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Blitz und der darauffolgende Donner kennzeichnen Gewitter. Sie treten meist im Sommer auf, wenn die Sonneneinstrahlung zur Bildung mächtiger Wolken führt.
Wie Blitze entstehen
Der Blitz als charakteristische Erscheinung eines Gewitters entsteht als Folge von komplexen Prozessen. Turbulente Strömungen in der Wolke bewirken Kollisionen von Graupel-, Hagel-, Eis- und Wasserteilchen untereinander. Bei diesen Zusammenstössen laden sich die Teilchen elektrisch auf, wobei sich positiv und negativ geladene Teilchen entstehen. Sie werden entsprechend ihrem Gewicht in verschiedene Bereiche der Wolke verfrachtet, wo sich die positiven und negativen Ladungsträger bevorzugt anreichern. Dadurch entstehen innerhalb der Wolke zwei oder mehrere Pole, die ein elektrisches Spannungsfeld bilden.
Die Luft zwischen den geladenen Teilchen wirkt zu Beginn als effizienter Isolator, der beide Pole voneinander trennt. Wird die elektrische Spannung zwischen den Polen (Potentialdifferenz) zu gross, erfolgt eine Art Kurzschluss in Form von mehrfachen stossartigen Bewegungen der Ladungen, mit welchen die Spannung abgebaut wird. Diese Entladung ist als Blitz sichtbar.
Wie Donner entsteht
Donner entsteht, wenn sich die Luft im Entladungskanal eines Blitzes explosionsartig rasch erhitzt und ausdehnt. Die dabei erzeugte Druckwelle äussert sich in unmittelbarer Gewitternähe als lauter Knall. Sie breitet sich mit Schallgeschwindigkeit (330 Meter pro Sekunde) kreisförmig vom Ort des Blitzschlages aus. Dabei schwächt sich die Druckwelle ab und ist mit zunehmender Distanz als ein rollendes oder mahlendes Geräusch zu hören. Dies entspricht dem Donner.
Wie es zur Bildung von Gewitterwolken kommt
Drei Bedingungen müssen erfüllt sein, damit sich Gewitterwolken bilden:
- Feuchtigkeit, damit Wolkenteilchen entstehen
- eine potentiell instabile Schichtung der Luftmassen, um hinreichend starke Luftbewegungen zu ermöglichen (potentiell meint, dass ein zusätzlicher Auslöser nötig ist, damit es zur Instabilität kommt)
- ein Hebungsmechanismus, um die Entstehung einer Gewitterwolke einzuleiten (Trigger).
An Gewittertagen reichern sich in bodennahen Luftschichten oft grosse Mengen an Wasserdampf an. Die sich thermisch formierenden Quellwolken werden normalerweise durch eine Temperaturinversion am vertikalen Wachstum in die mittleren und höheren Stockwerke der Troposphäre (oberhalb 4 km) gehindert. Es bedarf deshalb eines zusätzlichen Mechanismus, um die zusätzlich benötige Energie zuzuführen, damit die Wolke diese Sperrschicht überwinden und in die höheren Luftschichten hineinzuwachsen kann. In der Schweiz sorgen dafür meist Hangaufwinde und Talwinde in den Bergen.
Der Lebenszyklus einer Gewitterzelle lässt sich vereinfacht in drei Phasen darstellen: Entstehung, Reifephase und Auflösung.