Am 22. Oktober 2017 lösten Gewitterwolken über den zentralen Vereinigten Staaten einen Blitz aus, der so groß war, dass er den Himmel über Texas, Oklahoma und Kansas beleuchtete. Der Ruck, der sich horizontal über mehr als 500 Kilometer in diesen drei Bundesstaaten erstreckte, war so beispiellos, dass eine Gruppe von Forschern eine Studie darüber schrieb, in der er als "Megaflash" bezeichnet wurde: Es war einer der längsten Blitzschläge, die jemals aufgezeichnet wurden.
Normalerweise sind normale Blitzlichter zwischen 1 und 20 km lang. Aber wie immer ausgefeiltere Kartierungstechniken gezeigt haben, knistern einige wirklich kolossale Bolzen über unseren Köpfen. Diese jüngsten Entdeckungen werfen eine interessante Frage auf: Wie groß kann ein Blitz tatsächlich werden? Und sollten wir uns Sorgen um diese atmosphärischen Schwergewichte machen?
In Gewitterwolken entstehen Blitze, wenn sich in einem Bereich der Wolke eine starke positive Ladung und in einem anderen Bereich eine starke negative Ladung entwickelt, die elektrische Kräfte zwischen ihnen erzeugt. "Ein Blitz wird in einer Region ausgelöst, in der die elektrischen Kräfte extrem stark sind. Sie werden stark genug, dass die Luft der elektrischen Kraft nicht mehr standhält und zusammenbricht", sagte Don MacGorman, Physiker und leitender Forscher am National Ocean und Atmospheric Administration (NOAA) und Autor des Papiers über den Megaflash 2017.
Das bedeutet, dass mit zunehmender elektrischer Kraft die Isolationskraft der Luft abgebaut wird, wodurch normalerweise Bereiche unterschiedlicher Ladung voneinander getrennt bleiben. Die Forscher glauben, dass dies geschieht, weil der Aufbau der übermäßigen elektrischen Kraft freie Elektronen in der Luft beschleunigt - solche, die nicht an ein Atom oder ein Molekül gebunden sind -, was wiederum andere Elektronen von ihren Atomen und Molekülen löst, erklärte MacGorman. Dies setzt sich fort und beschleunigt immer mehr Elektronen: "Wissenschaftler nennen diesen Prozess eine Elektronenlawine, und das meinen wir, wenn wir sagen, dass die Luft zusammenbricht", sagte MacGorman gegenüber Live Science.
Dies erzeugt schließlich einen sehr heißen Kanal in der Luft, der wie ein Draht wirkt, dessen Enden nach außen zu den positiven und negativen Ladungen wachsen, die den Zusammenbruch verursacht haben. Der wachsende Kanal verbindet schließlich die positiven und negativen Ladungen und löst dann den immensen elektrischen Strom aus, den wir als Blitz kennen.
"Betrachten Sie es als einen riesigen Funken, der durch die Wolke gewachsen ist", sagte MacGorman.
Manchmal hat der untere Bereich einer Wolke, der normalerweise positive Ladung enthält, nicht genug Ladung, um den Kanal zu stoppen. Der Blitz wächst also weiter und erstreckt sich nach unten in Richtung Boden. Dabei zieht es einen Funken nach oben aus dem Boden, um ihn zu treffen. Es löst einen Blitz mit riesigen elektrischen Strömen aus, die einen Teil der Sturmladung zum Boden transportieren. Diese Kanäle von Wolke zu Boden stellen sich die meisten von uns häufig vor, wenn sie an Blitze denken. diese lebhaften Gabeln, die die Erde treffen.
Aber welche Faktoren begrenzen die Größe dieser massiven Schrauben?
Forscher versuchen seit Jahrzehnten, diese Frage zu beantworten. Vertikal ist die Ausdehnung eines Blitzes durch die Höhe einer Sturmwolke oder die Entfernung vom Boden bis zu ihrem Höhepunkt begrenzt - der höchste ist etwa 20 km. Horizontal bietet ein umfangreiches Cloud-System jedoch viel mehr Spielraum.
Bereits 1956 demonstrierte ein Meteorologe namens Myron Ligda dies, als er mit Radar den längsten Blitz entdeckte, den jemals jemand zu diesem Zeitpunkt aufgezeichnet hatte: einen Blitz, der sich über 100 km erstreckte.
2007 brachen die Forscher den Rekord, indem sie einen Blitz über dem Bundesstaat Oklahoma identifizierten, der 321 km lang war. Die jüngste Studie von MacGorman und seinen Kollegen hat diese Zahl aus dem Park geworfen. Das von diesem Blitz emittierte Licht war so stark, dass es eine Bodenfläche von 67.845 Quadratkilometern beleuchtete, berechneten die Forscher. Aber auch dieser Blitz wurde inzwischen übertroffen: Eine andere aktuelle Studie in der Zeitschrift JGR Atmospheres beschrieb einen Blitz, der sich über 673 km erstreckt.
