Ein Gewitter über einem Wald: Dunkle Wolken ziehen über die Baumkronen hinweg, Blitze zucken heraus, die krachend einschlagen, und manchmal spalten sie Stämme wie mit einer gigantischen Axt. Oder entfachen gar Brände. Ein solches Naturereignis kann spektakulär anzuschauen sein und dramatische Folgen haben.
Gleichzeitig spielt sich auch noch etwas sehr viel Subtileres ab, was den Betrachtenden entgeht – an den Spitzen von Nadeln und Blättern beginnt es zu leuchten. Es handelt sich jedoch nicht um Flammen oder Blitze. Sondern vielmehr um ein schwaches, rastloses elektrisches Flackern.
Dass dieses geheimnisvolle Phänomen existiert, vermuteten Forschende schon seit fast hundert Jahren. Gewitterwolken, so die Annahme, gehen mit kleinen Entladungen an Bäumen einher. Beweisen allerdings konnte das niemand im Feld. Erst im Sommer 2024 gelang es einem Team um den Meteorologen Patrick McFarland von der Pennsylvania State University, diese Erscheinung im Freien zu dokumentieren. Jetzt veröffentlichte es seine Ergebnisse in einem Fachjournal.
Das geisterhafte Glühen ist für unsere Augen nicht sichtbar
Die Physik dahinter ist, oberflächlich betrachtet, einfach: Eine Gewitterwolke trägt in sich eine elektrische Ladung. Der Boden darunter reagiert mit entgegengesetzter Ladung. Zwischen beiden baut sich eine Spannung auf. Bäume ragen mit all ihrem Geäst in dieses elektrische Feld hinein – und an ihren feinsten Spitzen in den Baumkronen konzentriert sich diese Spannung besonders stark. Dort entlädt sie sich in Form winziger Funken, sogenannter Koronae. Sie sind weitaus schwächer als jeder Blitz und erhitzen die Luft kaum nennenswert. Aber sie senden Licht aus. Darunter vor allem ultraviolettes Licht, kurz UV. Eine Strahlung, die wir Menschen mit bloßen Augen nicht sehen können.
Um dieses unsichtbare Leuchten aufzuspüren, konstruierten die Wissenschaftler ein Periskop, das Licht zu einer Kamera leitet. Die vermag genau jenen UV-Anteil zu erfassen. Das Periskop montierten sie auf einen umgerüsteten Minivan, statteten ihn zudem mit Messgeräten für die elektrischen Felder von Gewittern aus. Mit der rollenden Beobachtungsstation jagten sie den Unwettern entlang der Ostküste der USA hinterher.
In Pembroke, US-Bundesstaat North Carolina, richteten sie das Periskop auf die Äste eines Amerikanischen Amberbaums. Während es schüttete und Blitze in der Nähe einschlugen, filmte das System die Szenerie unablässig ab. Was später in den Aufnahmen erkennbar wurde, war zu erwarten, aber dennoch verblüffend: Die Kamera zeichnete 41 Korona-Lichtsignale innerhalb von anderthalb Stunden auf. Sie hielten jeweils nur Sekundenbruchteile bis wenige Sekunden an, sprangen von Blatt zu Blatt und tauchten immer wieder an anderer Stelle neu auf – wie ein geisterhaftes Glühen im Geäst, ein Schauspiel der Natur, nun erstmals unter natürlichen Bedingungen dokumentiert.
Ganz ohne Folgen bleibt das Leuchten nicht. Es kann die Blattspitzen versengen
Ähnliche Beobachtungen machten die Forschenden auch bei weiteren Gewittern zwischen Florida und Pennsylvania. Das ließ darauf schließen, dass es sich ganz offenbar nicht um eine Ausnahme handelte oder einen Zufall. Sondern um ein weit verbreitetes Phänomen. Aus der Helligkeit der UV-Signale konnten die Wissenschaftler schließen, wie stark die elektrischen Ströme sein müssen, die durch die Pflanzen fließen. Etwa ein Millionstel Ampere, ein äußerst geringer Wert. Zum Vergleich: Die stärksten Blitze kommen auf gut 400.000 Ampere.
Doch bei Blitzeinschlägen in der Nähe eines Baums kann die Stromstärke kurzfristig in die Höhe schnellen. Ganz folgenlos bleibt das offenbar nicht. Versuche im Labor haben gezeigt, dass solche Entladungen sogar die äußersten Blattspitzen versengen. Auch Strukturen im Inneren der Blätter, die für die Photosynthese wichtig sind, reagieren offensichtlich empfindlich auf die elektrische Belastung. Eine einzelnes elektrisches Zucken richtet dabei vermutlich wenig Schaden an, das geschieht erst durch die Häufung.
Wie könnte die unsichtbare Lichtschau in Zukunft die Wälder prägen?
Darüber hinaus verändern die Korona-Entladungen die Luft um die Baumkronen herum. Sie erzeugen große Mengen eines sehr reaktionsfreudigen Moleküls, das in der Atmosphäre eine zentrale Rolle spielt, weil es andere Gase verändert. Während eines Gewitters kann davon in der unmittelbaren Umgebung eines Baumes mehr entstehen als durch alle anderen bekannten Prozesse zusammen. Gewitter haben im Wald also nicht nur elektrische Wirkungen – sondern auch chemische.
Die unsichtbare Lichtschau, die das Team um Patrick McFarland zum ersten Mal draußen dingfest machte, wirft eine Frage auf, nämlich: Wie sehr diese verborgenen Vorgänge die Wälder prägen. Heute und in einer Zukunft, in der Gewitter vielerorts infolge des Klimawandels womöglich häufiger und intensiver lospoltern werden.
