Atmosphärenchemie: Blitze mit Nachwirkung – Spektrum der Wissenschaft

Unsichtbarer Blitz

Basierend auf den Messungen des Teams könnte das unsichtbare Leuchten bis zu 16 Prozent des Hydroxylgehalts der Erdatmosphäre ausmachen. Dies ist ein sehr interessantes Beobachtungsergebnis, sagt Francisco Gordillo-Vázquez vom spanischen Instituto Astrofísica de Andalucía. Derzeit führt er Experimente in seinem Labor durch, um die Ergebnisse von Bruns Team zu replizieren. » Bisher wurde angenommen, dass diese Oxidationsmittel indirekt durch die Bildung von NO entstehen. Die Tatsache, dass sie jetzt live sind, ändert die Perspektive.”

Unsichtbare Blitze sind eines von mehreren kürzlich entdeckten elektrischen Phänomenen, die in und um Gewitter auftreten und die Struktur der Atmosphäre beeinflussen. In den frühen 1920er Jahren stellte der schottische Nobelpreisträger Charles Wilson die Hypothese auf, dass Lichtströme hoch in der Atmosphäre auftreten könnten, wo die Luft weniger dicht ist und das lokale elektrische Feld leichter zusammenbricht. Sie werden Sprites nach dem englischen Wort für Kobold genannt. Aber erst 1989 wurden zwei Sprites versehentlich während eines heftigen Regensturms im amerikanischen Mittleren Westen aufgenommen.

Später wurde entdeckt, dass die Sprites manchmal eine Höhe von 90 Kilometern bis zur Basis der Ionosphäre erreichten. Laut Gordillo-Vázquez kann die Emission in der oberen Atmosphäre als ein fehlender Teil des Erdkreislaufs angesehen werden, der die Troposphäre mit der Ionosphäre verbindet.

Könnten solche vorübergehenden Leuchtereignisse in der oberen Atmosphäre (TLEs) eine weitere rätselhafte Beobachtung der Atmosphärenchemie erklären? „Seit Ende der 1960er-Jahre gab es vereinzelt Berichte über plötzliche Ozonanstiege bei Gewittern“, sagte der Forscher. Die berichteten Beobachtungen widersprachen der Erkenntnis, dass blitzinduziertes NO indirekt durch nachfolgende chemische Reaktionen produziert wird. “Es wird spekuliert, dass erhöhte Ozonwerte mit Gewittern in Verbindung gebracht werden könnten.”

Normale Blitze erzeugen nicht direkt große Mengen Ozon. Aber könnten die hohen Ozonkonzentrationen in den beobachteten Gebieten eine direkte Folge des seltsamen Glimmphänomens sein? Blitze sind ein sehr heißer elektrischer Strom, aber die Energie wird im starken elektrischen Feld einer TLE kalt freigesetzt. „Das ist der Schlüssel zum Verständnis ihrer Chemie“, ist Gordillo-Vazquez überzeugt. Im Labor entstehen durch solche kalten „Kronenentladungen“ (siehe Glossar) direkt große Mengen an Ozon und Stickoxiden (N).₂Ö). Letzteres gilt nach CO als drittwichtigstes Treibhausgas₂ und Methan.

Heute kann TLE aus der Luft beobachtet werden. Dies erleichterte die Überprüfung. Seit April 2018 ist ein Forschungsteam von Atmosphärenwissenschaftlern an Bord der Internationalen Raumstation an einer Weltraummission namens Atmosphere-Space Interaction Monitor (ASIM) beteiligt. ASIM hat sich als sehr gut bei der Erkennung heller koronaler Entladungen in Gewitterwolken erwiesen. „ASIM ermöglicht es uns erstmals, die Arten von koronalen Entladungen zu verstehen, die in Gewitterwolken auftreten, und zu erfassen, wo und wie oft sie auftreten“, sagt der Forscher in der Projektkategorie.

Es stimmt, dass ASIM nicht messen kann, welche Chemikalien produziert werden, wenn sie in die kalte Atmosphäre freigesetzt werden. Aber es zeigte sich, dass seltsam aussehende elektrische Ereignisse weit verbreitet waren. Wenn ihre chemische Zusammensetzung der im Labor erzeugten koronalen Entladung entspricht, können sie daher eine wichtige natürliche Quelle von Treibhausgasen sein. Die Frage, wie wichtig dieser Beitrag für das chemische Gleichgewicht solcher Gase in der Atmosphäre ist, bleibt laut Gordillo-Vásquez noch zu klären. Eine neue Generation von Luftqualitätsüberwachungssatelliten wird bald in den Vereinigten Staaten, Europa und Asien in die geostationäre Umlaufbahn gebracht. Ihre Messdaten können das Puzzle vervollständigen.

Zusätzliche Informationen werden Bruna helfen, seine Einschätzung der globalen Bedeutung der Hydroxylproduktion durch unsichtbare Blitze zu verbessern. „Wir sind durch sieben Gewitter geflogen und haben keine weiteren Informationen“, sagte er. „Wenn du es richtig machen willst, musst du den Flug in einem Flugzeug mit vielen Instrumenten wiederholen, um elektrische Felder, Ladungen und Ladungstrennung zu messen.“ Die meisten Blitzeinschläge treten auf. “Es ist möglich, aber leider muss diese Mission warten.”

Nach Ansicht von Mary Barth würde es sich wirklich lohnen, die neuen Instrumente nicht nur um sie herum zu installieren, sondern in einem der Flugzeuge, die direkt durch die Blitze fliegen könnten. „Meistens schauen wir uns Stoffe in der Luft vor und nach einem Sturm an. In der Zwischenzeit müssen Sie sich selbst überlegen, was passiert“, fügte er hinzu: „Ich möchte etwas über die chemische Zusammensetzung von Gewittern erfahren, indem ich eine Feldkampagne mit einem Flugzeug durchführe, das direkt durch das Unwetter fliegt.