Wie entsteht ein Gewitter?

Ein Gewitter ist eine Wetter-Erscheinung, die durch Blitz und Donner charakterisiert wird. In Mitteleuropa treten Gewitter hauptsächlich in den warmen Monaten Mai bis August auf, weil die nötigen Zutaten in der Sommer-Saison häufiger zusammentreffen.

Die wesentlichen Zutaten für ein Gewitter sind:

• Feuchte, warme Luft in Bodennähe
• Kalte Luft in einigen Kilometern Höhe
• und ein Prozess, der die Hebung der warmen Luft unterstützt.

Nun geschieht Folgendes: Warme Luft ist leichter ist als kalte Luft, denn in warmer Luft befinden sich auf gleichem Raum weniger winzige Molekül-Teilchen. Deshalb steigt warme Luft auf. Kalte Luft wiederum kann weniger Feuchtigkeit (Wasserdampf) halten als warme Luft. Bei ihrem Aufstieg nach oben dehnt sich die warme Luft aus und kühlt sich dadurch ab. Die in ihr enthaltene Feuchtigkeit muss also irgendwohin – sie kondensiert. Der Wasserdampf wandelt sich von seinem gasförmigen Zustand in einen flüssigen und bildet kleine Wassertröpfchen. So entstehen Wolken. Wenn der Wasserdampf flüssig wird, wird Wärme frei. Diese Wärme heizt die aufsteigende Luft an und macht sie wiederum leichter als die Umgebungsluft. Solange Wasserdampf enthalten ist, steigt die Luft also weiter an. Schließlich bildet sich eine hoch aufragende Gewitterwolke (auch Cumulonimbus-Wolke genannt).

In einer solchen Wolke geht es rasant zu. Warme Aufwinde transportieren Wassertröpfchen immer weiter nach oben, manchmal sogar in Höhen, wo die Luft bereits so kalt ist, dass diese gefrieren. So können sich große Hagelkörner bilden, die erst zu Boden fallen, wenn sie so schwer sind, dass der Aufwind sie nicht mehr weiter anhebt. Neben den Aufwinden gibt es im Inneren einer Gewitterwolke auch Abwinde. Durch die gegenläufige Bewegung der Luftteilchen entsteht Reibung. Während sich der obere Teil der Wolke elektrisch positiv auflädt, reichert sich an der Unterseite negative Ladung an. Dieses Spannungsfeld wird immer größer, bis es sich in Form eines Blitzes wieder ausgleicht.

Der Blitz kann dabei zwischen den Wolken erfolgen (Wolkenblitz) oder auch zwischen Wolke und Boden (Erdblitz). Der Strom fließt mit bis zu 400.000 Ampere durch einen nur fingerdicken Blitzkanal, die Luft erwärmt sich dabei im wahrsten Sinn des Wortes blitzartig bis auf 30.000 Grad Celsius. Dabei dehnt sich die erhitzte Luft explosionsartig aus und sorgt für den Donnerknall. Das charakteristische Grollen des Donners entsteht, weil die Schallwellen an den unterschiedlichen Luftschichten immer wieder gebrochen und reflektiert werden. Den Blitz sehen wir sofort, den Donner hören wir erst später. Warum das? Der Blitz breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit (etwa 300.000 Kilometer pro Sekunde) aus, der Donner jedoch „nur“ mit Schallgeschwindigkeit (etwa 340 Meter pro Sekunde) aus. Zählt man also die Sekunden zwischen Blitz und Donner, kann man abschätzen, wie weit der Blitz entfernt war. Drei Sekunden entsprechen dabei einem Kilometer Entfernung.

Die starke Sonneneinstrahlung heizt den Boden im Lauf des Tages auf. Der Boden wiederum gibt Wärme an die Luft ab. Durch Verdunstung wird die bodennahe Luft zusätzlich mit Feuchtigkeit angereichert, was zu einem positiven Auftrieb führt. In der Nacht dagegen kühlt die bodennahe Luftschicht ab und damit nimmt auch die darin enthaltene Energie ab.

Die Vorhersage von sommerlichen Gewittern ist extrem schwierig. Während es an einem Ort trocken bleiben kann, hat sich möglicherweise nur wenige Kilometer entfernt ein kräftiges Unwetter mit Hagel und Sturmböen entwickelt.

Einer der Parameter, der von den aktuellen Wettermodellen gerechnet wird, ist der CAPE-Index (CAPE=“Convective Available Potential Energy“). Der CAPE-Index soll darstellen, wie hoch ein Luftpaket potenziell gehoben werden kann. Ein hoher CAPE-Wert macht das Auftreten von Gewittern in der betreffenden Region wahrscheinlicher. Der CAPE-Index wird in Joule je Kilogramm (J/kg) angegeben.

Video: Gewitter über Wien