Solche Megaflashes sind selten. Aber jetzt, da wir die Technologie haben, um sie zu erkennen, finden wir sie häufiger. Anstatt sich nur auf bodengestützte Systeme zu verlassen, die Antennen und Radar zur Erkennung von Blitzen verwenden, haben Experten damit begonnen, sie von einem ganz anderen Standpunkt aus zu beobachten: Satelliten. Die beiden jüngsten Rekordblitze wurden mit der Technologie Geostationary Lightning Mapper gemessen, einem Sensor, der auf zwei Satelliten um die Erde vorhanden ist und ein umfassendes Bild der Sturmsysteme unten liefert.
"Dieses System reagiert auf das von einer Wolkendecke emittierte Licht, sodass wir das Licht der Blitzblitze sehen und es dann praktisch überall auf dieser Hemisphäre abbilden können", sagte MacGorman.
In Kombination mit Daten aus einem bodengestützten System namens Lightning Mapping Array zeichneten diese hochauflösenden visuellen Satellitendaten ein Bild des enormen Ausmaßes des Blitzes im Oktober 2017.
Wir wissen jedoch immer noch nicht genau, wie lange diese riesigen elektrischen Beleuchtungen wachsen. Forscher glauben, dass die Wolkengröße ein Faktor ist, denn je größer das Wolkensystem ist, desto größer ist das Potenzial für Blitzeinschläge. MacGorman fügt hinzu, dass auch bestimmte "mesoskalige Prozesse - große Windströme, die es ermöglichen, dieses System miteinander zu verbinden, um lange zu bestehen" erforderlich sind.
Was passiert mit der von diesen Monsterwolken bereitgestellten Bühne tatsächlich in ihnen? "Diese Megaflashes scheinen wie eine kontinuierliche Abfolge von Entladungen in sehr enger Folge zu sein", sagte Christopher Emersic, ein Forscher, der die Elektrifizierung von Gewittern an der Universität von Manchester in Großbritannien studiert.
Er vermutet, dass sich eine Reihe von Entladungen wie eine Reihe fallender Dominosteine durch das Wolkensystem ausbreiten können, wenn es über ein großes Gebiet hoch aufgeladen ist. "Wenn alle Dominosteine ohne zu große Lücke aufgestellt sind, löst einer in einer großen Reihe von Stürzen einen anderen aus. Andernfalls" scheitert "er und in diesem Fall erhalten Sie nur ein kleineres räumliches Blitzereignis anstelle eines Megaflashs." Emersic erzählte Live Science.
Je größer die übergeordnete Wolke ist, desto größer ist die Möglichkeit, dass sich die Entladung weiter ausbreitet. "Daher könnten Megaflashes im Prinzip so groß sein wie die Mutterwolke, sollte die Ladungsstruktur förderlich sein", sagte Emersic.
Das bedeutet auch, dass es wahrscheinlich viel größere Blitze gibt, als wir bereits gesehen haben. "Stürme können größer werden als", sagte MacGorman.
Mit anderen Worten, wir wissen immer noch nicht genau, wie groß der größte Blitz sein könnte.
Trotz des apokalyptischen Bildes, das sie malen, sind Megaflashes nicht unbedingt gefährlicher als normale Blitze: "Ein räumlich ausgedehnter Blitz bedeutet nicht unbedingt, dass er mehr Energie trägt", erklärte Emersic.
Da die Cloud-Systeme, aus denen sie stammen, so groß sind, können Megaflash-Streiks schwer vorherzusagen sein.
"Solche Ereignisse können oft zu Bodenangriffen führen, die weit von der Hauptblitzaktivität im konvektiven Kern entfernt sind", sagte Emersic. "Jemand am Boden könnte denken, der Sturm sei vorbei, aber von einer dieser räumlich ausgedehnten Entladungen scheinbar aus dem Nichts überrascht werden."
Es ist auch möglich, dass in einer sich erwärmenden Welt die Arten von Stürmen, die zu Megaflashes führen, zunehmen, sagte Emersic. "Und so indirekt kann dies die Bedingungen wahrscheinlicher machen und dadurch ihre Häufigkeit erhöhen."
Derzeit sind Megaflashes jedoch nicht so häufig: MacGorman schätzt, dass sie insgesamt nur etwa 1% der Blitzlichter ausmachen. Trotzdem werden Forscher wie er weiter jagen - und zweifellos entdecken - noch größere Giganten, über die wir staunen können.
