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Gewitter, Blitze

Allgemeines

Blitz in Namibia © goruma

Unter einem Gewitter versteht man eine meteorologische Erscheinung, die durch gegensätzliche Ladungen innerhalb von Gewitterwolken und der Erde mit daraus folgenden Blitzen und Donner sowie starken Winden und Niederschlägen - oft als Hagel - gekennzeichnet ist.
Dabei muss man die elektrischen Entladungen - also Blitzen - der verschieden geladenen Wolken untereinander und die Entladungen von Wolken mit der Erdoberfläche unterscheiden. Etwa 10% der Blitze treffen die Erde, die anderen 90% sind Entladungen zwischen verschiedenen geladenen Wolken.

Selbst für den modernen Menschen sind Gewitter mit Blitz und Donner immer noch bedrohlich und faszinierend zugleich. In Deutschland  kommen jährlich zwischen 7 bis 10 Menschen durch Blitzschläge ums Leben und um die 40 bis 50 werden jährlich durch Blitze verletzt. Weltweit sterben sogar einige Tausend an den Folgen von Blitzen.
Im Osten Chinas kamen beispielsweise Ende Juni 2007 nach tagelangen schweren Gewittern ca. 40 Menschen, meist Bauern auf ihren Feldern, infolge von Blitzschlägen ums Leben. Und  Ende Juni 2012 starben auf der Golfanlage Waldeck bei Korbach in Hessen drei Frauen, die in einer Holzhütte Schutz gesucht hatten, infolge eines Blitzeinschlags - eine vierte überlebte schwer verletzt, verstarb aber später ebenfalls.

Anzahl von Blitzen

Man schätzt, dass es auf der Erde täglich etwa 1.000 Gewitter mit ca. 4-10 Millionen Blitzen gibt. Im Mittel sind das pro Sekunde etwa 50 Blitzeinschläge.
In Europa treffenpro Quadratkilometer und Jahr - je nach Region - zwischen 0,2 bis 5 Blitze die Erdoberfläche. Die meisten Blitze in Europa gibt es mit 7 Blitzen pro Jahr und Quadratkilometer im  Gebiet des Länderdreiecks von Italien, Österreich und Slowenien. 
In einer Reihe von Ländern in Europa werden Blitzeinschläge seit 1992 mit Hilfe des BLitz Informations Dienstes von Siemens (BLIDS) geortet, das seinen Sitz in Karlsruhe hat. 
BLIDS bildet mit seinen 40 Messstationen in Deutschland, den Beneluxstaaten, Großbritannien, der Schweiz, Ungarn, der Slowakei, Polen und Tschechien - gemeinsam mit Messstationen anderer privater und staatlicher Ortungsdienste in Europa - den Verbund EUCLID mit ca. 150 Messstationen. EUCLID ist die Abkürzung von European Cooperation for Lightening Detection.
Die Ortung der Blitze erfolgt über die von den Blitzen erzeugten elektromagnetischen Wellen, die einige 100 km weit detektierbar sind und den Einschlagsort auf etwa 200 m genau bestimmen lässt

In Deutschland gibt es jährlich etwa 2 Millionen Blitze, von denen - wie oben erwähnt -  etwa 10%, also etwa 200.000, auf die Erde treffen, die anderen sind Entladungen zwischen den Wolken.
Aber z.B. im Jahr 2007 schlugen ca. 1 Mio. Blitze in Deutschland ein

Etwa 85% aller Blitzeinschläge finden in Europa zwischen Mai und September statt.
In Cottbus gab es im Jahr 2014 die meisten Blitzeinschläge in Deutschland, hier schlugen Mittel pro km² rund 8,4 Blitze ein.
Die meisten Blitze in Deutschland gab es  im Jahr 2016 mit 5 Blitzeinschlägen pro Jahr und Quadratkilometer im Landkreis Wesel in Nordrhein-Westfalen.
Die wenigsten Blitzeinschläge gab es 2016 in Flensburg und Frankfurt (Oder) mit rund 0,21 Einschlägen pro km².
Diese "Statistik" ändert sich jedoch jährlich.

In Florida/USA sind es sogar etwa 40 Blitze pro Quadratkilometer und Jahr. Wegen der höheren Temperaturen und der größeren Luftverschmutzung ist die Blitzhäufigkeit in Großstätten größer als auf dem Land oder über dem Meer.
Ein Blitz bedeutet nicht nur eine große Gefahr für Menschen und Tiere sondern auch für Bäume und andere Objekte. Da im Inneren des Blitzes Temperaturen von rund 30.000° C entstehen, es also beträchtlich heißer als z.B. auf der Sonnenoberfläche wird, können Bäume, Gebäude und andere Gegenstände in Brand geraten. Für die Entstehung zahlreicher Waldbrände sind daher oft Blitze verantwortlich.
Bis zu dem Zeitpunkt der naturwissenschaftlichen Erkenntnisse von Blitzen galten Gewitter mit ihren Blitzen und Donnern als göttliches Zeichen. So glaubten die Germanen beispielsweise, dass Thor, der Gott des Donners, seinen Hammer auf die Erde schleudere. Aber auch im Christentum wurden Blitz und Donner als Zeichen Gottes gedeutet. Und lange Zeit wurden spezielle Glocken in den Kirchtürmen - "Fulgara frango" - während eines Gewitters geläutet. Dabei kamen zahlreiche Glöckner durch Blitzschläge in die hoch in den Türmen hängenden Glocken ums Leben.

