Dies ist ein als lesenswert ausgezeichneter Artikel. Ein Blitz ist in der Natur eine Funkenentladung oder ein kurzzeitiger Lichtbogen zwischen Wolken oder zwischen Wolken und der Erde. Künstlich im Labor mit Hochspannungsimpulsen erzeugte Blitze dienen deren Studium oder der Überprüfung von Einrichtungen thomas wolke risikomanagement pdf Stromnetzes hinsichtlich der Effekte von Blitzeinschlägen und der Wirksamkeit von Schutzmaßnahmen. Eine Blitzentladung ist deutlich komplexer als eine reine Funkenentladung.

Die der natürlichen Blitzentstehung zugrunde liegenden physikalischen Gesetzmäßigkeiten sind bis heute nicht abschließend erforscht. Juni 1752 die Hypothese, dass bei Gewittern eine elektrische Spannung zwischen Wolken und der Erde besteht, indem er einen Drachen in aufziehende Gewitterwolken aufsteigen ließ und so eine Funkenentladung auslöste. Das war der Beginn der neuzeitlichen Blitzforschung. Der Blitz gelangt durch den Draht zur Messstation, wo er analysiert werden kann. Lange Zeit war das Forschungsinteresse an natürlichen Blitzen gering, da man glaubte, sie wie Funkenentladungen behandeln zu können, wie sie ohne Weiteres im Labor erzeugbar sind. Erst seit Ende der 1990er Jahre hat sich das geändert, da Ungereimtheiten auftraten, die durch das einfache Modell nicht erklärt werden konnten.

Es stellte sich als unmöglich heraus, mit den heutigen Mitteln Blitze zur Energiegewinnung auszunutzen. Dabei werden direkte Blitzeinschläge in den Senderturm ausgewertet und unter anderem der Blitzstromverlauf messtechnisch erfasst. In Brasilien untersucht das DLR-Forschungsflugzeug Falcon die Entstehung von Stickoxiden durch Blitze in tropischen Gewittern. Im Jahr 2001 konnte nachgewiesen werden, dass Blitze auch Röntgen- und Gammastrahlung aussenden. Am häufigsten beobachtet man Blitze zwischen speziellen Wolkentypen wie Cumulonimbus und Erde, in den Tropen fast täglich, in gemäßigten Breiten vorwiegend während der Sommermonate. Sehr zahlreiche Blitze werden auch bei Vulkanausbrüchen beobachtet, bei denen aufsteigende Feuchtigkeit wohl nicht als Ursache in Frage kommt. Grundvoraussetzung für die Entstehung von Blitzen ist die Ladungstrennung.

Nach heutigem Wissensstand können eine Reihe von Mechanismen innerhalb der Gewitterwolken dazu beitragen. In der Wolke kondensiert übersättigter Wasserdampf zu kleinen, aber ständig wachsenden Wassertröpfchen. Vermutlich kollidieren in diesem Stadium kleinere, noch leichte Eiskristalle mit den Graupelteilchen und geben dabei Elektronen an die Graupelteilchen ab. Diese nehmen eine negative Ladung an und sinken so geladen weiter in den unteren Teil der Wolke. Die leichten, jetzt positiv geladenen Eiskristalle werden von den Aufwinden weiter nach oben getragen.

In Wolkenbereichen mit hohem Graupelanteil werden Luftmassen durch die nach unten fallenden Graupelteilchen mit nach unten gerissen, und es entstehen Abwindkanäle in der Gewitterwolke. In ihnen gelangen die negativ geladenen Graupelteilchen zunächst in den unteren Teil der Wolke. Man kann sich weitere Prozesse vorstellen, welche diese Ladungsverteilung unterstützen: Die durch Resublimation anwachsenden Graupelteilchen können sich positiv aufladen und diese ihre Ladung bei Kollisionen an leichtere Eiskristalle abgeben, bevor oder während sie in Richtung Erdboden fallen. Der umgekehrte Effekt, also die negative Aufladung von sublimierendem Eis, käme dann in den Abwindkanälen zum Tragen. Einige Forscher, als erster Wilson im Jahre 1925, gehen davon aus, dass durch kosmische Strahlung angeregte Elektronen den Anfang einer Blitzentstehung bilden. Trifft ein solches Elektron auf ein Luftmolekül einer Gewitterwolke, werden weitere hochenergetische Elektronen freigesetzt.

Einer Blitzentladung geht eine Serie von Vorentladungen voraus, die gegen die Erdoberfläche gerichtet sind. Kanal wird durch Stoßionisation der Luftmoleküle durch die Runaway-Elektronen gebildet. Kurz bevor die Vorentladungen den Erdboden erreichen, gehen vom Boden eine oder mehrere Fangentladungen aus, welche bläulich und sehr lichtschwach sind. Im Durchschnitt bilden vier bis fünf Hauptentladungen einen Blitz.

Nach einer Erholungspause zwischen 0,03 s und 0,05 s erfolgt eine neue Entladung. Es wurden schon bis zu 42 aufeinanderfolgende Entladungen beobachtet. Dadurch kommt das Flackern eines Blitzes zustande. Durch die ruckartigen verschiedenen Stufen der Entladung kann der Blitz als kurzfristiger, pulsierender Gleichstrom interpretiert werden. Die Stromstärke einer Hauptentladung beträgt im Durchschnitt etwa 20. 000 Ampere, wodurch ein starkes Magnetfeld den Blitzkanal umgibt.

Durchmesser von nur wenigen Zentimetern besitzt. Meistens fließt die negative Ladung von der Wolkenunterseite zum Boden, man spricht vom Negativblitz. Meistens handelt es sich dabei um eine besonders intensive Entladung, deren Hauptentladung auch deutlich länger anhält als beim Negativblitz. Der Positivblitz besteht in aller Regel auch nur aus einer Hauptentladung. Die Stromstärke einer Hauptentladung bei Positivblitzen wird mit bis zu 400.

Die Anstiegsgeschwindigkeit eines Blitzstroms beträgt durchschnittlich 7000 Ampere pro Mikrosekunde. Demzufolge steigt auch die Stärke des dazugehörigen Magnetfelds entsprechend an. Dadurch ist ein Blitz in der Lage, selbst in mehreren Kilometern Entfernung erhebliche elektrische Spannungen zu induzieren. Anschließend zum Hauptblitz kann durch den ionisierten Blitzkanal ein Ladungsausgleich erfolgen, der 10 bis einige 100 ms anhält.