Wenn es blitzt, donnert und schüttet - Gewitter

Ein Gewitter ist ein lokal begrenztes, mit elektrischen Entladungen (Blitze) einhergehendes Niederschlagsereignis. Typisch für ein Gewitter ist eine mächtige Quellwolke (Cumulonimbus). Sie entsteht, wenn warme Luft aufsteigt und dabei abkühlt. Innerhalb der Wolke bauen sich Spannungen auf, die sich in Form von Blitzen entladen. Gewitter bringen oft schwere Unwetter mit Platzregen, Hagel und Sturmböen.

Antriebsmotor eines jeden Gewitters ist die Sonne. Sie erwärmt die Erdoberfläche, welche ihrerseits die bodennahen Luftschichten aufheizt. Bei diesem Vorgang dehnt sich die Luft aus und wird leichter. Wie ein Heißluftballon beginnt die leichtere Warmluftblase aufzusteigen, wobei sie sich abkühlt. Der überschüssige Wasserdampf kondensiert schließlich zu feinsten Wassertröpfchen aus und das aufsteigende Luftpaket wird als Quellwolke sichtbar.

Die Quellwolke schießt immer weiter in die Höhe und bildet bald einen oft über 10 Kilometer hohen Wolkenturm, in welchem der Aufwind über 150 Kilometer pro Stunde erreicht.

Während die Temperatur an seiner Basis noch über dem Gefrierpunkt liegt, wird die Wolke mit zunehmender Höhe rasch kälter und in ihrem Gipfelbereich herrscht strenger Frost unter minus 50 Grad. Das sind Werte, bei denen die Wolke nur noch aus durcheinanderwirbelnden Eiskristallen besteht. Durch die hohe Geschwindigkeit des Aufwindes werden aber auch unzählige Wassertröpfchen mit in den Frostbereich der Wolke gerissen. Sie lagern sich an Eiskristallen an, wodurch diese größer und schwerer werden: Hagelkörner entstehen.

Shelf Clouds entstehen durch kalte Abwinde am Rande einer Gewitterwolke, die sich keilförmig unter die vorderseitig liegende wärmere Luft schiebt. Die wärmere Luft wird dann gehoben und ihr überschüssiger Wasserdampf kondensiert. Im Deutschen werden Shelf Clouds auch als Böenwalzen bezeichnet.

Solche Böenwalzen kann man bei Gewittern häufig beobachten. Durch den ausfallenden Starkregen werden große Pakete kalter Luft mit zu Boden gerissen, wo sie seitwärts ausweichen müssen. Dort stoßen sie auf andere Luftpakete, denen sie wiederum nur nach oben ausweichen können.

Dabei entsteht eine horizontal rotierende Luftrolle, deren aufsteigender Bereich zu einer Wolke kondensiert. Im absteigenden Teil löst sich die Wolke dagegen wieder auf. Shelf Clouds können sich manchmal in mehreren Schichten formieren. Diese bilden sich durch die unterschiedlichen Luftmassen und das Zusammenspiel heftiger Auf- und Abwinde.

Bei der Passage solcher Wolkenformationen sind in der Regel auch Sturmböen dabei. Manchmal bilden sich an der Wolkenwalze Funnel, die als trichterförmiger Auswuchs zu erkennen sind. Sie können sich zu Boden schlängeln und weiter zu einem Tornado auswachsen.

Das explosionsartige Wachstum der Eiskristalle vollzieht sich auf Kosten der unterkühlten Wassertröpfchen, die sich an den Eiskristallen anlagern oder durch Kollisionen zum Wachstum von Graupelkörnern beitragen. Stoßen große Graupelkörner nun mit leichteren Eiskristallen zusammen, entreißen sie diesen Elektronen und die Ladungstrennung beginnt.

