekennzeichnet. Die detaillierte Messung dieser Spannungsspitzen hilft uns, mehr über die Natur und das Verhalten von Blitzen zu erfahren.
- Die Spannung eines Blitzes wird durch einen Sensor an der Mastspitze erfasst.
- Der Blitzschutzanlage verfügt über zwei getrennte Kanäle mit unterschiedlicher Empfindlichkeit für die Strommessung.
- Die Messwertaufzeichnung erfolgte bis 2012 mit einer Abtastrate von 20 MS/s über eine Aufzeichnungsdauer von 0,8 Sekunden.
- Ab 2013 wird eine neue Messwertaufzeichnung mit höherer Abtastrate und besserer vertikaler Auflösung verwendet.
- Return Strokes, die einen schnellen Anstieg des Stroms innerhalb von 1 µs – 2 µs aufweisen, sind für die Blitzforschung von größtem Interesse.
Funktionsweise und Bedeutung von Blitzableitern
Ein Blitzableiter ist Teil eines Blitzschutzsystems, das darauf abzielt, Gebäude vor den schädlichen Auswirkungen von Blitzschlägen zu schützen. Er bietet zwar keinen absoluten Schutz, trägt aber dazu bei, den durch einen Blitz verursachten Schaden zu reduzieren. Die Hauptfunktion eines Blitzableiters besteht darin, einen definierten Pfad mit geringem elektrischem Widerstand für den Blitzstrom bereitzustellen. Das obere Ende des Blitzableiters wird als Fangeinrichtung bezeichnet und ist darauf ausgelegt, den Blitzschlag anzuziehen. Die hohe elektrische Feldstärke in der Nähe der geerdeten Fangeinrichtung führt zur Bildung von Koronadischarges, die die Wahrscheinlichkeit eines Blitzschlags erhöhen.
Bei einem Blitzeinschlag in das Blitzschutzsystem fließen hohe impulsartige Ströme von über 100 kA durch den Blitzableiter. Diese Ströme können Sekundärströme in nahe gelegenen elektrischen Leitungen, wie Stromversorgungsnetzen, Telefonleitungen oder Antennenleitungen, induzieren und angeschlossene elektronische Geräte beschädigen. Die Wirksamkeit eines Blitzschutzsystems wird durch seine Blitzschutzklasse bestimmt, die die zu erwartende Gefahr von Blitzeinschlägen und den potenziellen Schaden widerspiegelt.
Das äußere Blitzschutzsystem besteht aus Fangeinrichtungen, Ableitsystemen (beide umgangssprachlich als Blitzableiter bezeichnet) und Erdungssystemen. Das Blitzkugelverfahren ist eine wichtige Methode zur Bestimmung der Gefährdungsbereiche von direkten Blitzeinschlägen. Es definiert den Kontaktbereich zwischen einer Kugel, deren Mittelpunkt die Spitze des Blitzes in der letzten Phase vor dem Einschlag darstellt, und dem Gebäude. Der Blitz tendiert dazu, den kürzesten Weg zur nächsten geerdeten Komponente zu folgen, daher gelten Bereiche außerhalb der Kugel als (fast) ausgeschlossen von einem Blitzeinschlag. Die Blitzschutzklasse bestimmt den Radius der Blitzkugel, wobei Klasse I den höchsten Schutz bietet. Das Blitzkugelverfahren kann durch das Rollen einer Kugel über ein maßstabsgetreues Gebäudemodell oder durch geometrische Berechnungen angewendet werden.
Blitzphänomene in Deutschland – Eine Übersicht
Blitzphänomene in Deutschland sind durch Kugelblitze gekennzeichnet. Kugelblitze sind glühende Lichtbälle, die nach Blitzeinschlägen auftreten. Diese faszinierenden Erscheinungen können durch Wälder schweben, durch Kamine fegen und sogar dünne Metallbleche durchqueren. Gelegentlich richten sie Verwüstungen an und es gibt sogar Augenzeugenberichte, die besagen, dass Kugelblitze Gebäude in Brand gesetzt haben.
Die Größe der Kugelblitze variiert, aber die meisten haben einen Durchmesser von rund 20 Zentimetern, was etwa der Größe eines Fußballs entspricht. Sie leuchten in verschiedenen Farben wie rot, orange, gelb, bläulich-weiß oder grünlich. Kugelblitze bewegen sich in der Regel einige Meter pro Sekunde schnell durch die Luft, können aber auch über den Boden rollen.
Es gibt verschiedene Theorien zur Entstehung von Kugelblitzen, darunter elektromagnetische Wellen und Silizium-Wolken. Im Jahr 2012 wurde das Rätsel um Kugelblitze möglicherweise gelöst, als chinesische Wissenschaftler einen Kugelblitz filmten, der eine Größe von über einem Meter hatte und in 1,6 Sekunden rund 15 Meter zurücklegte. Die Analyse des empfangenen Lichts ergab die Signatur von Silizium, Eisen und Kalzium, was darauf hindeutet, dass Kugelblitze aus einem Gespinst von Nanoteilchen dieser Elemente bestehen.
Mit all den faszinierenden Eigenschaften und den noch nicht vollständig erklärten Phänomenen bleiben Kugelblitze ein Mysterium der Natur. Ihre ungeklärte Entstehung und ihr unvorhersehbares Verhalten machen sie zu einem faszinierenden Forschungsgebiet und einer fortlaufenden wissenschaftlichen Debatte.
