Gewitterwolken und Blitze

Mehr Blitze durch Turbulenzen

Wer mit einem Flugzeug in einen Sturm gerät, bekommt die teils starken Turbulenzen unangenehm zu spüren. Nach einem neuen Modell von Atmosphärenforschern könnten diese Turbulenzen auch die Entwicklung von Blitzen zwischen Gewitterwolken und Erdboden verstärken. Die komplexen mathematischen Berechnungen, mit denen sich die elektrische Aufladung in Wolken abschätzen lässt, präsentierte das Team nun in der Fachzeitschrift „Journal of Geophysical Research: Atmospheres“. Der Austausch von elektrischen Ladungen zwischen Eiskristallen oder Staubkörnchen spiele demnach womöglich eine bisher wenig beachtete Rolle bei der Entwicklung von Blitzen.

„Zum ersten Mal ermittelten wir den Einfluss von Turbulenzen auf die elektrische Aufladung in der Atmosphäre bei normalen Gewittern sowie Schnee- und Staubstürmen“, schreiben Evgeny Mareev und Svetlana Dementyeva von der Russischen Akademie der Wissenschaften in Nischni Nowgorod. Die beiden modellierten die Bildung ausgedehnter elektrischer Felder in einem schwach elektrisch leitfähigem Medium, wie es Gewitterwolken üblicherweise sind. Es zeigte sich, dass die in den Wolken vorherrschenden turbulenten Winde die Anzahl der Zusammenstöße zwischen Wassertropfen, kleinen Eiskristallen oder auch Staubpartikeln drastisch erhöhen. Die Luftverwirbelungen sorgen dadurch nicht etwa für einen Ausgleich der elektrischen Ladungen in einer Wolke, sondern verstärken die Aufladung sogar.

Die Berechnungen ergaben, dass dafür die Kollisionen zwischen neutralen oder bereits aufgeladenen Partikeln verantwortlich sind: Vorher neutralen Teilchen werden Elektronen entrissen, sodass sie elektrisch geladen sind. Wirkt zudem bereits ein weitreichendes elektrisches Feld zwischen Erdboden – positiv geladen – und einer Gewitterwolke – negativ geladen –, trennen sich auch die durch die Turbulenzen aufgeladenen Teilchen abhängig von ihrer elektrischen Ladung voneinander. Insgesamt nimmt der Unterschied zwischen der Aufladung am Erdboden und in den Wolken laut dem Modell also zu und die Wahrscheinlichkeit für eine blitzartige Entladung steigt deutlich an.

Das Modell zeigte diesen verstärkenden Aufladungseffekt sowohl bei Wassertropfen und Eiskristallen als auch bei Staubpartikeln. Ein erster Vergleich mit Messdaten aus Gewittergebieten schien das neue Modell zu stützen. „Unsere Erkenntnisse benötigen jedoch noch eine Bestätigung durch weitere Messdaten“, so die beiden Wissenschaftler. Um zu belegen, dass Turbulenzen tatsächlich das Blitzrisiko erhöhen, schlagen sie Messkampagnen mit Ballons, Flugzeugen oder kleineren Drohnen vor, die möglichst direkt in einen Sturm fliegen können.