Entstehung von Gewitterwolken

Voraussetzung für das Entstehen eines Gewitters ist das rasche Aufsteigen von Luftmassen.
Dabei gelangt die im Vergleich zur Umgebung relativ wärmere und feuchtere Luft in höhere Regionen, deren Luftfeuchte durch Abkühlung kondensiert.

Je nachdem, wie hoch dieses Luftquantum steigt, entstehen so die Unterformen der Kumulusbewölkung
Cumulus humilis (kleine, flockige und meistens großräumig auftretende Schönwetterwolken),
Cumulus mediocris
(mittelhohe (600 m bis 1,2 km) Wolken mit nur mäßigen Quellungen an ihrer Oberseite)
Cumulus congestus (massigen blumenkohlförmigen Quellungen und scharfen Umrissen, die Höhen bis zu 6 km erreichen) und, im Fall eines Gewitters,
die Kumulonimbuswolke.

Diese bildet sich in 3 bis 4 km Höhe, kann aber an ihrer Oberseite Höhen bis zu 18 km erreichen. In nördlichen Breiten reichen Gewitterwolken bis ca. 8 km hoch - in den Tropen aber bis zu ca. 16 km. 
Ihr Aussehen ist gekennzeichnet durch die typische Ambossform an der Oberseite (Cumulonimbus incus). Bilden sich an dieser Seite der Wolke Eiskristalle, so sieht diese unscharf aus und ähnelt der Oberseite einer Zirruswolke (Cumulonimbus cappilatus). Unter Zirruswolken (Cirruswolke) versteht man reine Eiswolken in großen Höhen, die auch als Federwolken bezeichnet werden.
Gewitterwolken besitzen enorme Mengen an Wasserdampf und damit eine große Energiemenge. So besitzt eine Gewitterwolke mit den Ausmaßen von 2 km mal 2 km bei einer Höhe von 10 km ein Gewicht von rund 200.000 Tonnen = 200 Millionen Kilogramm. Dabei wurde eine mittlere Temperatur von 0° C angenommen - dann sind ca. 5 Gramm Wasserdampf in 1 m³ Luft gelöst.

Hinweis
Damit es zu Blitzen auf die Erdoberfläche kommen kann, muss die Wolkenuntergrenze von Gewitterwolken unter ca. 3.000 m Höhe liegen. Bei höheren Wolkenuntergrenzen entladen sich die Wolken in der Regel untereinander. Da die Wolkenuntergrenze in den Tropen bei Gewittern meist sehr viel höher liegt, kommt es dort - entgegen der landläufiger Meinung - sehr viel seltener zu Erdblitzen als in höheren Breiten. Da es aber dort sehr viel häufiger zu Gewittern kommt, ist Gesamtzahl der die Erde treffenden Blitze dennoch recht hoch.

Gewitterarten

Gewitterfront über dem Outback in Australien © goruma (barton-neuweiler)

Wärmegewitter
Wärmegewitter entstehen, wenn sich die Erdoberfläche aufgrund der Sonneneinstrahlung lokal stark erhitzt und die darüber liegenden Luftschichten aufgrund ihrer dadurch entstehenden geringeren Dichte nach oben steigen.
Durch die weiter oben erfolgende Abkühlung kondensiert der Wasserdampf innerhalb der Luftschicht zu Wasser, was zu Wolkenbildungen führt. Da bei dieser Kondensation Wärme frei wird, bezieht die Luftmasse daraus zusätzliche Energie, die dazu führt, dass es zu einer Erwärmung mit einem weiteren Aufsteigen der Luftmassen kommt.
Voraussetzung für die Entstehung eines Gewitters ist eine so genannte "labile Atmosphäre". Dabei ist die vertikale Temperaturabnahme der Luft der umgebenden Atmosphäre größer als die Temperaturabnahme innerhalb des aufsteigenden Luftpakets.
Aufgrund dessen ist die Luft innerhalb des aufsteigenden Luftpakets wärmer als die Umgebungsluft und hat somit auch eine geringere Dichte. Durch diesen zusätzlichen Auftrieb gelangt das Luftpaket in immer größere Höhen, wobei sich der für Gewitter typische Wolkenturm bildet.
Besitzen dann die umgebende Luft und das aufgestiegene Luftpaket die gleiche Temperatur, ist der Vorgang des Aufsteigens abgeschlossen.

