Beim Entstehen der für heiße Sommertage typischen Mini-Wirbelstürme über staubigen Flächen sind nicht nur Windstöße beteiligt, sondern auch elektrische Felder: Sie entstehen immer dann, wenn sich in trockenen Gebieten einzelne Staub- und Sandpartikel aneinander reiben, und können so stark werden, dass sie die Staubteilchen ohne zusätzlich Einwirkung von Luftströmungen anheben. Das haben zwei amerikanische Physiker entdeckt, als sie im Labor Sandkörner elektrischen Feldern einer Stärke aussetzten, wie sie bereits in den auch Dust Devils oder Staubteufel genannten Staubwirbeln gemessen wurden.
Dust Devils kommen besonders häufig in Wüsten vor, können jedoch auch an heißen Tagen über Äckern oder sandigen Flächen entstehen. Bisher hatten Wissenschaftler angenommen, dass die kleinen Wirbel praktisch reine Windphänomene sind, bei denen hochgewirbelte Sandkörner beim Herunterfallen ihre Energie an andere Partikel abgeben und diese dadurch ebenfalls hochschleudern ? ein Effekt, der Saltation genannt wird. Allerdings hatten schon frühere Messungen gezeigt, dass innerhalb solcher Dust Devils sehr starke elektrische Felder mit Feldstärken von mehr als 100.000 Volt pro Meter entstehen können. Ob und wie diese Felder jedoch das Aufwirbeln des Staubs beeinflussten, war nicht bekannt.
Um das zu untersuchen, platzierten Jasper Kok und Nilton Renno Sand aus der Sonora-Wüste in Arizona, in der häufig Dust Devils und auch ausgewachsene Sandstürme vorkommen, auf einer Metallplatte und legten verschieden starke elektrische Felder an. Das Ergebnis: Die Felder erleichterten das Abheben der Partikel von der Platte, und ab einer Feldstärke von etwa 150.000 Volt pro Meter begannen die Partikel, sich sogar selbstständig in die Luft zu heben. Solche Werte seien durchaus bereits innerhalb von Dust Devils gemessen worden, schreiben die Forscher.
Sie stellen sich die Entstehung der Staubteufel daher so vor: Zuerst werden kleine Staubpartikel von leichten Windstößen bewegt und kollidieren mit größeren Sandkörnern. Dabei gehen Elektronen von den großen Teilchen auf die kleineren über, so dass diese anschließend negativ und die größeren positiv geladen sind. Hebt dann ein stärkerer Windstoß die kleinen, negativen Teilchen in die Höhe, trennen sich die Ladungen, da die großen, positiven Partikel auf der Erde bleiben, und es entsteht ein elektrisches Feld. Das wiederum zieht weitere Staub- und Sandteilchen in die Höhe, und der typische Wirbel entsteht.
Die Ergebnisse seien wichtig, um die Verteilung von Staubpartikeln in der Atmosphäre und damit auch Wetter- und Klimaphänomene besser zu verstehen schreiben die Forscher. Das gelte nicht nur für die Erde, sondern auch für den Mars, auf dem ebenfalls bereits Dust Devils beobachtet wurden.
Jasper Kok, Nilton Renno (University of Michigan, Ann Arbour): Geophysical Research Letters, in press ddp/wissenschaft.de ? Ilka Lehnen-Beyel
