Die Wahrscheinlichkeit, vom Blitz getroffen zu werden, liegt bei weniger als eins zu einer Million, aber diese Wahrscheinlichkeit hat sich in diesem Monat erheblich verringert, als am Wochenende vom 12. bis 13. November in allen australischen Bundesstaaten und Territorien mehr als 4,2 Millionen Blitzeinschläge registriert wurden.
Wenn man bedenkt, dass jeder Blitzschlag mit mehr als 320.000 Kilometern pro Stunde unterwegs ist, ist das eine enorme Menge an Elektrizität.
Hast du dich jemals über Blitze gewundert? In den letzten 50 Jahren haben Wissenschaftler auf der ganzen Welt darüber diskutiert, warum Blitze im Zickzack verlaufen und wie sie mit der darüber liegenden Gewitterwolke zusammenhängen.
Bisher gab es keine endgültige Erklärung, da ein Plasmaphysiker der Universität von Südaustralien ein wegweisendes Papier veröffentlichte, das beide Rätsel löst.
Dr. John Lowke, ehemaliger CSIRO-Wissenschaftler und jetzt UniSA Adjunct Research Professor, sagt, dass die Physik des Blitzes die besten wissenschaftlichen Köpfe seit Jahrzehnten verblüfft.
„Es gibt einige Lehrbücher über Blitze, aber keines hat erklärt, wie sich die Zickzacklinien (Stufen genannt) bilden, warum die elektrisch leitende Säule, die die Stufen mit der Wolke verbindet, dunkel bleibt und wie Blitze kilometerweit reisen können“, sagte Dr. Lowke sagt.
Die Antwort? Singulett-delta-metastabile Sauerstoffmoleküle.
Grundsätzlich passiert ein Blitz, wenn Elektronen mit genügend Energie auf Sauerstoffmoleküle treffen, um hochenergetische Singulett-Delta-Sauerstoffmoleküle zu erzeugen. Nach dem Zusammenstoß mit den Molekülen bilden die „abgelösten“ Elektronen eine hochleitende Stufe – zunächst leuchtend -, die das elektrische Feld neu verteilt und aufeinanderfolgende Stufen verursacht.
Die leitende Säule, die die Stufe mit der Wolke verbindet, bleibt dunkel, wenn sich Elektronen an neutrale Sauerstoffmoleküle anlagern, gefolgt von einer sofortigen Ablösung der Elektronen durch Singulett-Delta-Moleküle.
Warum ist das wichtig?
„Wir müssen verstehen, wie Blitze entstehen, damit wir Gebäude, Flugzeuge, Wolkenkratzer, wertvolle Kirchen und Menschen besser schützen können“, sagt Dr. Lowke.
Während es selten vorkommt, dass Menschen vom Blitz getroffen werden, werden Gebäude viele Male getroffen, besonders hohe und isolierte (das Empire State Building wird etwa 25 Mal pro Jahr getroffen).
Die Lösung zum Schutz von Bauwerken vor Blitzeinschlägen ist seit Hunderten von Jahren dieselbe geblieben.
Ein Blitzableiter, der 1752 von Benjamin Franklin erfunden wurde, ist im Grunde ein dicker Zaundraht, der an der Spitze eines Gebäudes befestigt und mit dem Boden verbunden ist. Es ist so konzipiert, dass es Blitze anzieht und die elektrische Ladung erdet, wodurch das Gebäude vor Schäden bewahrt wird.
„Diese Franklin-Stäbe werden heute für alle Gebäude und Kirchen benötigt, aber der unsichere Faktor ist, wie viele für jedes Bauwerk benötigt werden“, sagt Dr. Lowke.
Es gibt auch Hunderte von Strukturen, die derzeit nicht geschützt sind, darunter Schutzhütten in Parks, die oft aus verzinktem Eisen bestehen und von Holzpfosten getragen werden.
Dies könnte sich mit neuen australischen Blitzschutznormen ändern, die empfehlen, diese Dächer zu erden. Dr. Lowke war Ausschussmitglied von Standards Australia und hat diese Änderung empfohlen.
„Die Verbesserung des Blitzschutzes ist jetzt aufgrund von extremeren Wetterereignissen aufgrund des Klimawandels so wichtig. Auch wenn die Entwicklung umweltfreundlicher Verbundwerkstoffe in Flugzeugen die Treibstoffeffizienz verbessert, erhöhen diese Materialien das Risiko von Blitzschäden erheblich, also müssen wir nach zusätzlichen Schutzmaßnahmen zu suchen.
„Je mehr wir darüber wissen, wie Blitze entstehen, desto besser werden wir bei der Gestaltung unserer gebauten Umgebung informiert sein“, sagt Dr. Lowke.
Der Aufsatz „Toward a theory of stepped Leaders in Lightning“ ist im veröffentlicht Zeitschrift für Physik D: Angewandte Physik. Es wurde von Dr. John Lowke und Dr. Endre Szili vom Future Industries Institute an der University of South Australia verfasst.
Mehr Informationen:
John J. Lowke et al., Auf dem Weg zu einer Theorie der „gestuften Anführer“ des Blitzes, Zeitschrift für Physik D: Angewandte Physik (2022). DOI: 10.1088/1361-6463/aca103