Frontgewitter
Voraussetzung für die Entstehung eines Frontgewitters ist der Durchzug einer Kaltfront.
Die Kaltfront entsteht, wenn polare Kaltluft auf tropische Warmluft tritt. Obwohl die Bezeichnungen polar und tropisch auf andere Breiten als die, in denen wir leben schließen lässt, bezeichnen sie lediglich die Herkunft der Luftmassen und treten folglich in unseren Breiten sehr häufig auf.
Kalte Luft hat eine höhere Dichte als warme Luft und ist somit schwerer. Zieht eine Kaltluftmasse durch, schiebt sie sich daher unter die warme Luft und hebt diese an. Dadurch wird die warme Luft zum Aufstieg gezwungen.
Aufgrund der Abkühlung beim Aufstieg kondensiert der in der Luft befindliche Wasserdampf und es kommt zur Wolkenbildung. Typischerweise entstehen auf diese Weise Kumulonimbuswolken (Gewitterwolken) mit starken Niederschlägen, Fallwinden sowie Blitz und Donner.

Orografische Gewitter
Treffen Luftmassen auf ein Gebirge, so sind sie gezwungen, in die Höhe zu steigen, um dieses zu überwinden.
Auf diese Weise gelangt feuchte Luft in größere Höhen. Durch die dadurch erfolgende Abkühlung kondensiert der in den Luftmassen befindliche Wasserdampf und es kommt zur Entstehung von Wolken. Sind die Luftmassen warm und feucht genug, können so orografische Gewitter entstehen.

Wettererscheinungen bei Gewittern

Gewitter sind durch intensive Wettererscheinungen charakterisiert. Schon bevor der starke Niederschlag einsetzt, sind stark böige Fallwinde zu bemerken. Diese sind relativ kalt, da sie die Kälte aus höheren Luftschichten nach unten transportieren.
Der einsetzende Starkniederschlag in Form von Regen, Hagel, Graupeln oder seltener auch Schnee ist ein weiteres Charakteristikum. Die Entstehung erfolgt über kleinste Wassertröpfchen, die sich miteinander vereinigen. Erreichen sie eine bestimmte Größe, reicht der Auftrieb innerhalb der Wolke nicht mehr aus, um sie in der Wolke zu halten – sie fallen zu Boden.

Regentropfen können zwischen 0,1 und 5 mm groß sein. Haben die Regentropfen einen Durchmesser von 0,1- 0,5 mm, spricht man von Sprühregen. Erreichen die Tropfen eine kritische Größe von über 5 mm, zerfallen sie wieder in mehrere einzelne Tropfen.
Durch die starken Turbulenzen innerhalb der Gewitterwolke nehmen die Tropfen einen größeren Umfang an und fallen, durch die Fallwinde beschleunigt, mit großer Geschwindigkeit zu Boden.
Im Falle des Frontgewitters kommt es hinter der Front zu starken Absinkvorgängen der Luft (postfrontale Subsidenz), wodurch sich die Wolken wieder auflösen und eine kürzere Phase von schönem Wetter entsteht. Schon bald danach kommt es aber wieder zur Entstehung von Konvektionswolken und zum Einsetzen von Schauern.
Typisch für ein Gewitter ist die Abkühlung der Luft während und nach dem Gewitter. Bei einem Wärmegewitter liegt dies zum einen daran, dass kalte Luft durch Abwinde aus höheren Schichten der Troposphäre nach unten transportiert wird, zum anderen sind auch die Regentropfen von geringerer Temperatur. Außerdem wird beim anschließenden Verdunsten des Niederschlages Energie durch die Entwicklung von Kälte frei, die ebenfalls zur Abkühlung beiträgt.
Bei einem Frontgewitter kommt noch dazu, dass es ja aufgrund heranziehender Kaltluft entstanden ist und somit nach Durchzug des Gewitters die vorher wärmere durch die kältere Luft ersetzt wird.

Blitz und Donner

Entstehung eines Gewitters
Wettererscheinungen bei Gewittern © goruma (T.Asthalter)

Allgemeines
Der Blitz - das Wort stammt von dem indogermanischen bhlei = leuchten - ist eine faszinierende, jedoch auch beängstigende Erscheinung, mit der sich die Menschheit von Anfang an beschäftigte.
Bei den alten Griechen, Römern und Germanen wurde er der Laune von Zeus, Jupiter und Donar zugeschrieben. Erst 1752 bewies der amerikanische Staatsmann und Erfinder Benjamin Franklin, dass der Blitz eine elektrische Entladung ist.
Während eines Gewitters ließ er einen Drachen an einer Schnur aufsteigen, die nach Aufnahme von Feuchtigkeit elektrisch leitend wurde. Traf ein Blitz den Drachen, sprangen am unteren Ende der Schnur Funken über - ein recht gefährliches Experiment!
Das Prinzip des Drachenexperimentes wird noch heute bei Untersuchungen über den Blitzstrom und seine Wirkungen angewandt, wenn auch anstelle von Drachen kleinere Raketen zum Einsatz kommen.

