Untersuchungen zeigen, dass Superblitze, extrem starke Blitzeinschläge, wahrscheinlicher sind, wenn sich die Aufladezonen von Gewitterwolken in der Nähe von Land- oder Wasseroberflächen befinden. Dieses Ergebnis gibt Aufschluss darüber, warum in bestimmten Regionen mehr Superblitze auftreten, und könnte dabei helfen, die Auswirkungen des Klimawandels auf diese Phänomene vorherzusagen.
Wenn die Aufladungszone eines Sturms nahe an der Erdoberfläche liegt, können die resultierenden „Superblitze“ 1.000-mal stärker sein als normale Blitze.
Laut einer neuen Studie ist es wahrscheinlicher, dass Superbolts einschlagen, je näher die elektrische Ladezone einer Sturmwolke an der Land- oder Meeresoberfläche liegt. Diese Bedingungen sind für Superbolt-„Hotspots“ über einigen Ozeanen und hohen Bergen verantwortlich.
Superblitze machen weniger als 1 % aller Blitze aus, aber wenn sie einschlagen, haben sie eine gewaltige Wirkung. Während ein durchschnittlicher Blitzeinschlag etwa 300 Millionen Volt enthält, sind Superblitze 1.000 Mal stärker und können großen Schaden an Infrastruktur und Schiffen anrichten, sagen die Autoren.
„Superblitze sind, auch wenn sie nur einen sehr, sehr kleinen Prozentsatz aller Blitze ausmachen, ein großartiges Phänomen“, sagte Avichay Efraim, Physiker an der Hebräischen Universität Jerusalem und Hauptautor dieser Studie.
Frühere Studien und neue Entdeckungen
Ein Bericht aus dem Jahr 2019 ergab, dass Superbolts dazu neigen, sich über dem Nordostatlantik, dem Mittelmeer und dem Altiplano in Peru und Bolivien zu häufen, einem der höchsten Hochebenen der Erde. „Wir wollten wissen, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass sich diese mächtigen Superbolts an manchen Orten bilden als an anderen“, sagte Efraim.
Die neue Studie liefert die erste Erklärung für die Entstehung und Verbreitung von Superbolts über Land und Meer weltweit. Die Forschung wurde im veröffentlicht Zeitschrift für geophysikalische Forschung: Atmosphärendie Zeitschrift der AGU, die sich der Förderung des Verständnisses der Erdatmosphäre und ihrer Wechselwirkung mit anderen Komponenten des Erdsystems widmet.
Globale Verteilung aller Superblitze von 2010 bis 2018, wobei rote Punkte die stärksten Blitzeinschläge anzeigen. Die drei Regionen in Polygonen weisen die höchste Konzentration an überladenen Blitzen auf, was sie zu Superblitz-Hotspots macht. Laut einer neuen Studie im Journal of Geophysical Research: Atmospheres häufen sich Superbolt-Einschläge in Regoins, wo die elektrischen Ladezonen der Stürme der Erdoberfläche am nächsten liegen. Bildnachweis: Efraim et al (2023), adaptiert von Holzworth et al. (2019)
Gewitterwolken erreichen oft eine Höhe von 12 bis 18 Kilometern (7,5 bis 11 Meilen) und überspannen einen weiten Temperaturbereich. Damit sich jedoch ein Blitz bildet, muss sich eine Wolke über der Grenze befinden, an der die Lufttemperatur 0 Grad erreicht Celsius (32 Grad Fahrenheit). Oberhalb der Gefriergrenze, im oberen Bereich der Wolke, findet die Elektrifizierung statt und erzeugt die „Ladezone“ des Blitzes. Efraim fragte sich, ob Änderungen in der Höhe der Gefrierlinie und in der Folge in der Höhe der Ladezone die Fähigkeit eines Sturms zur Bildung von Superblitzen beeinflussen könnten.
Schlüsselfaktoren analysieren
Frühere Studien haben untersucht, ob die Stärke von Superbolten durch Gischt, Emissionen von Schifffahrtswegen, den Salzgehalt des Ozeans oder sogar Wüstenstaub beeinflusst werden könnte. Diese Studien beschränkten sich jedoch auf regionale Gewässer und konnten höchstens einen Teil der regionalen Verteilung von Superbolten erklären. Eine globale Erklärung der Superbolt-Hotspots blieb unklar.
Um herauszufinden, was dazu führt, dass sich Superblitze in bestimmten Gebieten häufen, mussten Efraim und seine Co-Autoren Zeit, Ort und Energie ausgewählter Blitzeinschläge kennen, die sie mit einer Reihe von Radiowellendetektoren ermittelten. Sie nutzten diese Blitzdaten, um wichtige Eigenschaften aus der Umgebung der Stürme zu extrahieren, darunter die Höhe der Land- und Wasseroberfläche, die Höhe der Ladezone, die Temperaturen an der Wolkenober- und -basis sowie die Aerosolkonzentrationen. Anschließend suchten sie nach Zusammenhängen zwischen jedem dieser Faktoren und der Superbolt-Stärke und gewannen Erkenntnisse darüber, was stärkere Blitze verursacht – und was nicht.
Die Forscher fanden heraus, dass Aerosole im Gegensatz zu früheren Studien keinen signifikanten Einfluss auf die Festigkeit des Superbolts hatten. Stattdessen führte ein geringerer Abstand zwischen der Ladezone und der Land- oder Wasseroberfläche zu deutlich energiereicheren Blitzen. Stürme nahe der Oberfläche ermöglichen die Bildung von Blitzen mit höherer Energie, da eine kürzere Entfernung im Allgemeinen einen geringeren elektrischen Widerstand und damit einen höheren Strom bedeutet. Und ein höherer Strom bedeutet stärkere Blitze.
Die drei Regionen, in denen die meisten Superblitze auftreten – der Nordostatlantik, das Mittelmeer und das Altiplano – haben alle eines gemeinsam: kurze Lücken zwischen Blitzladezonen und Oberflächen.
„Die Korrelation, die wir gesehen haben, war sehr klar und signifikant, und es war sehr spannend zu sehen, dass sie in den drei Regionen auftritt“, sagte Efraim. „Das ist ein großer Durchbruch für uns.“
Implikationen und zukünftige Forschung
Das Wissen, dass ein kurzer Abstand zwischen einer Oberfläche und der Ladezone einer Wolke zu mehr Superbolt-Blitzen führt, wird Wissenschaftlern dabei helfen zu bestimmen, wie sich Klimaänderungen auf das Auftreten von Superbolt-Blitzen in der Zukunft auswirken könnten. Höhere Temperaturen könnten zu einer Zunahme schwächerer Blitze führen, aber mehr Feuchtigkeit in der Atmosphäre könnte dem entgegenwirken, sagte Efraim. Eine definitive Antwort gibt es noch nicht.
Für die Zukunft plant das Team die Erforschung anderer Faktoren, die zur Superbolt-Bildung beitragen könnten, etwa das Magnetfeld oder Veränderungen im Sonnenzyklus.
„Es gibt noch viel mehr Unbekanntes, aber was wir hier herausgefunden haben, ist ein großer Teil des Puzzles“, sagte Efraim. „Und wir sind noch nicht fertig. Es gibt noch viel mehr zu tun.“
Referenz: „Ein möglicher Grund für die Bevorzugung von Superblitzen gegenüber dem Mittelmeer und dem Altiplano“ von Avichay Efraim, Daniel Rosenfeld, Robert Holzworth und Joel A. Thornton, 19. September 2023, Zeitschrift für geophysikalische Forschungsatmosphären.
DOI: 10.1029/2022JD038254