Während Gewittern leuchten die Baumkronen in einem schwachen ultravioletten Schein, der für das menschliche Auge unsichtbar ist. Dieses Phänomen, genannt Koronaentladung, wurde erstmals unter realen Bedingungen von Forschern der Pennsylvania State University beobachtet.
Diese Mini-Blitzer könnten eine wichtige Rolle in der Chemie der Atmosphäre spielen, indem sie Verbindungen erzeugen, die die Luft von Schadstoffen wie Methan reinigen. Das Team bestätigte damit eine mehrere Jahrzehnte alte Hypothese und ebnet den Weg für neue Forschungen zu den Wechselwirkungen zwischen Wäldern und Gewittern.
Das Leuchten der Koronas ist in der Dunkelheit eines Labors viel besser sichtbar (links).
Rechts erzeugt ein Fichtenzweig während eines Gewitters Koronas, aber das Tageslicht verhindert, dass man sie mit bloßem Auge sieht.
Bildnachweis: William Brune / Penn State Dieses Leuchten entsteht durch die elektrischen Ungleichgewichte von Gewittern. Die Wolken tragen eine negative Ladung, die positive Ladungen vom Boden anzieht. Diese steigen entlang der Bäume auf und konzentrieren sich an den Enden der Blätter, wo das elektrische Feld stark genug wird, um die Luft zu ionisieren. Es entsteht ein Leuchten, hauptsächlich im ultravioletten Bereich, das tagsüber aufgrund des Sonnenlichts schwer zu beobachten ist. Die Forscher mussten ein spezielles Instrument verwenden, das die solare UV-Strahlung blockiert, um es zu erfassen.
Das Team reiste mit einem mit einem UV-Teleskop ausgestatteten Minivan die Ostküste der Vereinigten Staaten entlang. Nach drei erfolglosen Wochen in Florida stellte sich der Erfolg in North Carolina ein, während eines heftigen Gewitters nahe der University of North Carolina at Pembroke. Fast zwei Stunden lang registrierten die Instrumente 859 Koronaentladungen an einem Amberbaum und 93 an einer nahegelegenen Kiefer. Koronas wurden auch an vier weiteren Arten beobachtet, was zeigt, dass das Phänomen nicht selten ist.
Jede Entladung dauert von einigen Bruchteilen einer Sekunde bis zu mehreren Sekunden. Das Team konnte sie mit einem speziellen optischen System erfassen, das die ultraviolette Sonnenstrahlung herausfiltert und nur die Signale von Koronas, Blitzen oder Feuer durchlässt. Diese Vorrichtung, gekoppelt mit elektrischen Feldensoren und GPS-Ortung, ermöglichte es, die Ereignisse zu isolieren. Die Forscher erhielten so den ersten direkten Beweis für die Existenz dieser Entladungen in der Natur.
Über die bloße Beobachtung hinaus haben diese Entladungen wichtige chemische Folgen. Das von ihnen ausgestrahlte UV-Licht spaltet Wassermoleküle und bildet Hydroxylradikale, starke Oxidationsmittel. Diese reagieren mit flüchtigen organischen Verbindungen, die von Bäumen abgegeben werden, und mit menschlichen Schadstoffen wie Methan und wandeln sie in weniger schädliche Substanzen um. Laborexperimente hatten diesen Zusammenhang bereits gezeigt, aber die Bestätigung unter realen Bedingungen untermauert die Idee, dass Gewitter über die Wälder zur Luftreinigung beitragen.
Das auf dem Dach des Toyota-Sienna-Minivans installierte Periskop, gerichtet auf eine Palme unter einem Gewitter in Florida.
Bildnachweis: Patrick McFarland / Penn State Die Forscher fragen sich nun nach der Wirkung dieser Entladungen auf die Bäume selbst. Die Beobachtungen zeigten geringfügige Schäden an den Blättern an den Koronapunkten. Haben die Bäume Schutzmechanismen entwickelt? Könnten die erzeugten Hydroxylradikale die Gesundheit der Wälder beeinflussen? Um diese Fragen zu beantworten, arbeitet das Team mit Ökologen und Biologen zusammen.
Laut dem Doktoranden Patrick McFarland, Hauptautor der Studie, gibt es noch viel zu verstehen über die Rolle der Koronas in der atmosphärischen Chemie und der Walddynamik. Die nächsten Schritte werden darin bestehen, die globale Auswirkung dieser Entladungen auf die Luftqualität zu quantifizieren und diese Daten in Klimamodelle zu integrieren.
Quelle: Geophysical Research Letters