Grundlagen / Positive und negative Ladungen
Es gibt prinzipiell positive Ladungen, das sind die Protonen im Atomkern der Materie und negative Ladungen, das sind die in der Hülle oder auch davon gelöst vorkommenden Elektronen. In einem elektrisch neutralen Atom bzw. Molekül, wie einem Sauerstoff- oder Wassermolekül befinden sich genauso viele Elektronen auf bestimmten Bahnen um den Kern, wie es im Kern Protonen gibt.
Werden ein oder mehrere Elektronen aus dem Atom (Molekül) entfernt, so besitzen die abgetrennten Elektronen eine negative Ladung und das Atom (Molekül) ist dadurch positiv geladen.
Eine positive Ladung von Atomen bzw. Molekülen bedeutet daher den Verlust eines oder mehrerer Elektronen. Ein Strom in Leitern wie z.B. Kupferkabeln besteht  in der Bewegung von Elektronen, die von dem Minuspol, - der einen Überschuss an Elektronen besitzt - zum Pluspol fließen. Aber bei Blitzen entlädt sich eine Wolke nicht über Elektronen sondern über negativ geladene Ionen - und in rund 5% der Fälle kommt es durch  Entladung der oberen Schichten der Wolken zu einem "positiven" Blitz, also zum "Transport" von positiv geladenen Ionen. Diese Ionen sind Sauerstoff-, Stickstoff- oder Wasserionen.

Entstehung von Blitz und Donner
Blitze entstehen aufgrund unterschiedlicher Ladungen sowohl innerhalb der Wolke als auch zwischen Wolke und Erde. Ladungsunterschiede innerhalb von Wolken führen zu einem Ladungsausgleich innerhalb der Wolken und damit zu Wolkenblitzen.
Bei dem Ladungsausgleich zwischen einer Wolke und der Erde kommt es zu den für den Menschen, Tiere und Gegenstände gefährlichen Erdblitzen, die allerdings nur einen geringen Teil (etwa 10%) aller Blitze ausmachen.
Die Ladungen entstehen durch starke Reibungskräfte innerhalb der Wolke. Diese kommen durch die starken Auf- und Abwinde innerhalb einer Gewitterwolke zustande..


Die unterschiedlichen Ladungen innerhalb der Wolke sind unterschiedlich verteilt: Im oberen Drittel der Wolke treten hauptsächlich die positiven Ladungen auf, während sich im unteren Teil vorwiegend die negativen Ladungen befinden, mit einer Insel von positiven Ladungsträgern.
Das mittlere Drittel der Wolke enthält eine Mischung von positiven und negativen Ladungsträgern, wobei ein gewisser Überschuss an negativen Ladungsträgern besteht. Die Erdoberfläche wird dabei über eine so genannte Influenz in der Regel positiv geladen. Vereinfacht heißt das, dass die negativen Ladungen der Wolke, die positiven am Boden anziehen und auf der Erdoberfläche konzentrieren.
Der Ausgleich zwischen den verschiedenen Ladungen innerhalb der Wolke oder zwischen verschiedenen Wolken sowie zwischen Wolken und der Erdoberfläche wird als Blitz sichtbar.
Ein Blitz entsteht in drei Phasen: Zuerst kommt es zu einer Vorentladung, bei der innerhalb von einigen hundertstel Sekunden (0,01 s) der Blitzkanal entsteht. In der zweiten Phase kommt es zur Hauptentladung, die bis zu etwa 30 µs (1 µs = 1 Millionstel Sekunde = 10-6 s) andauert. Danach kommt es zum Nachleuchten, das ebenfalls im Bereich von hundertstel Sekunden liegt. Das typische Leuchten eines Blitzes rührt von dem im Blitzkanal entstandenen Plasma her.
Da der Blitz die Luft innerhalb des Blitzkanals auf bis zu 30.000 Grad Celsius erwärmt, kommt es zu einer starken Ausdehnung der erhitzten Luft und anschließend zu einer Kompression der "zurückströmenden" Luft, was zu einer starken und hörbaren Druckwelle, dem Donner, führt.
Die Länge eines Blitzes von einer Wolke bis zur Erde beträgt etwa 2-5 km, die von Wolke zu Wolke etwa 7 km, obwohl auch hin und wieder sehr viel längere Blitze beobachtet wurden. Der Durchmesser des Blitzkanals beträgt ca. 12 mm, bei Stromstärken von ca. 5.000 bis 200.000 Ampere - wobei der durchschnittliche Blitz in Europa im Mittel „nur“ Stromstärken von ca. 10.000 A besitzt. Blitze mit 200.000 A sind extrem selten und treten meist bei Wolken-Wolkenblitzen auf. Die elektrische Spannung eines Blitzes kann einige 100 Mio. Volt betragen. Dies ist die Spannung zwischen dem Einschlagsort auf der Erde und der Wolke oder zwischen zwei Wolken, zwischen denen ein Blitz entstanden ist.

Dauer und Ausbreitungsgeschwindigkeit
Der so genannte Vorblitz besitzt - wie erwähnt -  eine Dauer von 0,01 bis 0,02 Sekunden. Bei einer angenommenen Weglänge des Blitzes von 3 km hätte der Vorblitz damit eine Geschwindigkeit von 300 km/s.
Der Hauptblitz besitzt dagegen besitzt eine Dauer von 30 μ s = 10-6 s.
Bei der Weglänge von 3 km hätte der Hauptblitz damit eine Geschwindigkeit von 100.000 km/s.
Die Werte der beiden Geschwindigkeiten ergeben sich aus der Division der Blitzlänge und der Blitzdauer (Geschwindigkeit = Weg durch Zeit)

