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Was geschieht in einer Cumulonimbus-Wolke?
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Fakten
Warme Luft ist energiereicher als kalte Luft.
Luft mit grösserem Wasserdampfgehalt ist energiereicher als Luft mit geringerem Wasserdampfgehalt.
Warme Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen als kalte Luft.
Warme Luft hat die geringere Dichte als kalte Luft. Warme Luft steigt in kühlerer Umgebung.
Der Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand eines Stoffs nennen wir Verdampfen.
Der Übergang vom gasförmigen in den flüssigen Zustand eines Stoffs nennen wir Kondensation.
Die zum Verdampfen von Wasser benötigte Energie (= Verdampfungswärme) wird beim Kondensieren wieder frei (= Kondensationswärme).
Kondensierender Wasserdampf (also die Wolkenbildung) setzt Kondensationswärme frei.
Gewitterzelle über den Voralpen

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Voraussetzungen für die Gewitterbildung
"Flachdrucklagen": Geringe Luftdruckgegensätze
instabil geschichtete Atmosphäre
das Aufsteigen der warmen Luftmassen darf nicht durch ein grossräumiges Absinken der Luft gebremst werden.
genügend hohe Luftfeuchtigkeit (hoher Wasserdampfgehalt)
Die beim Verdampfen von Wasser benötigte Energie wird im Wasserdampf gespeichert. Mit Wasserdampf gesättigte Luft enthält viel Energie, welche beim Kondensieren (Übergang vom dampfförmigen zum flüssigen Zustand) wieder freigesetzt wird.

Energie- und wasserdampfreiche warme Luft steigt auf und kühlt sich beim Aufstieg allmählich ab. Kühlere Luft kann weniger Wasserdampf enthalten als warme Luft. Überschüssiger Wasserdampf wird in Form von Wassertröpfchen wieder ausgeschieden. Diesen Vorgang nennen wir Kondensation von Wasserdampf. Beim Kondensieren wird Kondensationsenergie frei.

Diese Wärmeenergie treibt das Ansteigen der Luft weiter an. Die Gewitterwolke (Gewitterwolken = Cumulonimben) wächst weiter.

Vorsicht Blitzschlag! Vorsichtsmassnahmen

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Gewitter: Entstehung

Erst in grosser Höhe beginnen die unterkühlten Wassertröpfchen zu gefrieren. In etwa 12 Kilometern Höhe stösst die Cumulonimbuswolke an die Tropopause (siehe auch: Erdatmosphäre) Die Eiskristalle breiten sich seitlich aus und bilden den faserigen Schirm oder Amboss der Gewitterwolke (Gewitterwolken = Cumulonimben).

Die aufwärts streben und absinkenden Luftmassen reiben aneinander. Dabei baut durch Ladungstrennung eine elektrischen Spannung auf. Blitze entladen die unterschiedlich geladenen Wolkenteile wieder und sorgen für einen vorläufigen Ladungsausgleich. Entweder erfolgt ein Ladungsausgleich bzw. Spannungsabbau innerhalb der Wolke oder zwischen dem Erdboden und dem unteren Teil der Wolke. Für Blitze zwischen Wolke und Erde muss der Spannungsunterschied mehr als 100 Millionen Volt betragen.

Die Luft um den Blitzkanal wird schlagartig auf 40'000 Grad Celsius erhitzt und dehnt sich dann explosionsartig aus, wodurch durch die expandierende Luft Schallwellen (Donner) erzeugt wird. Der Schall breitet sich weniger schnell aus als Licht (Schallgeschwindigkeit von 330 Metern pro Sekunde).

Aus der Zeitspanne, welche zwischen dem Wahrnehmen des Lichtblitzes und demjenigen Donners verstreichen, kann man die Entfernung vom Blitzbeobacher zum Blitzherd berechnen (3 Sekunden entsprechen etwa einem Kilometer).

Die Gewitterwolken dienen in auch als Bausteine von Kaltfronten (Warm- & Kaltfront) oder für Orkane ( siehe auch Hurrikane - Wirbelstürme). Die langsam ziehenden Kaltfronten weisen starke Winddrehungen, wenig Cumulonimbuswolken und ein breites Regenband auf. Die schnell sich verschiebenden Kaltfronten zeichnen sich über weniger Winddrehungen und eine breite Zone von Cumulonimbuswolken (Gewitterwolken = Cumulonimben) mit Schauer- und Böenzonen aus.

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Innertropische Konvergenzzone

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Was geschieht in einer Cumulonimbus-Wolke?

Durch die starken Auf- und Abwinde , den fallenden Hagelkönern und (in tieferen Höhenlagen) Regentropfen kommt es zu Reibungsvorgängen, in welchen sich elektrische Ladungen trennen. Bei Ladungstrennung verschieben sich Elektronen von einem Molekül zu einem anderen Molekül. In der Gewitterwolke entstehen so Zonen, in welche zu viele Elektronen vorhanden sind (negative Ladung) und solchen mit zuwenig Elektronen (positive Ladung).

Zwischen den beiden ungleich geladenen Zonen baut sich eine Energiedifferenz (Spannung) auf. Diese Spannung erzeugt Blitze und den mit ihnen verbunden Donner. Materien (also auch Wolken) sind üblicherweise ungeladen. In den Molekülen gibt es eine gleiche Anzahl von Elektronen und von Protonen. Die positive Ladung und die negative Ladung heben sich in ihrer Wirkung auf.

In den Gewitterwolke verschieben die Aufwinde die eine Art der Ladung in grössere Höhen, während die Hydrometeore (Hagelkörner, Regentropfen) die andere Art der Ladung gegen den Erdboden transportieren. Die beiden Strömungen reiben aneinander.

Der Erdboden ist üblicherweise negativ geladen. Bei schlechtem Wetter ist der Boden positive geladen (er hat zu wenig Elektronen). Unter einer Gewitterwolke ist er allerdings negativ geladen. Der Erdboden wird von der positiv geladenen Basis der Gewitterwolke beeinflusst. Physiker nennen diese Beeinflussung Influenz.

Zwischen Wolkenbasis und Erdboden besteht eine Energiedifferenz, also eine Spannung. Zwischen beiden Zonen kommt es bei einer genügend grossen Spannung zum Ladungsausgleich. Es entstehen Blitze.

Lichtbrechung - Farbenspektrum Regenbogen

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Bilder und Informationen
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