Stärkster je gemessener „Aufwärts-Blitz“

Extreme Entladung: Im Mai 2018 schoss über Oklahoma ein gigantischer Blitz von der Spitze einer Wolke bis in die Ionosphäre – und transportierte dabei 60-mal so viel Energie wie ein normaler Blitz. Energiemenge und Ausmaß dieses „Gigantic Jets“ waren doppelt so groß wie alle bisher beobachteten „Aufwärts-Blitze“ dieser Art, wie ein Forschungsteam berichtet. Noch merkwürdiger ist jedoch, dass dieser Blitz unter völlig anderen Umständen als die bisher bekannten Riesen-Jets entstand.

Blitze entstehen, wenn sich in Gewitterwolken starke Ladungsunterschiede bilden und abrupt entladen. Meist springen diese Entladungen zwischen Wolken oder einer Wolke und der Erdoberfläche über. Doch es gibt auch Fälle, in denen sich ein Blitz von der Oberseite einer Gewitterwolke nach oben entlädt. Kleinere, rötliche Entladungen dieser Art werden als „Sprites“ oder Koboldblitze bezeichnet, größere, meist bläulich leuchtende Aufwärts-Blitze als „Blue Jets„.

Noch stärker und weit seltener sind sogenannte Gigantic Jets. „Von allen Leuchterscheinungen sind die gigantischen Jets die seltenste und vielleicht spektakulärste“, erklären Levi Boggs vom Georgia Tech Research Institute und seine Kollegen. „Sie bilden eine direkte Verbindung zwischen der unteren und oberen Atmosphäre und können große Ladungsmengen zwischen ihnen übertragen.“ Typischerweise ereignen sich solche Riesen-Jets über besonders starken, blitzreichen und turbulenten tropischen Gewitterstürmen.

Gigantic Jet mit überraschend anderen Merkmalen

Umso überraschender ist der am 14. Mai 2018 über Oklahoma beobachtete Gigantic Jet: Er ereignete sich auf 35 Grad nördlicher Breite und damit weit außerhalb der für diese Blitze typischen Zone. Auch ein Tropensturm war nicht beteiligt. Stattdessen entsprang der Riesen-Jet von der Oberseite einer Gewitterwolke, die keine besonders starken Aufwinde umfasste, keine vorhergehenden normalen Blitze produzierte und deren Spitze auch keine Turbulenzen aufwies, wie Boggs und sein Team berichten.

„Diese Region weicht damit in all diesen Merkmalen von den bisher dokumentierten Ursprungsgebieten von Gigantic Jets ab“, erklärt das Forschungsteam. Um herauszufinden, wie dieser Ausreißer entstanden ist und was in ihm vorging, haben sie Daten mehrere Satelliten sowie eines auf die Radioemissionen von Blitzen spezialisierten Messnetzwerks ausgewertet.

Fast doppelt so stark wie alle bisherigen

Die Daten enthüllten: Der gigantische, weißlich-blau leuchtende Jet raste innerhalb von Millisekunden von der Wolkenoberseite auf rund 20 Kilometer Höhe bis in die untere Ionosphäre. Sein Ursprungsgebiet erstreckte sich über eine Fläche von 60 mal 60 Kilometern, wo der Blitz als normale Entladung zwischen der oberen positiven und mittleren negativen Wolkenschicht begann. Statt nach unten raste der Blitz dann jedoch nach oben bis in mehr als 40 Kilometer Höhe.

Dabei erzeugte der Riesen-Jet starke Strahlen-Emissionen im Radio- und optischen Bereich, ähnlich einer leuchtenden Fontäne. Gleichzeitig transportierte dieser Aufwärts-Blitz die enorme Energiemengen von rund 300 Coulomb in die Ionosphäre. „Das ist fast das Doppelte aller bisher bekannten Gigantic Jets“, berichten Boggs und seine Kollegen. Zum Vergleich: Ein normaler Wolke-zu-Boden-Blitz transferiert im Schnitt nur rund fünf Coulomb.

Ungewöhnliche Entstehungsbedingungen

Wie aber kam dieser ungewöhnlich starke Aufwärts-Blitz zustande? „Die extreme Intensität dieses Jets scheint eine Folge der einzigartigen Struktur des Gewittersturms zu sein, der ihn erzeugte“, schreiben die Forschenden. Sie vermuten, dass sich in der Wolke eine ungewöhnlich ausgedehnte und starke Zone negativer Ladungen in mittlerer Höhe aufbaute – möglicherweise durch Absinken negativ geladener Eiskristalle oder seitliche Scherwinde, die in verschiedenen Höhen in unterschiedliche Richtungen wehten.

Parallel dazu wurde eine Wolkenschicht mit positiver Ladung von einer starken, aber lokal begrenzten Aufströmung weit in die Höhe gerissen, was zur Ladungstrennung und zum Aufbau eines enormen elektrischen Felds führte. Verstärkt wurde dies dadurch, dass sich die Spannung nicht in normalen, zur Erdoberfläche springenden Blitzen entladen konnte: „Es gab keine Wolke-zu-Boden-Blitze bis etwa vier Minuten nach dem Gigantic Jet“, berichtet das Team. „Das führte zu einer Ansammlung eines großen Überschusses an negativer Ladung in mittlerer Höhe, der schließlich den Riesen-Jet auslöste.“ (Science Advances, 2022; doi: 10.1126/sciadv.abl8731)

Quelle: Science Advances, Georgia Tech Research Institute