Elektrische Hurrikane

Drei der stärksten Hurrikane des Jahres 2005 waren voller seltsamer Blitze.

Überraschung: Während der Rekord Hurrikan Saison 2005, blitzte es in drei der stärksten Stürme -- Rita, Katrina und Emily -- sehr viel. Und Forscher würden gerne wissen warum.

Richard Blakeslee vom Global Hydrology and Climate Center (GHCC) in Huntsville, Alabama, war einer eines Teams von Wissenschaftlern die den Hurrikan Emely mit Hilfe von NASA's ER-2 Flugzeug, einer Forschungsversion des berühmten U-2 Spionageflugzeugs, untersuchten. Oberhalb des Sturms bemerkten sie kontinuierliches Blitzen in den zylindrischen Wänden der Wolken, die das Auge des Hurrikans umgeben. Es gab Blitze von Wolke-zu-Wolke als auch von den Wolken zum Erdboden, "ein paar Blitze pro Minute," sagt Blakeslee.

Oben: Das Auge des Hurrikans Emily, fotografiert von der Internationalen Raumstation. [Mehr]

"Normalerweise gibt es nicht viele Blitze im Gebiet um das Auge herum," sagt er. "Wenn also die Leute dort Blitze sehen, werden sie munter -- sie sagen, okay, irgend etwas passiert."

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In der Tat war das elektrische Feld, welches über Emily gemessen wurde, eines der stärksten, dass jemals durch die Sensoren des Flugzeugs über einem Sturm erfasst wurde. "Wir beobachteten stabile Felder die stärker waren als 8 KiloVolt pro Meter," sagt  Blakeslee. "Das ist gewaltig -- vergleichbar mit den stärksten Feldern die wir bei einem grossen, tropischen Gewitter über dem Festland erwarten würden."

Der Flug über Emily war Teil einer 30-tägigen, wissenschaftlichen Datensammlungs-Kampagne im Juli 2005, organisiert und gesponsort durch die NASA um das wissenschaftliche Verständnis von Hurrikanen zu verbessern. Blakeslee und andere von NASA, NOAA und 10 U.S. Universitäten reisten nach Costa Rica für diese Kampagne, die "Tropical Cloud Systems and Processes" genannt wird. Vom internationalen Flughafen nahe San Jose, der Hauptstadt von Costa Rica, konnten sie die ER-2 zu Stürmen in der Karibik und im östlichen Pazifischen Ozean fliegen. Sie kombinierten ER-2 Daten mit Daten von Satelliten und Sensoren auf der Erde um ein umfassendes Bild von jedem Sturm zu erhalten.

Rita und Katrina waren nicht Teil der Kampagne. Blitze in diesen Stürmen wurden durch Sensoren mit langer Reichweite, die am Erboden stationiert waren, aufgezeichnet und nicht durch das ER-2, wodurch auch weniger von ihren elektrischen Feldern bekannt ist.

Oben: Die ER-2 auf dem Weg zu einem Hurrikan. [Mehr]

Trotzdem ist es möglich einige Gemeinsamkeiten aufzuzeigen: (1) alle drei Stürme waren stark: Emiliy war ein Kategorie 4 Sturm, Rita und Katrina waren Kategorie 5; (2) alle drei waren über Wasser als die Blitze aufgezeichnet wurden; und (3) in jedem Fall traten die Blitze im Gebiet um die Mauer um das Auge auf.

Was könnte all dies bedeuten? Die Antwort könnte Wissenschaftlern etwas Neues über die Prozesse im Inneren eines Hurrikans beibringen.

Zur Zeit, sagt Blakeslee, verstehen wir die Gründe warum in den meisten Hurrikanen keine Blitze auftreten. "Es fehlt ein Hauptbestandteil: vertikale Winde."

Innerhalb von Gewitterwolken sorgen vertikale Winde dafür, dass Eiskristalle und Wassertröpfchen (genannt "Hydro-Meteore") zusammenstossen. Dieses "Reiben" lädt die Hydro-Meteore elektrisch auf. Denken Sie daran, wenn Sie mit Socken an Ihren Füßen über einen Wollteppich reiben -- zap! Dies ist das gleiche Prinzip. Aus Gründen die man noch nicht vollständig versteht, sammelt sich positive Ladung an kleineren Teilchen während negative Ladung sich an größere Teilchen anheftet. Wind und Gravitation trennt die geladenen Hydro-Meteore und ruft ein enormes elektrisches Feld innerhalb des Sturms hervor. Dies ist die Quelle der Blitze.

Winde in einem Hurrikan sind zumeist horizontal, nicht vertikal. Die vertikale Drehung, die zu den Blitzen führt, kommt so normalerweise nicht vor.

Oben: Ein Infrarotbild des GOES 11 Satelliten vom Hurrikan Emily. Gelbe + und - Symbole markieren Blitze, aufgezeicnet vom North American Lightning Detection Network. Die grüne Linie markiert den Weg der ER-2. Klicken Sie hier um das elektrische Feld zu sehen, dass während des Fluges aufgezeichnet wurde. 

Blitze wurden schon vorher in Hurrikanen beobachtet. Während einer Kampagne im Jahr 1998, genannt CAMEX-3, entdeckten Wissenschaftler Blitze im Auge des Hurrikans Georges als er über das Karibische Festland bei Südamerika pflügte. Die Blitze wurden vielleicht durch Luft ausgelöst, die nach oben getrieben wurde -- genannt "orografischer Auftrieb" -- als der Hurrikan die Berge erreichte.

"Hurrikane produzieren Blitze am wahrscheinlichten dann, wenn sie auf Land treffen," sagt Blakeslee. Unter den "elektrischen Hurrikanen" des Jahres 2005 gab es aber keine Berge -- nur flaches Wasser.

Es ist verführerisch anzunehmen, da Emily, Rita und Katrina alle aussergewöhnlich stark waren, dies alleine die Blitze erklären könnte. Aber Blakeslee sagt, dass diese Erklärung zu einfach ist. "Andere Stürme waren ähnlich intensiv und produzierten nicht viele Blitze," sagt er. "Es muss noch ein anderer Faktor dafür mitverantwortlich sein."

Es ist noch zu früh zu sagen welches der fehlende Faktor ist. Wissenschaftler werden Monate benötigen die Daten zu extrahieren, die während dieser Kampagne gesammelt wurden, bevor sie darauf hoffen können eine Antwort zu finden.

"Wir haben immer noch eine Menge über Hurrikane zu lernen," sagt Blakeslee.

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Authors: Patrick L. Barry and Dr. Tony Phillips | Production Editor: Dr. Tony Phillips | Credit: Science@NASA