Neues Verfahren misst Energie von Blitzschlägen

Mehr als 20 Megajoule bei einem einzigen Einschlag

Fulgurit: Ein Blitz hinterlässt Spuren (Foto: Matthew Pasek/USF)
Fulgurit: Ein Blitz hinterlässt Spuren (Foto: Matthew Pasek/USF)

Tampa (pte022/03.08.2016/12:30) - Durch die Untersuchung von "versteinerten" Sandzylindern, die durch Blitzschläge entstanden sind und fallweise Tausende Jahre alt sind, ist es Matthew Pasek von der University of South Florida School of Geosciences http://bit.ly/2atJiSPgelungen, ganz neue Einblicke in die Geschichte der Blitze und die in einem einzelnen Blitzschlag enthaltene Energie zu gewinnen. Mithilfe eines erstmals angewandten Verfahrens aus der Geologie konnte er zeigen, dass die Energie eines Blitzschlages bei mehr als 20 Megajoule anzusiedeln ist.

Florida gilt als der "Blitzhauptstaat" der USA und ist daher ideal für die Untersuchung der durch einen Blitzschlag freigesetzten Energie geeignet. Pasek hat gemeinsam mit Marc Hurst von Independent Geological Sciences http://independentgeo.com ein eigenes Verfahren genau dafür entwickelt. Konkret handelt es sich dabei um Blitzschläge, die von den Wolken ausgehen und auf dem Boden auftreffen. Laut Pasek gehört es zu den schwierigeren wissenschaftlichen Herausforderungen, die Energie zu messen, die bei einem Blitzschlag freigesetzt wird. Atmosphärenphysiker können die Energie durch die Messung der elektrischen Energie und der Temperatur der Blitzschläge annähernd ermitteln. Bei diesen Zahlen handelt es sich jedoch eher um Schätzungen.

Erstmals Geologie eingesetzt

Das Team um Pasek und Hurst ist nach eigenen Angaben das erste, das Verfahren der Geologie einsetzt und nicht versucht, die Energie während des tatsächlichen Ereignisses zu messen. Durch diesen innovativen Ansatz konnten die Wissenschaftler tatsächlich die Energie eines Blitzschlages ermitteln, der vor Tausenden Jahren in den Sand von Florida eingeschlagen ist. Die Forschungsergebnisse wurden in dem Fachmagazin Scientific Reports http://nature.com/srepveröffentlicht.

"Trifft ein Blitz auf Sand, kann es zur Bildung einer zylindrischen Röhre aus Glas kommen, so genannten Fulguriten", erklärt Pasek. "Die Struktur der Röhre, die durch Energie und Hitze während eines Blitzschlages geschaffen wird, liefert eine ganze Menge Informationen über die Art des Blitzschlages und vor allem über die Energiemenge." Die Wissenschaftler sammelten in den Sandminen von Polk County mehr als 250 Fulgurite. Es wird davon ausgegangen, dass hier seit Tausenden Jahren Blitze einschlagen. Damit wird auch die Geschichte der Blitzeinschläge des so genannten I-4-Korridors, einer Region in der Nähe von Tampa und Orlando, erforschbar.

Luft erhitzt sich auf fast 30.000 Grad

Die Wissenschaftler analysierten die Eigenschaften der Fulgurite und konzentrierten sich dabei besonders auf die Länge und den Umfang der Glaszylinder. Sie liefern nämlich entscheidende Informationen über die beim Blitzschlag freigesetzte Energie. Laut Pasek gelang es den Forschern jetzt erstmals, Datensätze zu erstellen, die nicht nur Auskunft über die Energie eines Blitzschlages geben, sondern auch über den möglichen Schaden, den er auf der Erdoberfläche anrichten kann. Die gemessene Energie wird laut dem Forscher in Megajoule gemessen. "Ein Megajoule entspricht zum Beispiel in etwa 200 Kalorien bei Nahrungsmitteln oder der Energie, die eine Mikrowelle bei 20 Minuten Betrieb verbraucht."

Die Forschungsergebnisse zeigten, dass die Energie eines Blitzschlages bei mehr als 20 Megajoule anzusiedeln ist. Laut Pasek kann ein Blitzschlag zu einer Erhitzung der Luft rund um dieses Ereignisse auf mehr als 30.000 Grad Kelvin führen, das entspricht einer Temperatur von rund 29.727 Grad Celsius. Trifft der Blitzschlag auf ein festes Ziel wie Sand, Erde, Stein oder Lehm, fließt die Spannung durch das Ziel und erhitzt das Material über seinen Verdampfungspunkt. Die folgende rasche Abkühlung führt zur Bildung der Fulgurite.