Wie entstehen Gewitter? – die drei Zutaten für einen Gewitterturm

Gewitter gehören zu den eindrucksvollsten Wettererscheinungen unserer Atmosphäre. Innerhalb kurzer Zeit kann aus einer zunächst unscheinbaren Quellwolke ein mehr als zehn Kilometer hoher Wolkenturm entstehen, aus dem Starkregen, Hagel und schwere Sturmböen niedergehen. Gleichzeitig laufen im Inneren elektrische Prozesse ab, die schließlich zu Blitz und Donner führen.

Damit sich ein Gewitter entwickeln kann, müssen jedoch mehrere Bedingungen gleichzeitig erfüllt sein. Meteorologen sprechen vereinfacht von drei wichtigen Zutaten: ausreichend Feuchtigkeit, eine instabile Schichtung der Atmosphäre und ein Mechanismus, der die Luft überhaupt erst zum Aufsteigen bringt.

Fehlt nur eine dieser Zutaten, kann selbst ein heißer Sommertag vollkommen gewitterfrei bleiben.

Kernaussagen

Die erste Voraussetzung ist Feuchtigkeit. Besonders warme Luft kann große Mengen Wasserdampf enthalten. Wird diese Luft angehoben und kühlt dabei ab, erreicht sie irgendwann ihren Taupunkt. Wasserdampf kondensiert zu winzigen Wassertröpfchen und die Wolkenbildung beginnt.

Die zweite Voraussetzung ist eine instabile Atmosphäre. Dabei befindet sich vergleichsweise warme Luft in Bodennähe, während es in größeren Höhen deutlich kälter ist. Ein angehobenes warmes Luftpaket bleibt dadurch leichter als seine Umgebung und steigt selbstständig weiter.

Die dritte Voraussetzung ist ein Auslöser. Das kann beispielsweise eine Wetterfront, ein Gebirge, starke Sonneneinstrahlung oder das Zusammenströmen verschiedener bodennaher Luftströmungen sein.

Treffen alle drei Faktoren zusammen, kann sich aus einer kleinen Quellwolke ein mächtiger Cumulonimbus entwickeln.

Meteorologischer Hintergrund

Der Ausgangspunkt vieler sommerlicher Gewitter liegt unmittelbar über dem Boden.

Die Sonne erwärmt zunächst die Erdoberfläche. Diese gibt einen Teil ihrer Energie an die darüberliegende Luft weiter. Einzelne Luftpakete werden wärmer und damit weniger dicht als ihre Umgebung.

Sie beginnen aufzusteigen.

Mit zunehmender Höhe nimmt der Luftdruck ab. Das aufsteigende Luftpaket dehnt sich aus und kühlt dabei zunächst mit ungefähr einem Grad pro 100 Höhenmeter ab.

Irgendwann wird der Taupunkt erreicht.

Nun beginnt Wasserdampf zu kondensieren. Milliarden winziger Wassertröpfchen entstehen und eine Quellwolke wird sichtbar.

Gleichzeitig passiert etwas Entscheidendes: Bei der Kondensation wird Wärme frei. Diese sogenannte latente Wärme verringert die weitere Abkühlung des Luftpakets und kann seinen Auftrieb zusätzlich unterstützen.

Ist die Atmosphäre ausreichend instabil, wächst die Wolke deshalb immer weiter nach oben.

Aus einem kleinen Cumulus wird zunächst ein mächtiger Cumulus congestus und schließlich ein Cumulonimbus – die klassische Gewitterwolke.

Im Inneren eines kräftigen Gewitters können Aufwinde Geschwindigkeiten von deutlich mehr als 100 Kilometern pro Stunde erreichen. Regentropfen, Eiskristalle und Hagelkörner werden dadurch immer wieder nach oben transportiert.

Gleichzeitig entstehen Bereiche mit absteigender Luft.

Niederschlag zieht kalte Luft aus höheren Atmosphärenschichten nach unten. Zusätzlich verdunstet ein Teil der Regentropfen unterhalb der Wolke. Dabei wird der Umgebung Wärme entzogen und die Luft kühlt weiter ab.

Diese kalte und damit dichtere Luft beschleunigt Richtung Boden.

Erreicht sie die Erdoberfläche, kann sie nicht weiter absinken und breitet sich seitlich aus. Die Vorderkante dieser ausströmenden Kaltluft bezeichnet man als Böenfront.

Interessanterweise kann ein Gewitter dadurch neue Gewitter erzeugen.

Die ausströmende Kaltluft schiebt sich unter die warme Umgebungsluft und zwingt diese zum Aufsteigen. Einige Kilometer neben der ursprünglichen Gewitterzelle kann deshalb eine neue Zelle entstehen.

Auch Blitz und Donner entstehen durch Prozesse innerhalb des Gewitterturms.

Eiskristalle, Graupel und Hagelkörner kollidieren in den starken Auf- und Abwinden miteinander. Dabei werden elektrische Ladungen getrennt. Verschiedene Bereiche der Wolke laden sich unterschiedlich auf.

Wird der elektrische Spannungsunterschied groß genug, kommt es zur Entladung – ein Blitz entsteht.

Der Blitzkanal erhitzt die Luft innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde auf Temperaturen von mehreren zehntausend Grad. Die Luft dehnt sich explosionsartig aus und erzeugt eine Druckwelle.

Diese hören wir als Donner.

Schon gewusst?

Zwischen Blitz und Donner lässt sich die Entfernung eines Gewitters erstaunlich einfach abschätzen.

Licht bewegt sich so schnell, dass wir den Blitz praktisch unmittelbar sehen. Schall ist dagegen wesentlich langsamer und legt in einer Sekunde ungefähr 340 Meter zurück.

Zählt man zwischen Blitz und Donner beispielsweise sechs Sekunden, befindet sich die Entladung grob zwei Kilometer entfernt.

Als einfache Faustregel gilt deshalb:

Sekunden zwischen Blitz und Donner geteilt durch drei ergeben ungefähr die Entfernung des Gewitters in Kilometern.

Allerdings sollte man daraus keine falsche Sicherheit ableiten. Blitze können auch mehrere Kilometer außerhalb des eigentlichen Niederschlagsbereichs auftreten.

Ein Gewitter ist deshalb bereits gefährlich, bevor der Regen den eigenen Standort erreicht – und kann es noch sein, nachdem der Himmel dort scheinbar wieder heller geworden ist.