Energie eines Blitzes
Trotz der riesiger Spannungen bis einigen zig Millionen Volt und von Stromstärken bis zu 100.000 Ampere ist die in einem Blitz transportierte Energie wegen der extrem kurzen Entladungszeiten eher gering. Dazu folgendes Beispiel:
Die in einem Blitz transportierte Energie berechnet sich aus seiner elektrischen Leistung multipliziert mit der Zeitdauer der Entladung. Die elektrische Leistung ist das Produkt aus Spannung und Stromstärke. Ein Blitz mittlerer Stärke besitze eine Spannung von 10.000.000 Volt bei einer Stromstärke von 10.000 Ampere. Die Zeitdauer des Blitzes sei 30 Mikrosekunde (30·10-6 s) Mit diesen Werten folgt für die durch einen derartigen Blitz transportierte Energie:
10.000.000 · 10.000 · 30·10-6 = 3.000.000 Wattsekunden = 833 Wh (Wattstunden) = 0,833 kWh (Kilowattstunden)

 Wie weit ist ein Blitz entfernt?
Da die Schallgeschwindigkeit in Luft mit rund 330 m/s ungleich langsamer ist als die Lichtgeschwindigkeit mit rund 300.000.000 m/s, lässt sich die Entfernung eines Blitzes auch von einem Laien einfach und relativ genau bestimmen.
Dazu misst man mit Hilfe seiner Uhr die Zeit in Sekunden von der Zeit des Blitzeinschlags bis zum Hören des Donners. Diese Zeit mit 330 m/s multipliziert ergibt dann die Entfernung des Blitzes vom Beobachter.
Beispielsweise sieht man einen Blitz und schaut auf den Sekundenzeiger seiner Uhr. Nach 8 Sekunden hört man dann den Donner dieses Blitzes. Dann ist der Blitz in einer Entfernung von 8 s · 330 m/s = 2.640 m, also rund 2,6 km aufgetreten bzw. eingeschlagen.

Schutz vor Blitzen

Blitzschutzeinrichtung © goruma (barton-neuweiler)

Unabhängig von behördlichen Auflagen, die in den Bauordnungen der einzelnen Bundesländer geregelt sind, sollen folgende Gebäude auf jeden Fall eine Blitzschutzanlage erhalten

  • wenn sie ihre Umgebung deutlich überragen
  • eine leicht entflammbare Dachbedeckung beispielsweise aus Holz, Reet oder Stroh vorliegt oder leicht entflammbare Stoffe, z.B. als Dämmmaterial im Dachbereich, eingebaut sind
  • explosionsgefährdete Feststoffe, Flüssigkeiten oder Gase gelagert werden
  • einmalige, nicht oder schwer wiederbeschaffbare Werte - wie sie beispielsweise in Museen, Kirchen oder Forschungs- und Entwicklungsabteilungen - vorhanden sind.
Gewitter, Blitze, Meteorologie, Äußerer Blitzschutz
Äußerer Blitzschutz © goruma (T.Asthalter)

Äußerer Blitzschutz
Nach der Blitzschutz-Vornorm VDE V 0185 gilt generell für die Ausführung von Blitzschutzanlagen an Gebäuden:
Ein äußerer Blitzschutz besteht aus einem Gestänge auf dem Dach des Gebäudes (Fangeinrichtung), einer Erdungsanlage, über die der Strom in die Erde abfließen kann, und der Verbindung zwischen den beiden, den so genannten Ableitungen. Für die Maße einer Blitzschutzanlage gilt:

  • Fangeinrichtungen/Ableitungen: Kupfer, Aluminium oder verzinkter Stahl rund mit einem Durchmesser von 8 mm oder 10 mm
  • Erdungsanlage: Stahl verzinkt oder Edelstahl mit einem Durchmesser von 10 mm oder aber flach , z.B. als Litze mit den Maßen 30 mm x 3,5 mm
  • Als Erdeinführungsstange wird normalerweise verzinkter Stahl mit einem Durchmesser von rund 16 mm, Edelstahl mit einem Durchmesser von rund 10 mm oder flach mit einer Fläche von 30 mm x 3,5 mm verwendet.

Der Abstand von Blitzschutz-Fangleitungen bzw. Fangstäben darf nicht größer als maximal 20 m sein. Ist die Dachfläche größer, müssen ein oder mehrere Leitungen so verlegt werden, dass die maximale Entfernung 20 m nicht überschritten wird. Die Fangeinrichtungen müssen so hoch sein, dass sie alle anderen "Erhebungen" auf dem Dach (Schornsteine, Antennen, Abzüge u.ä.) deutlich überragen.

Äußerer Blitzschutz

Äußerer Blitzschutz

Äußerer Blitzschutz

Äußerer Blitzschutz

Äußerer Blitzschutz

Äußerer Blitzschutz

Innerer Blitzschutz
Unter dem inneren Blitzschutz versteht man alle Einrichtungen, die dem Schutz der elektrischen bzw. elektronischen Einrichtungen in einem Gebäude dienen, so u.a. dem Schutz von PCs, Fernseher oder dem Telefon.
Wie wichtig dieser innere Blitzschutz ist, zeigt sich an der Tatsache, dass allein in Deutschland im Jahr 2011 rund 250 Mio. Euro von den Versicherungen zur Begleichung von Schäden an elektrischen bzw. elektronischen Geräten ausgezahlt wurden.
Die Entfernung, in der ein Blitzschlag noch zu Schäden an elektrisch betriebenen Geräten führen kann beträgt in dicht bebauten Gebieten ca. 1, 5 km und auf dem Land ca. 2 km. Einfache Steckerleisten mit einem Blitzschutz reichen in der Regel nicht aus. Bei Einschlägen in der Nähe sind daher fachgerechte Überspannungsschutzanlagen zu einem Preis zwischen 200 bis 300 € erforderlich!

