Wissenschaft kompakt
Wie entstehen Vulkanblitze?
Auf der Erde brodelt es täglich und auch Vulkanausbrüche stehen stets
auf der Tagesordnung wie beispielsweise in den vergangenen Tagen in
Indonesien. Häufig sind solche Vulkanausbrüche von Vulkanblitzen
begleitet. Wie sie entstehen wird im heutigen Thema des Tages
behandelt.
Es zischt und brodelt, die Erde bebt und plötzlich bricht ein Vulkan
aus. Ständig passiert das irgendwo auf der Welt. Teilweise auf
wirklich beeindruckende sowie auch furchteinflößende Art und Weise
wie beispielsweise am Montag, als der Vulkan Lewotobi Laki-Laki auf
der indonesischen Insel Flores ausbrach und eine 18 km hohe
Aschewolke in den Himmel spuckte.
Vulkanausbrüche begleiten die Menschheit seit jeher. Plinius, ein
antiker Augenzeuge, schildert beispielsweise eine Gas-Aschewolke und
die in ihr stattfindenden Gewitter folgendermaßen: "Eine schaurige
schwarze Wolke, kreuz und quer von feurigen Schlangenlinien
durchzuckt, die sich in lange Flammengarben spalteten, Blitzen
ähnlich, nur größer." Solche Blitze, die denen in Gewittern ähneln,
gibt es häufig bei Vulkanausbrüchen und waren schon mehrmals
Gegenstand von Untersuchungen.
Beispielsweise wurden an der LMU München kleine Vulkanexplosionen im
Labor nachgestellt. Dabei wurde echte Vulkanasche unter hohem Druck
in einem Edelstahlrohr nach oben katapultiert und der nachgestellte
Vulkanausbruch mithilfe einer Hochgeschwindigkeitskammer durch
Plexiglasfenster beobachtet. Dabei wurden selbst bei dieser sehr
kleinen Ascheeruption sogenannte Vulkanblitze festgestellt. Diese
Blitze lassen sich durchaus mit den Blitzen in herkömmlichen
Gewittern vergleichen. Logischerweise ist Hochspannung in beiden
Fällen die Voraussetzung, allerdings sind die physikalischen
Entstehungsbedingungen mitunter sehr unterschiedlich.
Unterschiedliche Mechanismen können zur Aufladung von Asche führen.
Das geschieht durch Wechselwirkung mit Wasser, die Wechselwirkung mit
der Umgebungsatmosphäre bzw. der natürlichen Radioaktivität, die
Ladungstrennung durch fragmentieren der Aschepartikel und die
triboelektrische Aufladung, die durch Reibung zwischen den
Aschepartikeln entsteht. Vor allem die letzten beiden Punkte sind von
größerem Interesse, denn sie sind eng mit der Dynamik von explosiven
Ausbrüchen verknüpft. Bei einem Ausbruch wird nämlich Magma
zerrissen, also fragmentiert und es entstehen feste Partikel, die
unterschiedlich groß sind. Diese werden nun im Schlot des Vulkans
sowie später auch in der Atmosphäre nach oben katapultiert und stoßen
mit hoher Energie zusammen oder fliegen aneinander vorbei. Dabei
kommt es nun zur elektrostatischen Aufladung und Ladungstrennung. Es
entstehen also positiv und negativ geladene Teilchen. In der
Aschewolke kommt es also ähnlich wie in einer Gewitterwolke, wo
ebenfalls Ladungstrennung stattfindet, zum Aufbau einer großen
Spannung. Auf der einen Seite die positiv geladenen Ascheteilchen
weiter oben in der Wolke und die negativ geladenen weiter unten. Wird
die Spannung zu groß, kommt es zur Entladung mit dem Vulkanblitz.
Diese Blitze können mit Messantennen registriert werden.
Besonders relevant ist die Messung solcher Blitze für die Luftfahrt,
denn es lassen sich Rückschlüsse auf die Größe der Aschepartikel
ziehen. Kleinere Aschepartikel halten sich länger in großen Höhen und
können somit die Luftfahrt erheblich beeinflussen: Für die
europäische Luftfahrt hatte der Ausbruch des Eyjafjallajökull auf
Island im März 2010 beispielsweise erhebliche Auswirkungen. Aber auch
aktuell gibt es rund um den Lewotobi Laki-Laki Einschränkungen im
Flugverkehr.
Dipl.-Met. Marcel Schmid
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 10.07.2025
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