Wie Blitze die Atmosphäre reinigen

Die Erdatmosphäre reinigt sich ständig selbst, wobei Substanzen wie Schwefeldioxid oder Methan über Oxidationsprozesse effizient zersetzt werden. Eine wichtige Rolle bei dieser Selbstreinigung spielen sogenannte Hydroxylradikale – hochreaktive chemische Moleküle, die Sauerstoff enthalten. Atmosphärenforscher entdeckten nun, dass aufgrund von Gewittern deutlich größere Mengen dieser Radikale entstehen als bisher angenommen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Science“ berichten, werden die Hydroxylradikale in Gewittern aufgrund der elektrischen Entladungen durch Blitze erzeugt.

Flugzeugobservatorium DC-8

Bereits vor neun Jahren flogen William Brune von der Pennsylvania State University und seine Kollegen mit einem Forschungsflugzeug der NASA durch Gewitterzonen im US-Bundesstaat Colorado. Mit dem mehr als fünfzig Jahre alten Flugzeug des Typs Douglas DC-8 flogen die Forscher direkt in die Gewitterwolken hinein und stiegen in spiralförmigen Bahnen innerhalb des Sturms auf eine Höhe von bis zu zehn Kilometern auf. An Bord befanden sich empfindliche Sensoren, mit denen sich die verschiedenen Substanzen in der Atmosphäre exakt nachweisen ließen. Zusätzlich wurde mit Antennen am Boden die Blitzaktivität im Umfeld des Flugzeugs gemessen.

Bei der Analyse ihrer Messdaten erkannten Brune und seine Kollegen, dass vor allem in der Nähe von Blitzen die Konzentration von Hydroxyl stark anstieg. Verantwortlich dafür waren die Entladungen der elektrischen Felder, die Spannungen von bis zu 80 000 Volt pro Meter erreichten. Dabei war genügend Energie verfügbar, um aus Wassermolekülen in den Gewitterwolken direkt Hydroxyl- und Hydroperoxylradikale zu erzeugen. Es zeigte sich, dass die Konzentration der Radikale auf hundert- bis tausendfach höhere Werte als bisher angenommen anstieg.

Auf Grundlage dieser Messungen schätzten Brune und sein Team ab, wie viele Radikale aufgrund von Gewittern global entstehen können. Sie gingen davon aus, dass auf der gesamten Erde zu jedem Zeitpunkt etwa 1800 Gewitter auftreten. Die dabei entstehenden Blitze sind für bis zu zwölf Prozent der Hydroxyl-Radikale in der Atmosphäre verantwortlich, so die Forscher.