Vulkanische Blitze

Der Luftraum über München ist wieder einmal wegen Aschegefahr gesperrt – und es ist kein Ende in Sicht, es sieht so aus, als würde uns der Vulkan noch auf lange Zeit immer wieder einmal auf Trab halten.

Immerhin beschert uns der Eyjafjallajökull nicht nur Ärger und Probleme, sondern auch Bilder wie dieses: 

Blitze am Eyjafjallajökull
Blitze am Eyjafjallajökull, mit freundlicher Genehmigung von Olivier Vandeginste

Dass Blitze beim Ausbruch von Vulkanen auftreten, ist keinesfalls selten.Dieser Stich aus dem Jahr 1794 beispielsweise zeigt einen Ausbruch des Vesuv. Blitze sind gut in der Wolke zu erkennen:

 


Blitze am Vesuv [1]

Aber wie entstehen solche Blitze bei Vulkanen überhaupt? Um das zu klären, muss man erst einmal darüber reden, wie Blitze während Gewittern entstehen. Gewitterwolken entstehen, wenn die Erdoberfläche ungleichmäßig erhitzt wird und starke Aufwinde resultieren. Latente Wärme wird während Kondensation und Frieren freigesetzt, Niederschlag mit Wassertropfen, Hagel, Schnee und Graupel entsteht. Diese Teilchen werden durch Stöße untereinander aufgeladen, wobei die leichteren Eiskristalle meist positiv geladen und die schweren Graupelteilchen negativ geladen sind. Die leichten Teilchen werden nach oben geblasen, und dadurch trennen sich die Ladungen [1]. 

Wenn nun die Rate, mit der die Ladungen abgebaut werden, klein genug ist, kann eine große elektrische Entladung stattfinden – ein Blitz. Dies kann entweder zwischen der Erde und der Wolke oder auch innerhalb der Wolke stattfinden. 

In der Aschewolke eines Vulkans muss also auch Ladung getrennt werden. Diese Wolke besteht normalerweise aus Gas (hauptsächlich Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid, mit Anteilen von Schwefelverbindungen und Halogen-Haliden) und einer Mischung von flüssigen und festen Teilchen. Diese festen Teilchen bestehen z.B. aus fest gewordenem Magma oder Silikaten [1]. 

Wie diese Teilchen nun aufgeladen werden, ist noch nicht völlig geklärt. Möglich ist z.B. die Aufladung durch Kontakt mit Salzwasser, durch Reibung mit der Luft oder durch Fraktoemission (Elektronen oder Ionen werden von frisch aufgebrochenen Oberflächen emittiert) [1].

Damit nun Blitze entstehen können, müssen die unterschiedlich geladenen Teilchen räumlich getrennt werden. Das kann beispielsweise dann passieren, wenn die Asche negativ und das Gas positiv geladen ist und die schwere Asche nach unten sinkt [1]. Aber dieser Mechanismus ist ebenfalls kontrovers, z.B. gibt es auch Theorien, nach denen die Ladungstrennung innerhalb des Vulkans stattfindet [2].

Sobald dann genügend Ladungen voneinander getrennt sind, kommt es wie auch in Gewittern zu einem Blitz – und wenn man Glück hat, zu spektakulären Aufnahmen wie diesen: 

 

Quellen:
[1] T. Mather und R. G. Harrison: Surv Geophys (2006) 27:387–432
[2] http://www.groundtruthtrekking.org/blog/?p=850

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Erhöht man die Spannung zwischen zwei Elektroden, die ein Gas umgeben, beginnt das Gas irgendwann zu leuchten: Freie Elektronen im Gas haben genug Energie, um die Gasteilchen zu ionisieren und noch mehr Elektronen aus den Atomen zu schlagen. Ein Plasma wurde gezündet, die Zündspannung ist erreicht. Gibt man nun noch zusätzlich Mikrometer große Teilchen in das Plasma, erhält man ein sogenanntes "Komplexes Plasma", mit dem ich mich zunächst als Doktorand und Post-Doc am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik und nun an der University of California in Berkeley beschäftige. In diesem Blog möchte ich sowie ein wenig Einblick in den Alltag im Forschungsinstitut bieten, als auch über den (Plasma)-Rand hinaus blicken. Mierk Schwabe

Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Danke für diesen Wahnsinns-Film

    Liebe Mierk:
    Danke für diesen Wahnsinns-Film zum aktuellen Vulkanausbruch.
    Ich liebe Blitze (speziell Kugelblitze). Diese sind wirklich sensationell eindrucksvoll. Danke auch für die solide, gut verständliche Erklärung des Phänomens.
    Ich habe vor, am 15. Mai zu eurem Offenen Tag nach Garching zu kommen. Bist du auch anwesend – Zeit und Lust zu einem Kaffee?
    Beste Grüße – Jürgen vom Scheidt

  2. Wahnsinns-Bilder!

    so etwas habe ich vorher noch nie gesehen! Schade nur, dass es keine Videoaufnahme ist. Sehr beeindruckend!

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