Blitz und Donner

Offen ist noch, wann man hinein muss. Die Antwort steckt im Donner, und der Donner beginnt mit der Energie eines einzelnen Schlags. Beide Zahlen kennst du schon: Ein Blitzschlag bringt rund 5 C zum Boden, durch eine Spannung von 10⁸ V. Die Arbeit, die das Feld dabei an der Ladung verrichtet, ist wie im Kapitel über Potential und Spannung W = Q · U.

Mit den Zahlen der Wolke: W = 5 C · 10⁸ V = 5 · 10⁸ J, rund 140 kWh, so viel, wie ein Haushalt mit 3 000 kWh im Jahr in gut zwei Wochen verbraucht. Berechnungen der Energie im Blitzkanal kommen auf 5,5 · 10⁸ J für einen solchen Schlag (Cooray 1997). Der größte Teil davon bleibt im Kanal selbst: Der Strom heizt die Luft in Millionstelsekunden auf rund 30 000 °C, sie dehnt sich explosionsartig aus, und die Druckwelle läuft als Donner davon.

Licht und Donner entstehen im selben Augenblick, aber sie reisen verschieden schnell. Das Licht legt einen Kilometer in 3 Millionstelsekunden zurück. Der Schall läuft in Luft bei 20 °C mit 343 m/s, für einen Kilometer braucht er also 1000 m : 343 m/s ≈ 2,9 s. Daraus folgt die Regel, die du vielleicht kennst: Sekunden zwischen Blitz und Donner durch drei ergibt die Entfernung in Kilometern. Sage voraus: Wie lange musst du bei einem Einschlag in 10 km Entfernung auf den Donner warten?

Bei d = 10 km kommt das Licht nach 33 Mikrosekunden an, der Donner nach t_D = 29,2 s; die Faustregel macht daraus 29,2 : 3 = 9,7 km, knapp 3 % zu wenig. Für die Sicherheit ist das egal. Rollen hörst du den Donner, weil der Kanal kilometerlang ist: Seine Teile sind verschieden weit weg, und ihr Schall kommt nach und nach an.

Schiebst du d über 20 km, kommt am Beobachter kein Donner mehr an. So weit trägt er selten, weil die Luft den Schall nach oben biegt und schluckt. Das ist das Wetterleuchten vom Anfang: kein eigener, harmloser Blitz, sondern ein gewöhnliches Gewitter, das mehr als 20 km entfernt ist. Eine halbe Stunde später lagen in München nur noch wenige Sekunden zwischen Blitz und Donner: 3 s heißt 1 km.

Damit lassen sich die Regeln dieses Kapitels zu einer einzigen zusammenziehen. Blitze schlagen noch 10 km und mehr vor dem Gewitter ein, das ist der rote Streifen in der Figur. Wer Donner hört, ist also in Reichweite. Liegen weniger als 30 s zwischen Blitz und Donner, gehört man ins Haus oder ins Auto mit Blechdach, und wieder hinaus erst 30 Minuten nach dem letzten Donner. Im Freien bleiben nur die Notlösungen: weg von Bäumen und Spitzen, Füße zusammen gegen die Schrittspannung, in die Hocke. Hinter allen Regeln steht dasselbe Feld: hundert Millionen Volt, die an der höchsten Spitze durchschlagen und deren Strom sich den Weg durch den besten Leiter sucht.