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Blitz

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Datei:Blitze 1.jpg
Blitze

Blitze sind meist sehr helle, kurzfristige Lichterscheinungen, die entweder durch Geräte (siehe Blitzlichtfotografie) oder Ladungsausgleiche in den Wolken beziehungsweise zwischen den Wolken und der Erde hervorgerufen werden. Dabei wird je nach dem Vorzeichen der Spannungsdifferenz zwischen aufwärts- und abwärts gerichteten Blitzen unterschieden. Vor der sichtbaren Entladung baut sich ein starkes elektrisches Feld, der sog. Blitzkanal, auf. Der Blitzkanal hat wenige cm bis mehrere m im Durchmesser; in ihm findet kurz darauf die eigentliche Funkenentladung statt. Die Leuchterscheinung wird verursacht durch die extreme Aufheizung des Blitzkanales, die zur Ausbildung eines Plasmas führt.

Akustisch äußert sich ein Blitz in Form von Donner; das "Grollen" des Donners kommt durch Echo-Effekte zustande.

Häufigkeit von Blitzen

Weltweit gibt es andauernd 2000 bis 3000 Gewitter, was auf der gesamten Erde täglich 10 bis 30 Millionen Blitze ergibt. Das sind über 100 Blitze innerhalb einer Sekunde. Doch nur 10% aller Blitze schlagen in den Boden ein. Am Ort des Einschlags können sie Temperaturen vom mehreren 1000° C erzeugen.

In der Bundesrepublik Deutschland gab es 2003 über 2 Millionen Blitze. In Österreich schwankt die seit 1992 registrierte Zahl zwischen 104.000 und 222.000, davon allerdings 70% in der süd-östlichen Landeshälfte und nur 10% im alpinen Tirol. Die bisherige Regel, dass im Gebirge mehr Blitze auftreten, dürfte also nicht überall gelten.

Die allgemeine Blitzhäufigkeit in Deutschland liegt zwischen 0,5 und zehn Einschlägen pro Quadratkilometer und Jahr. Im Schnitt ganz Bayerns liegt er jährlich unter 1 Blitz pro km², in Österreich und Norditalien bei 1-2, in Slowenien bei etwa 3. Doch gibt es fast überall kleinere Bereiche, die 2-3 mal höher liegen (und umgekehrt).
Ferner hängt die Blitzhäufigkeit sehr stark von der Jahreszeit ab. Im Juli und August kommt es zu hohen Zahlen an Blitzschlägen, im Januar gibt es fast gar keine Blitze.

Am häufigsten blitzt es in Deutschland im Schwarzwald, in Österreich und Italien an den Südlichen Kalkalpen. Als "Die Stadt der Blitze" bezeichnet man allerdings Durban in Südafrika.
In Brasilien untersucht das DLR-Forschungsflugzeug Falcon die Entstehung von Stickoxiden durch Blitze in tropischen Gewittern.

Schäden durch Blitze

Gewitter richten in der Bundesrepublik jährlich Schäden in Höhe von mehreren Millionen Euro an. Die Versicherungen können sich dabei durch Meldesysteme wie bei Siemens oder dem österreichischen ALDIS - das bis Mitteldeutschland reicht - vor eventuellen Falschmeldungen schützen.
Durch Blitzeinschlag können elektrische Geräte und Computer beschädigt werden, sowie Haus- und Waldbrände entstehen. Zum Schutz werden viele Gebäude mit Blitzableitern versehen, die aber von den Versicherungsgesellschaften nicht ausdrücklich verlangt werden. Ihre Wirksamkeit hängt vor allem von der fachgemäßen Erdung ab. Die am Markt angebotenen Schutzvorrichtungen für PCs sind jedoch nicht immer wirksam. Dies liegt auch daran, dass eine Schädigung durch die von Blitzen verursachten extrem hohen Feldstärken in ihrer Nähe verursacht werden kann und deshalb Schutzvorrichtungen wirkungslos bleiben.