Anmerkung
Der VDE ist der Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. in Frankfurt/Main

Menschen im Gewitter
Sofern man ein Gewitter aufziehen sieht, sollte man, sofern es möglich ist, einen blitzgeschützten Ort aufsuchen, z.B. ein Restaurant, Café, ein Auto oder einen Hausflur. Sollte dies nicht möglich sein, da man sich beispielsweise außerhalb bewohnter Gebiete befindet, so sind z.B. Motorräder oder Fahrräder unbedingt zu verlassen. Der dann beste Schutz ist, sich auf den Boden zu hocken - möglichst in einer Senke bzw. Vertiefung und dabei nur mit den zusammenstehenden Füßen den Boden berühren. Die Arme sind dabei am Körper und berühren nicht den Boden. Insofern ist die dargestellte Hockstellung auch nicht korrekt.  In diesem Fall spielt der Begriff der „Schrittspannung" eine wichtige Rolle. Darunter versteht man die elektrische Spannung (nach einem Blitzschlag in den Boden) zwischen zwei Teilen des menschlichen Körpers, z.B. zwischen den beiden Füßen bzw. Beinen oder den Beinen und den Armen. Diese Schrittspannung sollte natürlich so gering wie möglich gehalten werden, um einen Stromfluss durch den Körper zu verhindern bzw. zu minimieren - daher die Hockstellung.
Gut geschützt ist eine Person in:

  • Gebäuden mit Blitzschutzanlagen
  • Fahrzeugen wie Autos, Bussen, Zügen, Straßenbahnen u.ä..

Wenig geschützt ist eine Person:

  • außerhalb von Gebäuden, aber noch im Schutzbereich vor direkten Blitzeinschlägen, hier besteht allerdings die Gefahr des Auftretens von Schrittspannungen
  • auf Erhöhungen bzw. dem höchsten Ort in einem flachen Gelände
  • in Cabrios mit einem Stoff- oder Kunststoffdach
  • in Holhütten u.ä.

Stark gefährdet ist eine Person

  • direkt neben bzw. unter Bäumen, Masten, Türmen oder Fahrzeugen wegen der Gefahr eines Blitzüberschlags. Der Mindestabstand dazu sollte 5 m betragen
  • auf und im Wasser, das gilt für Schwimmer, Taucher oder ungeschützte Sportboote
  • im Gebirge
  • im flachen Gelände
  • in Zelten

Achtung
Folgendes ist zu beachten:

  • Die Spitze eines Regenschirms kann wie ein Blitzableiter wirken, mit gefährlichen Folgen für den/die Träger(in).
  • Metallteile wie die Pickel von Bergsteigern, Golfschläger, Leitern u.ä. sind blitzgefährdet.
  • Keine Drachen während eines drohenden Gewitters steigen lassen.
  • Während eines Gewitters sollte möglichst nicht mit einem Schnurtelefon telefoniert werden. Es hat da eine Reihe von Unfällen gegeben.
  • Einzeln stehende Bäume sollte man nicht zum Schutz bei Gewittern aufsuchen
  • In einem Wald dagegen findet man einen relativ guten Schutz, allerdings nur, wenn man sich zwischen den Bäumen und nicht direkt unter ihnen aufhält. Waldränder sind besonders gefährdet.
  • Auch das Hinlegen auf den Boden kann tödlich enden, da der Körper dann möglicherweise zwischen Linien mit hohen elektrischen Spannungen (Potenzialen) liegen kann und hohe Ströme durch ihn hindurch fließen können.
  • Sinnvoll ist es dagegen - wie erwähnt - in die Hocke zu gehen, die Füße dicht beieinander und die Arme dicht am Körper

Mögliche Blitzschäden beim Menschen

"Falsche Schutzhaltung" im Freien © goruma (Dr.Ramm)

Mehr als ca. 70% der Menschen, die von einem Blitz getroffen wurden, haben den Unfall überlebt. Es gibt aus den USA Zahlen, nach denen es sogar bis zu 90% waren. Dabei werden aber zu den "vom Blitz getroffenen" Personen auch diejenigen gerechnet, die sich "nur" in der Nähe des Einschlagsortes befunden haben. In Deutschland  werden ca. 40 bis 50 Menschen jährlich von Blitzen getroffen, wobei weniger als 10 Menschen ums Leben kommen - in den 1950er-Jahren waren es noch über 100, die dadurch zu Tode kamen.
Es gibt im Prinzip fünf verschiedene Möglichkeiten, als Mensch Opfer eines Blitzschlags zu werden:

