Naturschauspiel

Eyjafjallajökull: Warum es in der Aschewolke blitzt

Nicht nur Feuerfontänen und die nunmehr weltbekannte Aschewolke bekommen Fotografen und Schaulustige dieser Tage über dem Eyjafjallajökull in Island zu sehen. Auch helle Lichtblitze fahren immer wieder aus dem Himmel über dem Gletscher - und das, obwohl kein Gewitter im klassischen Sinn stattfindet. Wenn Vulkane wie der Eyjafjallajökull Asche spucken, kann es in den Staubwolken nämlich spontan zu Blitzschlägen kommen. Forscher der ETH Zürich haben nun erstmals ein Modell entwickelt, das dieses Phänomen erklärt.

Die gewaltigen Blitze sind auf aktuellen Fotos des ausbrechenden Eyjafjallajökull (Bild oben) gut zu sehen. Solche elektrische Entladungen entstehen aber auch in anderen Staubwolken, etwa bei Sandstürmen in der Wüste, wie die ETH Zürich am Mittwoch berichtete. Drei Forscher des Instituts für Baustoffe der Schweizer Uni haben nun ein Modell entwickelt, das erklärt, wie sich die Partikel in einer Staubwolke aufladen und so zu dem spektakulären Phänomen führen können. Ihre Theorie haben sie kürzlich im Fachmagazin "Nature Physics" vorgestellt.

Elektrisches Feld verursacht Aufladung
Laut den Wissenschaftlern geraten die Staubteilchen in der Wolke unter den Einfluss eines elektrischen Feldes. Dieses polarisiert die eigentlich neutralen Partikel. Das heißt: Die eine Seite des Staubteilchens wird positiv, die andere negativ aufgeladen.

Prallen nun zwei so geladene Partikel aufeinander, neutralisieren sie einander zwar auf der Kontaktseite. Auf der anderen Seite bleiben sie aber geladen. Bei der Trennung lädt das elektrische Feld die Partikel erneut auf - die Polarisierung wird stärker als beim vorherigen Mal. So entstehen mit der Zeit gewaltige Ladungen.

Die Wolken dürfen für diesen Prozess offenbar weder zu dick noch zu dünn sein. Ist die Partikelkonzentration darin zu klein, kann sich laut dem Modell zu wenig Ladung aufbauen. In dichten Wolken dagegen stoßen die Teilchen zu oft aufeinander. Das kostet viel Energie und führt dazu, dass nur schwache Ladungen entstehen.

In einem Experiment mit Glasperlen konnten die Forscher nachweisen, dass sich Wolken tatsächlich durch das von ihnen vorgeschlagene Prinzip stark aufladen können. Ungelöst bleibt aber die Frage, wie in der Natur das elektrische Feld entsteht, das die Aufladungen erst ermöglicht.

"Blitzableiter" für Staubwolken gesucht
Die Forscher wollen nun herausfinden, wie solche Aufladungen verhindert werden können. Das Phänomen kommt nämlich nicht nur in Wüsten und bei Vulkanausbrüchen vor. In Getreidesilos oder wenn Helikopter auf staubigem Boden abheben oder landen, kann es auf diese Weise zu Explosionen kommen.