Während eines Gewitters ist man im Freien - vor allem auf erhöhten Standpunkten - der Gefahr des Blitzschlags ausgesetzt. Am sichersten ist man in einem Haus oder im Auto, da beide wie ein Faradayscher Käfig funktionieren und den Blitz außen ableiten. Tatsächlich ist tödlicher Blitzschlag in der BRD relativ selten geworden, und die durchschnittlich 3 bis 7 Todesopfer pro Jahr ließen sich durch weitere Vorsichtsmaßnahmen noch weiter reduzieren.
Im 19. Jahrhundert wurden in Deutschland noch an die 300 Personen jährlich vom Blitz getötet, da wesentlich mehr Menschen auf freiem Feld arbeiteten und sie sich nicht in Faradaysche Käfige (Autos) zurückziehen konnten - siehe [1].

Beim Einschlag eines Blitzes kann eine elektrische Spannung von mehr als 100 Millionen Volt zwischen Wolken und Erde vorliegen, beim Blitzschlag fließt ein Strom von etwa 20.000 bis 200.000 Ampere. Die Temperatur am Einschlagpunkt, wo bei Metallen ein kleines Loch geschmolzen wird, kann bis über 25.000 Grad Celsius betragen. Derartige Spannungsunterschiede bauen sich durch Reibungsvorgänge zwischen Eiskristallen in Gewitterwolken auf .

In den USA gibt es eine Selbsthilfegruppe blitzschlaggeschädigter Menschen und deren Angehöriger.

Verhalten bei Gewittern

Obwohl die instinktive Blitzangst manchmal übertrieben wird, ist es eindeutig am besten, bei Gewitter ein Gebäude aufzusuchen. Wenn das - z.B. im Gebirge - nicht möglich ist, sollte man sich möglichst in eine Mulde oder in eine Höhle ducken. Falsch und lebensgefährlich ist hingegen ein altes Sprichwort: "Vor Eichen sollst du weichen, Buchen sollst du suchen". Der Ursprung für dieses Sprichwort könnte folgenden Hintergrund haben, eine Buche hat eine glatte Rinde und eine Eiche eine zerklüftete Rinde. Dadurch wird bei Regen der Blitz an der durchgängig feuchten Rinde der Buche besser an der Aussenseite in den Boden geleitet, als bei der durch ihre tiefen Furchen nicht durchgänig feuchten Eichenrinde. Dadurch ist die Wahrscheinlichkeit, dass bei einem Blitzeinschlag ein Eichenstamm im unteren Teil explodiert höher, als bei einer Buche, was einen vor dem Regen Schutzsuchenden verletzen kann. Bei einer Buche hinterlässt ein Blitzeischlag typischerweise einen senkrechten, einige Zentimeter breiten, leicht spiraligen Schnitt in der Borke. Richtig ist, alle Bäume, hohe Holzmasten, Gewässer und metallische Gegenstände, die in die Höhe ragen, bei einem Gewitter zu meiden.

Wenn man auf weiter Flur von einem Gewitter überrascht wurde, sind Schuhe mit gut isolierenden Sohlen (z.B. aus dickem Gummi) ein Vorteil, wenn man sich zudem richtig verhält:

Breitbeiniges Stehen oder Hinlegen sollte vermieden werden, da die Gefahr besteht, dass durch einen indirekten Blitzschlag eine hohe Spannung zwischen den Füßen aufgebaut wird (Potentialdifferenz).

Es wird empfohlen, auf Zehenspitzen in die Hocke zu gehen, sich aller metallischen Gegenstände zu entledigen und den Kopf einzuziehen. Halten sie sich dabei von Regenpfützen fern.

Erscheinungsformen des Blitzes

Datei:Blitz.JPG
Nächtliches Gewitter am Fuß des Südschwarzwalds

Linienblitz

Ein Linienblitz hat keine Verzweigungen. Er sucht sich jedoch nicht immer den direkten Weg zum Erdboden, sondern kann auch Knoten und kreisförmige Verschlingungen enthalten.

