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Warum Blitze zweimal einschlagen können

Blitz
Blitze über dem LOFAR-Teleskop (Montage). (Bild: Universität Groningen/ Olaf Scholten)

Dem Volksmund nach ist es extrem unwahrscheinlich, dass ein Blitz zweimal hintereinander an derselben Stelle einschlägt. Doch das ist ein Irrglaube, wie nun Beobachtungen mit dem LOFAR-Radioteleskop enthüllen. Denn sie zeigen, dass der Blitzkanal einer Gewitterwolke sich sehr wohl mehrfach entladen kann. Ursache dafür sind neu entdeckte „Blitznadeln“ – Seitenäste des Hauptkanals, die einen Teil der elektrischen Ladung zurück in die Wolke leiten, wie die Forscher herausfanden. Durch diese Wiederaufladung kann es zu wiederholten Entladungen über den gleichen Blitzkanal kommen – und der Blitz schlägt dann gleich mehrfach hintereinander ein.

Blitze entstehen, weil sich die hochaufragenden Gewitterwolken in ihrem Inneren elektrisch aufladen. Durch den starken Aufstrom feuchter Luft kommt es zu einer Ladungstrennung und es entsteht ein starkes elektrisches Feld. Erst kürzlich ergab eine Studie, dass sich dabei in den Cumulonimbus-Wolken Spannungen von bis zu 1,3 Milliarden Volt bilden können. Wird die Spannung zu groß, kommt es zu einer plötzlichen Entladung – es blitzt. Von einem kleinen, punktförmigen Bereich ausgehend entsteht dabei ein mit heißem Plasma gefüllter Blitzkanal. Dessen positive Spitze nimmt negative Ladungen aus der Wolke auf und leitet diese weiter bis zum anderen Ende – an der Erdoberfläche oder in einem anderen Teil der Wolke. Dadurch kommt es zum Ladungsausgleich und die Wolke wird gewissermaßen entladen.

Nadeln am Blitzkanal

Doch es gibt offenbar Fälle, in denen diese Entladung nicht richtig funktioniert – und dann blitzt es mehrfach durch den gleichen Kanal. Warum und wie jedoch solche Mehrfachblitze entstehen, war bislang ungeklärt. Jetzt haben Brian Hare von der Universität Groningen und seine Kollegen Teile des dezentralen Radioteleskops Low Frequency Array (LOFAR) genutzt, um tief in Gewitterwolken hineinzuspähen. Dieses Teleskop besteht aus tausenden über Europa verteilten Antennen, die über Glasfasernetze miteinander verkoppelt sind. Für ihre Studie verwendeten Hare und sein Team jedoch nur die auf 3200 Quadratkilometer verteilten Antennen des niederländischen LOFAR-Teils. Im Frequenzbereich von 30 bis 80 Megahertz analysierten sie die Radioemissionen, die von den Blitzkanälen in den Gewitterwolken ausgesendet werden.

„Diese Daten ermöglichen es uns, die Blitzausbreitung in einer Auflösung abzubilden, die erstmals einzelne physikalische Prozesse sichtbar macht“, erklärt Hare. Die Beobachtungen enthüllten Überraschendes: Entlang des kilometerlangen positiven Blitzkanals können sich mehrere kleinere Seitenkanäle bilden. Diese „Blitznadeln“ sind bis zu hundert Meter lang und weniger als fünf Meter dick. Von diesen Nadeln gehen besonders starke Radioemissionen aus, wie die Forscher feststellten. Das bedeutet, dass in diesen Nadeln Ladungen fließen. „Diese Erkenntnisse stehen im Widerspruch zum bisherigen Verständnis von Blitzen, in dem Ladung nur entlang der Plasmakanäle von einer Wolke zur anderen fließt“, sagt Hares Kollege Olaf Scholten.

Schnelle Wiederaufladung

Was aber passiert in diesen Blitznadeln? Aus ihren Beobachtungen schließen die Wissenschaftler, dass diese kleinen Seitenäste des Plasmakanals wie eine Art Ladungsleck wirken: „In diesen Nadeln sammelt sich Ladung, die dann anschließend nicht wie erwartet in die negativen Kanäle fließt, sondern über die Nadeln in die Wolke zurückgepumpt wird“, erklärt Hare. „Dadurch lädt sich die Wolke erneut auf.“ Wie die Forscher erklären, ist dies ein völlig neues, zuvor unbekanntes Phänomen – und eine mögliche Erklärung für Mehrfachblitze: Weil entlang der positiven Enden der Blitzkanäle sehr viele solcher Nadeln entstehen können, können sie zu einer sehr schnellen Wiederaufladung der Gewitterwolke führen.

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„Daher kommt es aus einer Wolke zu wiederholten Blitzeinschlägen auf dem Boden, und Gewitter liefern nicht nur einen Blitz, sondern viele spektakuläre, aber auch gefährliche Entladungen“, verdeutlicht Hare.

Quelle: Brian Hare (University of Groningen) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-019-1086-6

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