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04.06.2014

Blitze in Rot, Grün und Blau

Warum bei dem Gewitterphänomen Farben entstehen, die dann doch wieder Weiß erscheinen

"Wind und Schnee und Sonnenhitze vieler Jahre klingt mir nach, Sommernacht und blaue Blitze, Sturm und Reiseungemach", dichtete vor knapp hundert Jahren Hermann Hesse in seinem Buch "Wanderung". Doch wie genau trifft das die Realität? Sind Blitze nicht eher gelb oder weiß? Eine Spurensuche bei Wetterforschern zeigt, dass Hesses Bild von den "blauen Blitzen" durchaus seine Berechtigung hat.

Hermann Hesse schrieb von "Sommernacht und blauen Blitzen" und hatte damit durchaus recht – wenn Blitze auch auf den meisten Fotos eher weißlich bis gelblich erscheinen. Foto: LaNuova, CC-Lizenz
Blitz, Foto: LaNuova, CC-Lizenz

Ein Blitz, das ist eine Entladung von elektrischen Spannungsunterschieden, die bei Gewittern zwischen Wolken und dem Erdboden oder auch zwischen zwei Wolken auftreten können. Die elektrische Aufladung entsteht, wenn durch die enormen Aufwinde der Gewitterwolke geladene Teilchen voneinander getrennt werden. Solche Teilchen können Wassertropfen oder Eiskristalle oder auch ein Gemisch aus beidem sein. Die größeren, schwereren Teilchen sind dabei meist negativ geladen und halten sich eher im unteren Teil der Wolke auf, während die kleineren, positiv geladenen Teilchen durch ihr geringeres Gewicht eher von den Aufwinden nach oben gerissen werden. Durch diese Trennung der Ladungsträger entstehen sowohl innerhalb der Wolke als auch zwischen Wolke und Erdboden elektrische Spannungen, die mehr als zehn Millionen Volt erreichen können.

Zur Blitzentladung kommt es, wenn die elektrische Feldstärke – das ist die Spannung dividiert durch die Entfernung zwischen den beiden geladenen Objekten – einen bestimmten Wert überschreitet. Die Entladung beginnt mit dem Vorblitz, der einen elektrisch leitenden Kanal entstehen lässt, durch den dann der eigentliche Ladungsaustausch stattfindet. Diese Entladung erfolgt meist in mehreren Blitzen nacheinander. Die Abstände zwischen diesen Ereignissen sind jedoch so kurz, dass sie mit bloßem Auge höchstens als Flackern wahrnehmbar sind.

Die Blitzentladung führt dazu, dass sich die Luft im Blitzkanal auf bis zu 30000 Grad Celsius erwärmt. So entsteht der zu jedem Blitz gehörige Knall, der auf größere Entfernung als Donnergrollen wahrgenommen wird. Die hohen Temperaturen bewirken jedoch noch etwas anderes: Sie verwandeln die Luft in ein sogenanntes Plasma, das heißt, die Gasmoleküle fallen auseinander, bis sich die positiv geladenen Atomkerne und die negativ geladenen Elektronen separat durch den Raum bewegen.

Auf große Entfernungen sehen Blitze häufig eher gelblich aus, was mit dem längeren Weg des Lichts durch die Atmosphäre zusammenhängt. Foto: SteKrueBe, CC-Lizenz
Blitz, Foto: SteKrueBe, CC-Lizenz

Wenn sich die Moleküle nach dem Blitz wieder zusammensetzen und sich das Plasma in gewöhnliches Gas verwandelt, dann entsteht sichtbares Licht. Die Elektronen fallen hierbei von angeregten Zuständen in ihren Ruhezustand zurück und geben die dabei frei werdende Energie in Form von Licht ab. Da sich die Elektronen aufgrund quantenmechanischer Gesetze immer nur auf bestimmten Levels aufhalten können, gibt es immer nur bestimmte mögliche Energieportionen, die abgegeben werden können. Diesen Energieportionen – sogenannte Quanten – ist eine bestimmte Wellenlänge und damit Farbe zugeordnet.

Bei einem Blitz ist es vor allem der in der Luft enthaltene Stickstoff, der durch das Ereignis zum Leuchten gebracht wird. Die Atome und geladenen Teilchen dieses Gases senden blaues und grünes Licht aus. Der Sauerstoff hingegen steuert rote Anteile bei. Einzeln wahrnehmbar sind diese Farben selbstverständlich nicht, da sie sich beim Blitz wieder zu einer weißlich bis gelblich erscheinenden Einheitsfarbe mischen. Sichtbar gemacht werden können sie nur, wenn der Blitz durch ein Prisma fotografiert wird, das das Licht in seine Spektralfarben zerlegt. Messungen haben gezeigt, dass Blitze jedoch auch unsichtbare Strahlung im infraroten und ultravioletten Bereich aussenden.

Doch zurück zu Hermann Hesse und den blauen Blitzen: Da die atmosphärischen Bedingungen von Blitz zu Blitz unterschiedlich sein können, ist es durchaus möglich, dass bei manchen Blitzen der blaue Anteil stärker wahrnehmbar ist und der Blitz daher blau erscheint. Auf große Entfernung dürfte dies jedoch eher unwahrscheinlich sein, denn durch die Lichtstreuung in der Atmosphäre werden die Blauanteile des Lichts ohnehin reduziert, wodurch sich die Farbe ins Rötliche verschiebt. (ud)