Heiter bis Stürmisch

HBS009 Das Geräusch des Gewitters

12 July 2020

Donner. Fast jeder Mensch auf der Welt kennt das Geräusch. Und wie unheimlich Gewitter sein können, wenn wir mitten drin stecken, auch wenn wir sicher untergekommen sind. Es ist daher nicht verwunderlich, dass es dazu schon sehr lange Geschichten gibt. Früher wurde der Donner oftmals als Zeichen der Götter gedeutet. Während sie Lichtblitze auf die Erde werfen, erklingt ihre Stimme durch ein Donnergrollen. Sei es der nordische Gott Thor, der griechische Gott Zeus oder auch der nigerianische Gott Shango.

Da die Prozesse im Himmel als unergründliches Mysterium galten, gab es viele Theorien zur Entstehung von Blitz und Donner. Frühe Erklärungsversuche umfassen "die Luft prallt auf die Gewitterwolke und verursacht dabei den Donner und während die Luft sich durch die Wolke bewegt erzeugt sie dabei den Blitz". Eine weitere Theorie beschreibt die Ursache des Donners "durch Aneinanderreiben von Hagel und dem Entweichen der Luft aus der Wolke". Das Prinzip ist so ähnlich wie Luft, die beim Platzen eines Luftballons aus diesem entweicht. Der französische Philosoph und Naturwissenschaftler Descartes nahm 1637 noch an, dass der Donner eine Schwingung ist, die entsteht, wenn eine höher gelegene Wolke auf eine niedriger gelegene Wolke absinkt und beim Aufeinandertreffen einen Knall verursacht.

Was alle Theorien vereint, ist die Annahme, dass der Donner durch Wolken und Luft hervorgerufen wird und nie mit dem Blitz in Verbindung gebracht wurde. Erst ein Jahrhundert später als der Wissenschaftler und Politiker Benjamin Franklin Elektrizität und den Lichtblitz erforschte und dabei den Blitzableiter erfand (1752), kam er zufällig auf den Zusammenhang von Blitz und Donner. Während der elektrischen Entladungen in seinem Labor hörte er auch immer ein lautes Geräusch. Daraus schloss er, dass auch in der Natur nach einem Blitz immer ein Donner zu hören sein sollte. Jedoch konnte er noch nicht ganz erklären warum das so ist. Er schrieb in einen Brief an den Londoner Gelehrten Peter Collinson, dass „das elektrische Feuer lautlos aus der Wolke abgeleitet werden könne“, wenn sich seine Hypothese von der elektrostatischen Aufladung der Gewitterwolken belegen ließe.

Heute wissen wir, dass Donner durch eine explosionsartige Ausdehnung der Luft entsteht. Und das wird durch eine plötzliche Erhitzung der Luft im Blitzkanal verursacht. Der Blitz erhitzt die Luft auf bis zu 30 000°C. Gleichzeitig erhöht sich der Luftdruck aufgrund der starken Erhitzung schlagartig um das 10 bis 100 fache des Umgebungsdrucks. Dies hat zur Folge, dass sich die Luft mit Überschallgeschwindigkeit ausdehnt und dabei eine Schockwelle erzeugt. Das bemerkenswerte ist, fast 99% der Energie, die beim Blitz freigesetzt werden, erwärmen die Luft auf die hohen Temperaturwerte. Das restliche eine Prozent der Energie erzeugt den Donner.

Die entstandene Schockwelle hören wir dann in Form des Donners. Die Schockwelle wird dabei schnell langsamer und breitet sich dann wie eine gewöhnliche akustische Welle mit Schallgeschwindigkeit aus. Mit einer Ausbreitungsgeschwindigkeit von rund 343 m/s kann die Entfernung des Blitzes ganz grob abgeschätzt werden. Der Schall legt in einer Sekunde 343 m zurück, das sind in einer Stunde 1,23 Millionen Meter und etwas einfacher ausgedrückt etwa 1.233 km. Wird die Zeitspanne zwischen Blitz und Donner durch 3 geteilt, ergibt sich die Entfernung des Blitzes in Kilometern. Liegen zwischen dem beobachteten Blitz und dem gehörten Donner etwa 10 Sekunden, dann befindet sich das Gewitter bzw. der Blitzschlag in etwa 3,4 Kilometer Entfernung. Weiter als 12 bis 15 Kilometer kann der Donner allerdings nicht mehr gehört werden, da er von der Luft und der Umgebung sozusagen absorbiert wurde. Vom Gewitter nehmen wir dann nur noch das sogenannte Wetterleuchten, also die Blitze war.

Wie kommt es eigentlich, dass die Geräuschkulisse des Donners immer anders klingt? Die Ursache erklärt sich aus der Laufzeit des Schalls. Der Donner an sich ist immer ein lauter Knall. Zumindest klingt er so in nächster Nähe. Diese erste Klangart des Donners ist ein lauter knallartiger Schlag. Dies wird verursacht, wenn sich der Blitzkanal eher vertikal zum Hörer befindet und recht kurz ist. Die Schallwellen kommen alle etwa gleichzeitig an. Weiter weg vernehmen wir den Donner als rollendes und rumpelndes Poltern. Dann verläuft der Blitzkanal eher horizontal, er bleibt also zum Beispiel innerhalb der Wolke auf einer Ebene. Der Schall von einem zum anderen Ende des Blitzes erreicht uns als HörerIn nun zu unterschiedlichen Zeiten. Und je nach dem wie lang der Blitzkanal ist, nimmt auch das Donnergrollen an Dauer zu. Oftmals erklingt der Donner dann auch dumpfer und tiefer, da die hohen Frequenzen an den Wolken, dem Gelände und an Häusern gedämpft werden. Dieser Effekt wird durch Gebirge nochmals verstärkt, da die Schallwellen in einem Tal an den umliegenden Bergen mehrmals reflektiert werden können. In der Nacht erscheint die Geräuschkulisse des Donners sogar lauter, da dann weniger Umgebungsgeräusche zu hören sind. Es ist also ein Zusammenspiel von Länge des Blitzes und Echo des Donners, was immer etwas anders klingt.

So ist es möglich aus der Dauer, der Tonhöhe und der Lautstärke des Donners eine Idee über die Art des Blitzkanals, dessen Länge, die Ausrichtung zu einem selbst sowie die Entfernung bekommen. Wer möchte, kann das beim nächsten Gewitter ja mal selbst ausprobieren.

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