Wird das elektrische Potenzial groß genug, "zündet" der erste Blitz. Die meisten Blitze entladen sich innerhalb der unterschiedlich geladenen Teile der Wolke. Weil sich gegensätzliche Ladungen anziehen, "sucht" die negative Ladung der Wolke den elektrischen Ausgleich aber auch zur positiv geladenen Erdoberfläche. Rund 10 Prozent aller Blitze bahnen sich deshalb einen Weg zur Erde.

Der Blitz führt zu einem Ladungsausgleich. Dabei erhitzt sich die Luft im Blitzkanal schlagartig. Die dadurch erzeugte Druck- oder Stoßwelle breitet sich mit Schallgeschwindigkeit (330 m/s) aus und ist als Donner hörbar.

In Mitteleuropa gibt es die meisten Gewitter in den warmen Monaten von April bis September, am häufigsten sind sie von Mai bis August. Im Hochsommer gewittert es meist am Nachmittag und Abend, weil die Erdoberfläche dann oft am wärmsten ist und damit der Unterschied zwischen bodennahen und höheren Luftschichten am größten. Allein über Deutschland zucken in dieser Zeit mehr als zwei Millionen Blitze, von denen rund 200.000 auf der Erde einschlagen. Die Gewitterhochburgen Deutschlands sind gebirgige Gegenden wie das Alpenvorland.

Wenn Kaltfronten die warme Sommerluft ausräumen, werden sie von Gewittern begleitet. Man spricht hier auch von Sommergewittern.

Wärmegewitter entstehen vornehmlich im Sommer, es beschränkt sich aber auf einen kleinen Raum. Dabei muss die Luftfeuchtigkeit ausreichend hoch und die Luftdruckverteilung schwach sein. Es bildet sich dann, wenn sich die Luft in Bodennähe durch starke Sonneneinstrahlung aufheizt, nach oben steigt und die untere Atmosphäre vor Ort durcheinanderwirbelt. Wärmegewitter weisen einen ausgeprägten Tagesgang auf und entwickeln sich häufig am späten Nachmittag oder am frühen Abend. In der Nacht lösen sich die Gewitter in den meisten Fällen rasch wieder auf.

Wärmegewitter bilden sich oft über waldreichen oder gebirgigen Gegenden wie den Mittelgebirgen oder dem Alpenvorland, weil dort mehr Feuchtigkeit in der Luft vorhanden ist. Über Ballungsgebieten oder kühlen Wasserflächen sind sie dagegen kaum zu erwarten. Eine Ausnahme bilden jedoch Kühltürme von Braunkohle- oder Kernkraftwerken, deren Wasserdampfwolken in Einzelfällen die Bildung lokaler Gewitter begünstigen können.

Wie bei Wärmegewittern im Sommer sind auch bei Gewittern im Winter große Temperaturunterschiede in der Atmosphäre die Auslöser. Besonders über den Meeresflächen, wenn diese noch relativ hohe Temperaturen aufweisen und gleichzeitig sehr kalte Luft in höheren Luftschichten einströmt, schießen mächtige Quellwolken empor.

Die Meere kühlen sich deutlich langsamer ab als die Landmassen. Im Spätherbst und Winter fließt häufig kalte Luft polaren Ursprungs ein, sodass sich ein Temperaturunterschied von 40 Grad und mehr einstellt. Das sind günstige Voraussetzungen für Gewitter. Sie gehen meist mit Graupel und Schnee einher und entladen sich besonders in den Nächten. Denn nachts kühlt die Wolkenoberseite noch ein bisschen mehr ab als tagsüber. Das wiederum vergrößert den Temperaturunterschied zwischen Wasser und höherer Atmosphäre.

Nicht immer muss es bei einem Gewitter schütten. Wenn der Regen nicht unten ankommt, spricht man von einem Trockengewitter. Häufig zu beobachten ist das Phänomen in Regionen mit sehr trockener und warmer Luft wie beispielsweise auf der Iberischen Halbinsel und im Südwesten der USA. Für ein Gewitter braucht es ausreichend hohe Luftfeuchtigkeit. Wenn sich die Gewitterwolken erst mal gebildet haben, läuft alles wie gewohnt ab und es regnet. Da der Regen jedoch in eine trockene Luftschicht fällt, verdunstet er sofort, bevor er überhaupt den Boden erreicht. Trockengewitter werden jedoch von Blitzen begleitet, die Buschland und Wälder in Brand setzen können.