Datei:Flächiger Wolke-Erde-Blitz.jpg
Flächenblitz in Norman, Oklahma 1978

Flächenblitz

Ein Flächenblitz zeigt zahlreiche Verzweigungen vom Hauptblitzkanal.

Perlschnurblitz

Der Perlschnurblitz ist eine Blitzart, bei der der Blitz nicht durch einen zusammenhängenden Blitzkanal gekennzeichnet ist, sondern in einzelne, meist nur wenige Meter lange Segmente zerfällt. Diese einzelnen Segmente leuchten heller und meist auch etwas länger als ein "normaler" Linienblitz. Von weitem betrachtet sehen die kurzen, leuchtenden Segmente des Blitzes wie eine Perlenschnur aus.

Perlschnurblitze sind wie Kugelblitze sehr seltene Blitzphänomene. In Laboren ist es bereits gelungen, Perlschnurblitze künstlich zu erzeugen. Dennoch hat man ihre Bildung noch nicht restlos verstanden: als Ursache könnten Instabilitäten im Plasma des Blitzkanals in Frage kommen.

Kugelblitz

Die Existenz des Kugelblitzes ist eine heute noch umstrittene Frage. Die nur selten berichteten Phänomene können angeblich wegen eines Quantentunneleffektes durch Mauern dringen und sich langsam in Bodennähe bewegen. Künstliche Kugelblitze sollen in einigen Laboren schon erzeugt worden sein.

Wetterleuchten

Wetterleuchten auf Formentera 2004

Unter Wetterleuchten (mittelhochdt. leichten, nicht verwandt mit leuchten, wie oft angenommen) wird meist der Widerschein von Blitzen verstanden, wenn man die Blitze selbst nicht sieht. Es kann bei einem weit entfernten Gewitter oder bei Blitzen, die sich innerhalb von Wolken entladen, entstehen. Den Donner hört man wegen der großen Distanzen meistens nicht mehr deutlich.

St.-Elms-Feuer

Ein St.-Elms-Feuer (auch: Elmsfeuer) ist eine Funkenentladung. Sie tritt meist an hohen Gegenständen wie Fernsehantennen, Schiffsmasten oder Gipfelkreuzen auf. Bergsteiger berichten öfters, dass diese sog. Spitzenentladung auch am Pickel auftritt, den man daher bei Gewittern nicht in der Hand tragen soll.

Blue Jets und Red Sprites

Red Sprite

Bei den blauen und roten "Kobolden" handelt es sich um Blitzentladungen in der Ionosphäre über großen Gewitterwolken. Sie werden vermutlich durch Wolkenblitze induziert und laufen innerhalb von Millisekunden als rötlicher Ring aus etwa 90 km Höhe pilzförmig nach unten.
In rund 40 km Höhe entstehen auf ähnliche Weise die blauen kegelförmigen Entladungen, die aber Zehntelsekunden dauern können und nach verschiedenen Quellen auf- oder abwärts laufen. Erste Berichte stammen aus dem Jahr 1989, doch vermutlich gab es schon vor dieser Zeit Beobachtungen von Blue Jets und Red Sprites. Flugzeugpiloten, die dieses Phänomen beobachten konnten, behielten es für sich, da sie sonst eventuell außer Dienst gestellt worden wären, wenn man ihnen nicht geglaubt hätte.

Extragalaktische Blitze

In der höheren Atmosphäre werden durch energiereiche Gammastrahlung von Galaxien und Supernova-Überresten schwache Lichtblitze ausgelöst. Diese Tscherenkow-Blitze sind allerdings kaum sichtbar, obwohl die Gammaquanten enorme Energien von einigen Tera-eV haben (billionenmal mehr als Licht). Sie werden von "HESS"-Teleskopen erforscht, deren erstes 2002 in Namibia in Betrieb ging. Das High Energy Stereoscopic System registriert die "Blauen Blitze" mit großen Spiegeln.
Das Projekt wird von 70 Wissenschaftern aus Europa und Afrika betreut (aus Deutschland das MPI Heidelberg und 4 norddeutsche Institute). Die Forschungen begannen 1989 am Whipple-Tscherenkow-Teleskop, einem Metallspiegel von etwa 10 Metern. Interessant ist der Effekt weniger für Meteorologen als für Astronomen, weil diese "nichtthermische Strahlung" im gesamten Universum etwa soviel wie die Lichtstrahlung ausmachen könnte.

