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. 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.
Damit Asche sich aufladen kann, gibt es unterschiedliche Mechanismen. 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 nun 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 nun also 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 und kleinere Aschepartikel halten sich länger in großen Höhen und können somit die Luftfahrt erheblich beeinflussen, wie damals im März 2010 nach dem Ausbruch des Eyjafjallajökull auf Island.
Dipl.-Met. Marcel Schmid
Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 13.04.2021
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