Wie gefährlich Blitze sind, offenbart sich an ihren Eigenschaften: So beträgt das Spannungspotenzial eines Erdblitzes mehrere 10 Millionen Volt und er kann bis zu 30.000 Grad heiß sein. Obwohl der Hitzestoß nur Bruchteile von Sekunden dauert, kann er Gebäude in Brand setzen oder Bäume geradezu sprengen, weil das Wasser im Stamm explosionsartig verdampft.

Jahr für Jahr werden weltweit Hunderte von Menschen durch Blitzschlag bei Gewittern verletzt, viele von ihnen kommen ums Leben oder leiden jahrelang unter den Folgen des erlittenen, elektrischen Stromschlags.

Sturzflutartige Regengüsse, schwere Sturm- und Orkanböen sowie großer Hagel hinterlassen in ihrer Summe große Schäden. Große Hagelkörner werden zu lebensgefährlichen Geschossen.

Solche Hagelsteine können sogar die Windschutzscheiben von Fahrzeugen durchschlagen. Ein Hagelkorn mit 3 Zentimetern Durchmesser hat am Boden bereits eine Aufprallgeschwindigkeit von über 70, die größten Eisklumpen schlagen sogar mit über 150 Kilometern pro Stunde auf.

Die teils enormen Wassermassen, die sich aus dem Starkniederschlagskern eines heftigen Gewitters ergießen, können verheerende Schäden anrichten. Teils prasseln in kurzer Zeit Mengen von über 30 Liter pro Quadratmeter nieder, ganz vereinzelt auch über 100 Liter! Diese hohen Summen führen zu Überschwemmungen und Bodenerosionen. Dabei verwandeln sich kleinere Gebirgsbäche rasch in reißende Flüsse. Besonders gefährdet sind Täler, Senken, Tiefgaragen, Keller und Unterführungen.

Häufig tritt bei Gewittern ein Phänomen auf, das oft mit einem Tornado verwechselt wird. Ein Downburst kann genauso verheerend sein. Dabei handelt es sich um Gewitterfallböen.

Downbursts, auch Microbursts genannt, treten häufiger als Tornados auf und können großflächigere Schäden anrichten. Obwohl beide Phänomene ein ähnliches Schadensbild hervorrufen, haben sie eine andere Entstehungsweise.

Downbursts entstehen häufig, wenn sich in größerer Höhe zwischen feuchter Luft eine trockene Luftschicht befindet. Bildet sich nun ein Gewitter aus, verdunstet der Niederschlag in dieser trockenen Luftschicht teilweise. Dadurch entsteht Verdunstungskälte, die den sogenannten Abwind des Gewitters zusätzlich beschleunigt.

Wie ein nasser "Sack" stürzt die kalte Luft aus den Höhen der Gewitterwolke zur Erde, mitgerissen vom Starkniederschlag. Treffen solche Abwinde am Boden auf, werden sie seitwärts umgelenkt und breiten sich als Sturmböen in alle Himmelsrichtungen aus.

Im Extremfall können die Fallböen Orkanstärke von weit über 120 Kilometern pro Stunde erreichen. Häufig verursachen solche Windspitzen ähnliche Schäden wie Tornados.

Die größten Schäden können auch innerhalb einer Schneise auftreten, während die Fallrichtung der umgestürzten Bäume bei einem Downburst weitgehend gleichförmig ist. Zur endgültigen Unterscheidung müssen das Schadensbild von Experten beurteilt und Augenzeugenberichte sowie Foto- und Videoaufnahmen hinzugezogen werden.