  • Direkter Einschlag
    In diesem Fall  schlägt der Blitz direkt in den Menschen ein, z.B. in den Kopf. Derartige Ereignisse sind zwar eher selten, enden dann aber eher tödlich.
  • Überschlagseffekt
    Der Blitz schlägt in ein Objekt ein, z.B. in einen Baum, und springt von dort auf in der Nähe (< 5m) stehende Person über und durchläuft  danach die Person ähnlich wie beim direkten Einschlag. Diese Art der Schädigung ist die häufigste und endet häufiger tödlich. Besonders tragisch endete ein derartiger Überschlagseffekt Ende Juni 2012 auf der Golfanlage Waldeck bei Korbach in Hessen für vier Frauen, die in einer Holzhütte ohne Blitzschutz Schutz gesucht hatten. Drei Frauen kamen dabei sofort ums Leben, die vierte verstarb im Krankenhaus, als Blitze in die Hütte einschlugen.
  • Kontakteffekt
    Der Blitz schlägt in ein Objekt ein, das mit einer Person in direktem Kontakt steht, z.B. in einen Regenschirm, einen Golfschläger oder einen  Bergsteigerpickel. Dabei entlädt sich der Blitz dann über die Kleidung oder die Haut der betroffenen Person
  • Schritteffekt
    Sofern ein Blitz in den Boden einschlägt, baut sich ein starkes elektrisches Feld auf. Dieses Feld führt zu einer Spannungsdifferenz zwischen den beiden Beinen einer in der Nähe befindlichen Person. Dadurch fließt ein Strom, der selten tödlich, aber zu erheblichen muskulären Reaktionen führen kann. Infolgedessen kann es zu Prellungen und sogar Brüchen kommen.
  • Über Elektroanschlüsse
    Sofern man z.B. telefoniert und ein Blitz in eine in der Nähe befindliche Telefonleitung einschlägt, kann es zu Spannungsüberschlägen mit (starken) Verbrennungen kommen.

Die recht hohe Überlebensrate nach einem Blitzeinschlag ist mit dem so genannten "Flash over" zu erklären, der wie folgt zu erklären ist:

Entstehung eines Gewitters

Der Strom fließt aufgrund des durch die große Hitze entstehenden Wasserdampfs über die Körperoberfläche in den Boden. Der explosionsartig verdampfte Schweiß oder das auf der Kleidung befindliche Regenwasser wirken fast wie eine Explosion und können den Betroffenen sogar die Kleider vom Leib reißen. Brandmale können daher neben den direkten Wirkungen auch durch Verbrühungen über den hoch erhitzten Wasserdampf entstanden sein.

Nach einem derartigen Ereignis ist immer sofort eine Klinik aufzusuchen, da es auch einige Zeit nach dem Blitzschlag zu beträchtlichen Folgeerscheinungen kommen kann. Die Folgen können erst erheblich später auftreten und bestehen oft in kaum erklärbaren Störungen des vegetativen Nervensystems, wie Gedächtnisproblemen, Gehstörungen, Angstzuständen, Sehstörungen oder Schlafstörungen.
Zusammengefasst ist mit folgenden gesundheitlichen Beeinträchtigungen zu rechnen:

  • Vorübergehende Lähmungen, besonders der Arme und Beine
  • Dauerhafte Gedächtnisstörungen und Schlafstörungen verbunden mit Angstzuständen
  • Sehstörungen aufgrund der extremen Helligkeit des Blitzes oder durch Nervenschädigungen
  • Gehörstörungen aufgrund des Donners
  • Strommarken an den Ein- und Austrittstellen des Blitzstromes
  • Brandmale, die durch den aus Schweiß und Regenwasser exlosionsartig gebildeten heißen Wasserdampf entstanden sind
  • Vor allem an den Ein- und Austrittstellen des Blitzes Verbrennungen ersten bis dritten Grades
  • vorübergehende Bewusstseinsstörungen
  • Bewusstlosigkeit und Atemstillstand durch Stromfluss durch das Gehirn
  • Herzstillstand oder sonstige Herzschädigungen
  • Der Donner ist die Folge einer enormen Druckwelle durch die stark erhitzte Luft. Infolgedessen kann es wie bei einer Explosion zu Verletzungen kommen - z.B. zu einem Riss der Trommelfelle

Selbsthilfegruppe
Einmal im Jahr veranstaltet die rund 1.400 Mitglieder umfassende Selbsthilfeorganisation von Blitzschlag-Überlebenden ihre Jahreskonferenz. Aber auch sonst können sich Menschen hier Rat holen und sich untereinander austauschen. Man erreicht die Selbsthilfegruppe unter:
Prof. Mary Ann Cooper MD
University of Illinois at Chicago
macooper@uic.edu

Erste Hilfe

Gewitter, Blitze, Erste Hilfe
Erste Hilfe © goruma

Nach Auskunft einer der deutschen Fachärzte für Blitzunfälle - Prof. Dr. med. Berthold Schalke vom Bezirkskrankenhaus in Regensburg - ist nach einem Blitzunfall mit Bewusstlosigkeit des Opfers folgende erste Hilfe sinnvoll und erforderlich:
Sofort zwischen 25 und 35 mal über dem Brustbein durch starkes Drücken mit der flachen Hand das Herz "massieren". Anschließend zwei- bis dreimal eine Mund-zu Mundbeatmung durchführen. Das Ganze solange wiederholen, bis ein Notarzt oder andere professionelle Hilfe eingetroffen ist.