Geschichte der Blitzforschung

  • Die Etrusker sahen in Blitzen Orakel, durch die sie die Zukunft zu deuten versuchten. Die sogenannten libri fungurales erläuterten die Deutung der Blitze. Schon zu dieser Zeit (zwischen 800-600 v. Chr.) wurden Blitze kategorisiert und beobachtet.
  • Benjamin Franklin (1706 bis 1790) hat einen per Metalldraht geerdeten Lenkdrachen zu Gewitterwolken aufsteigen lassen. Er erkannte, dass hinter einem Blitz eine elektrische Ursache steckt. Er baute im Jahre 1752 den ersten Blitzableiter.

Baurecht und Blitzschutz

Gesetzliche Vorgaben

"Bauliche Anlagen, bei denen nach Lage, Bauart oder Nutzung Blitzschlag leicht eintreten oder zu schweren Folgen führen kann, sind mit dauernd wirksamen Blitzschutzanlagen zu versehen." (Deutschland - Auszug aus der Musterbauordnung 2002)

"Bauliche Anlagen sind mit Blitzschutzanlagen, die den Erfahrungen der technischen Wissenschaften entsprechen, auszustatten, wenn sie durch ihre Höhe, Flächenausdehnung, Höhenlage oder Bauweise selbst gefährdet oder widmungsgemäß für den Aufenthalt einer größeren Personenzahl bestimmt sind oder wenn sie wegen ihres Verwendungszweckes, ihres Inhaltes oder zur Vermeidung einer Gefährdung der Nachbarschaft eines Blitzschutzes bedürfen." (Österreich - Auszug aus der Bauordnung Wien)

Diese oder ähnliche Vorgaben finden sich in vielen Landesbauordnungen. Der Gesetzgeber schreibt damit für jedes Bauvorhaben eine Einzelfallprüfung vor. Es ist zu prüfen, ob Blitzschlag leicht eintreten (z.B. anhand der Lage und Ausdehnung des Gebäudes) oder zu schweren Folgen (z.B. Personenschaden) führen kann.

Risikoanalyse - Blitzschutznachweis

Der Gesetzgeber benennt keine technische Regel, nach der diese Prüfung durchgeführt werden soll. Im Prinzip ist daher der Bauherr/Architekt in der Nachweisführung frei, soweit alle im Gesetzestext genannten Einflussgrößen (Lage, Bauart, Nutzung, Folgen) detailliert betrachtet werden. In der Praxis erweist sich das als gar nicht so einfach, weil in der Regel die erforderlichen Abschätzungen eine entsprechende Erfahrung voraussetzen. Welcher Arbeitsaufwand hinter einer fachgerechten Risikobeurteilung stecken kann, lässt sich anhand der DIN V VDE V 0185 Teil 2 ablesen. Diese Norm erfüllt vom Umfang die gesetzlichen Mindestanforderungen, die Anwendung ist also baurechtlich zulässig. Andererseits ist der Aufwand für die Datenerfassung und Berechnung für viele Bauvorhaben unangemessen hoch. Besonders problematisch ist jedoch, dass in Einzelfällen die Berechnungsergebnisse nicht mit dem geltenden Baurecht in Einklang stehen. Der Gesetzgeber oder die Rechtsprechung haben für bestimmte Gebäudetypen/Nutzergruppen andere Festlegungen getroffen.

Eine Berechnung kann daher immer nur der erste Schritt der Risikobetrachtung sein, in einem weiteren Schritt sind noch baurechtliche Besonderheiten zu berücksichtigen.

Vorlage:Wiktionary1

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