Ein einzigartiges Bild, das Wissenschaftler mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommen haben, zeigt, wie Blitzableiter funktionieren

Mit einer Hochgeschwindigkeitskamera und dem Glück, zur richtigen Zeit am richtigen Ort zu sein, hat der Physiker Marcelo Saba, Forscher am brasilianischen National Space Research Institute (INPE) und Ph.D. Der Kandidat Diego Rhamon erhielt ein einzigartiges Bild von Blitzeinschlägen, das Details der Verbindungen zu nahe gelegenen Gebäuden zeigt.

Das Bild erschien auf dem Cover der Ausgabe vom 28. Dezember 2022 Geophysikalische Forschungsbriefe (GRL)die einen Artikel mit Saba als Erstautor enthielt.

„Das Bild wurde an einem Sommerabend in São José dos Campos aufgenommen [in São Paulo state] während sich ein negativ geladener Blitz mit 370 km pro Sekunde dem Boden näherte. Als es ein paar Dutzend Meter vom Boden entfernt war, erzeugten Blitzableiter und hohe Gegenstände auf den Dächern nahe gelegener Gebäude positive Aufwärtsentladungen, die um die Verbindung mit dem Abwärtsschlag konkurrierten. Das letzte Bild vor der Verbindung wurde 25 Tausendstelsekunden aufgenommen, bevor der Blitz eines der Gebäude traf“, sagte Saba.

Er verwendete eine Kamera, die 40.000 Bilder pro Sekunde aufnimmt. Wenn das Video in Zeitlupe abgespielt wird, zeigt es, wie sich Blitzentladungen verhalten und auch, wie gefährlich sie sein können, wenn das Schutzsystem nicht richtig installiert ist: Obwohl mehr als 30 Blitzableiter in der Nähe sind, hat der Einschlag nicht mit ihnen zu tun sondern zu einem Schornstein auf einem der Gebäude. „Ein Fehler in der Installation ließ das Gebiet ungeschützt zurück. Die Auswirkungen einer 30.000-Ampere-Entladung richteten enormen Schaden an“, sagte er.

Bei durchschnittlich 20 % aller Blitzeinschläge kommt es zu einem Austausch elektrischer Entladungen zwischen Wolken und der Erde. Die anderen 80 % treten innerhalb von Wolken auf. Fast alle Schläge, die den Boden berühren, sind Wolken-Boden-Entladungen. Streiks nach oben treten ebenfalls auf, sind aber selten und beginnen an der Spitze hoher Strukturen wie Berge, Wolkenkratzer, Türme und Antennen. Blitzeinschläge können je nach auf den Boden übertragener Ladung auch als negativ oder positiv klassifiziert werden.

„Blitzeinschläge können bis zu 100 km lang sein und Ströme von bis zu 30.000 Ampere transportieren, was dem Strom entspricht, der gleichzeitig von 30.000 100-Watt-Glühbirnen verbraucht wird. In einigen Fällen kann der Strom 300.000 Ampere erreichen. Die Temperatur eines typischen Blitzeinschlags beträgt 30.000 °C, das Fünffache der Oberflächentemperatur der Sonne“, sagte Saba.

Wie Blitze entstehen

Alles beginnt mit der Elektrifizierung der Cloud, erklärte er. Der Mechanismus ist kaum verstanden, beinhaltet aber im Wesentlichen die Reibung zwischen Eispartikeln, Wassertropfen und Hagel, die Freisetzung von Ladungen und die Erzeugung von Polaritäten zwischen verschiedenen Wolkenregionen, mit Unterschieden im elektrischen Potential von 100 Millionen Volt bis 1 Milliarde Volt.

„Denken Sie daran, dass Sturmwolken riesige Strukturen sind. Der Boden ist 2 bis 3 km vom Boden entfernt, die Spitze kann 20 km hoch sein und der Durchmesser kann 10 bis 20 km betragen“, sagte er.

Blitzeinschläge verzweigen sich, wenn die elektrischen Ladungen den Weg des geringsten Widerstands suchen und nicht den kürzesten Weg, der eine gerade Linie wäre. Der Weg des geringsten Widerstands, normalerweise ein Zickzack, wird durch unterschiedliche elektrische Eigenschaften der Atmosphäre bestimmt, die nicht homogen ist. „Ein Blitzschlag, der aus mehreren Entladungen besteht, kann bis zu 2 Sekunden dauern. Jede Entladung dauert jedoch nur Bruchteile von Millisekunden“, sagte Saba.

Blitzableiter würden Blitze weder anziehen noch abstoßen, fügte er hinzu. Sie „entladen“ auch keine Wolken, wie man früher glaubte. Sie bieten Blitzen einfach einen einfachen und sicheren Weg zur Erde.

Da man sich nicht immer auf den Schutz eines Blitzableiters verlassen kann und die meisten atmosphärischen Entladungen im Sommer in den Tropen auftreten, lohnt es sich, den Rat von Saba zu berücksichtigen. „Stürme sind nachmittags häufiger als morgens, also seien Sie an Sommernachmittagen vorsichtig bei Aktivitäten im Freien. Suchen Sie Schutz, wenn Sie Donner hören, aber niemals unter einem Baum oder einer Stange und niemals unter einem wackeligen Dach“, sagte er.

„Wenn Sie keinen sicheren Unterschlupf finden, bleiben Sie im Auto und warten Sie, bis der Sturm vorbei ist. Wenn kein Auto oder ein anderer Unterschlupf verfügbar ist, gehen Sie mit geschlossenen Füßen in die Hocke. Stellen Sie sich nicht aufrecht hin oder legen Sie sich flach hin . Vermeiden Sie in Innenräumen den Kontakt mit Geräten und Festnetztelefonen.“

Es ist möglich, einen Blitzeinschlag zu überleben, und es gibt viele Beispiele. Die Chancen steigen, wenn die Person schnell versorgt wird. „Herzstillstand ist die einzige Todesursache. In diesem Fall ist Herz-Lungen-Wiederbelebung die empfohlene Behandlung“, sagte Saba.

Saba begann 2003 mit der systematischen Untersuchung von Blitzen mit Hochgeschwindigkeitskameras und hat seitdem eine Sammlung von Videos von Blitzen aufgebaut, die mit hoher Geschwindigkeit gefilmt wurden und die zur größten der Welt geworden ist.