Mund- zu Mundbeatmung

  • Die bewusstlose Person wird auf den Rücken gelegt
  • Der Atemspender kniet sich z.B. rechts daneben
  • Der Zeige- und Mittelfinger der linken Hand werden unter das Kinn des Bewusstlosen gelegt
  • Die rechte Hand liegt auf dessen Stirn
  • Dann wird der Kopf der bewusstlosen Person leicht überstreckt
  • Mit dem Zeigefinger und dem Daumen der rechten Hand wird die Nase zugehalten - während die Hand auf der Stirn verbleibt.
  • Dann wird kurz "normal" eingeatmet und beim Ausatmen mit den Lippen der Mund des Bewusstlosen  ganz umgeben.
  • Das Ausatmen sollte zwischen 1 bis 2 Sekunden dauern.
  • Der Brustkorb des Bewusstlosen muss sich dabei leicht heben.

Einige Fragen

Darf man bei einem Gewitter duschen?
Eine mögliche Gefährdung beim Duschen während eines Gewitters hängt vom Zustand der elektrischen Einrichtung des Gebäudes ab, und zwar wie die Metall-Rohre und Leitungen elektrisch gesichert sind. In modernen Gebäuden sind in der Regel im Bereich der Bäder alle Metallinstallationen miteinander elektrisch verbunden und an den Haupterdanschluss angeschlossen. Wenn diese Verbindungen sachgerecht ausgeführt wurden, ist die Benutzung von Dusche oder Badewanne während eines Gewitters ungefährlich. Wenn man aber nichts über den Zustand der Verbindungen weiß, sollte man vorsichtshalber die Benutzung von Dusche oder Badewanne während eines Gewitters unterlassen. Informationen dazu sind in der VDE-Broschüre "Wie kann man sich gegen Blitzeinwirkungen schützen?" enthalten: www.vde.com/blitzeinwirkungen

Wie gefährdet ist man auf einer Segelyacht während eines Gewitters?
Schutz im Hafen suchen © goruma (T.Asthalter)

Wie gefährdet ist man auf einer Segelyacht während eines Gewitters?
Natürlich ist der Aufenthalt im Freien und besonders auf dem Wasser während eines Gewitters immer gefährlich! Deshalb sollte man möglichst beim Näherkommen eines Gewitters in einem Hafen Schutz suchen.

Da das oft nicht möglich ist und die Masten moderner Segelboote durchaus eine Höhe von über 20 m besitzen, sollten fachgerechte Blitzschutzmaßnahmen am Segelboot durchgeführt werden. So sollten Wanten und Stagen, unabhängig von der erforderlichen mechanischen Stabilität, aus Gründen des Blitzschutzes höher als üblich dimensioniert sein, z.B. einen Durchmesser von ca. 0,8 cm bis 1 cm besitzen.
Die Metallreeling sollte mit den Wanten und Stagen elektrisch verbunden sein. Außerdem sollte man die Wanten und Stagen über ausreichend dimensionierte Leitungen (z.B. Kupferlitze 30 mm breit und 3,5 mm dick) mit dem Metallkiel dauerhaft verbinden. Beim Neukauf eines Bootes sollte man auf einem ausreichenden Blitzschutz bestehen. Informationen dazu findet man z.B. in dem Infoblatt "Blitzschutz auf Yachten" - www.vde.com/blitzschutzyachten

Wie gefährdet ist man in einem Cabrio?
Es gibt Cabrios mit einem versenkbaren Metalldach. Sofern sich ein derartiges Dach über den Insassen befindet, sind diese Personen in einem Faradayschen Käfig und damit vor einem Blitzschlag absolut sicher. Aber bei einem Stoffdach oder Kunststoffdach ist das nicht mehr der Fall. Und das Gestänge des Dachs mit einem Abstand im Meterbereich bietet dann keinen ausreichenden Schutz mehr. Es ist daher durchaus möglich, dass die Personen innerhalb eines Cabrios vom Blitz getroffen werden können.

Können die Reifen eines Autos nach einem Blitzeinschlag Schaden nehmen?
Schlägt der Blitz auf ein metallenes Auto, sind die Insassen, wie erwähnt, sicher vor dem Blitz. Aber die von dem Blitz transportierten Ladungen müssen auf irgendeine Art und Weise in die Erde abgeleitet werden. Das kann durchaus über die Reifen geschehen, die dabei zerstört werden können. Es empfiehlt sich daher - aber nicht nur deswegen - bei einem Gewitter besonders langsam und vorsichtig zu fahren.

Kann ein Blitz ein Flugzeug beschädigen?
Ein Flugzeug aus Metall ist ebenfalls ein Faradayscher Käfig und in der Regel daher gegen Blitze gut geschützt. Im Jahr 2011 wurden 46 deutsche Flugzeuge vom Blitz getroffen und keines davon wurde ernsthaft beschädigt.




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