Kugelblitze sind seltene atmosphärische Phänomene: Wie sehen sie aus und wie entstehen sie?

Kugelblitze sind seltene atmosphärische Leuchterscheinungen, für die es trotz zahlreicher Berichte und Beobachtungen noch keine anerkannte wissenschaftliche Erklärung gibt. Verschiedene Theorien reichen von Plasmakugeln über chemische Reaktionen bis hin zu elektromagnetischen Feldern, doch viele Fragen sind noch offen.

Laienaufnahme zweier Leuchtkugeln am Himmel. Bild: Screenshot Youtube

Ein Kugelblitz ist eine seltene Leuchterscheinung, die typischerweise während eines Gewitters auftritt. Die genauen Ursachen für Kugelblitze sind noch nicht vollständig geklärt, weswegen das Phänomen weiterhin Rätsel aufgibt.

Kugelblitze werden als 20 bis 30 Zentimeter große Lichtkugeln beschrieben, die meist in Bodennähe durch die Luft schweben. Die Lichtkugeln können unterschiedliche Farben aufweisen, häufig weiß, orange-rot oder blau. Sie haben eine Lebensdauer von wenigen Sekunden bis hin zu einer Minute und bewegen sich langsam und unvorhersehbar voran.

Unser Wissen über Kugelblitze ist begrenzt. Es stützt sich vor allem auf historische und zeitgenössische Augenzeugenberichte, die seit rund 300 Jahren dokumentiert sind. Zeugen berichten von schwebenden Kugeln, die sowohl in der Natur als auch in Gebäuden erscheinen und dabei scheinbar durch feste Objekte gleiten, ohne Schaden zu verursachen. In manchen Fällen sollen sich die Kugeln in kleinere aufgeteilt haben oder mit einem lauten Knall in Gegenstände eingeschlagen sein. Oft wird ihr Auftreten von einem elektrischen Geräusch begleitet.

Kugelblitze aus Siliziumoxid

Trotz der zahlreichen Augenzeugenberichte ist noch längst nicht geklärt, auf welche Weise genau Kugelblitze entstehen. In der Wissenschaft existieren darum zahlreiche Erklärungsversuche.

Die am meisten anerkannte Theorie stammt von britischen und brasilianischen Wissenschaftlern, die Kugelblitze als ein Produkt des Blitzeinschlags verstehen. Den Forschern zufolge könnten Kugelblitze aus Silizium entstanden sein, das sich beim Einschlag eines Blitzes aus der Erde gelöst hat.

Das Silizium oxidiert dann in der Luft, wodurch Kugeln mit einer vergleichsweise stabilen Außenhülle entstehen. Bei Experimenten mit einem Schweißgerät und Quarzplatten konnten sie ähnliche Leuchterscheinungen erzeugen (siehe Video, portugiesisch).

Nach Sauerstoff ist Silizium das am zweithäufigsten in der Erdhülle vorkommende Element. Es ist in Quarzen enthalten – also in Sand, Granit und Böden –, aber auch in Feldspat, Ton und anderen Mineralen.

Die unterschiedlichen Farben der Kugelblitze könnten durch zusätzliche Metalleinschlüsse zustande kommen, wie etwa Eisen oder Aluminium, die nach Sauerstoff und Silizium am häufigsten in der Erdhülle vorkommen:

Element	Symbol	Vorkommen
Sauerstoff	O	4,9 * 10^5 ppmw
Silizium	Si	2,6 * 10^5 ppmw
Aluminium	Al	7,6 * 10^4 ppmw
Eisen	Fe	4,7 * 10^4 ppmw

Von Eisenionen wären gelb-orange-rote Färbungen zu erwarten, von Aluminium hingegen bläulich-violette.

Plasmakugeln, Mikrowellen und psychische Effekte

Es existieren jedoch auch andere Erklärungsansätze. Forscher des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik etwa verstehen Kugelblitze als Plasmakugeln. Im Labor konnten sie bereits kleine Plasmoiden erzeugen, indem sie Blitzeinschläge auf Wasser simulierten. Ergebnis waren kleine Lichtkugeln, die zwar vom Wasser aufstiegen, sich jedoch nach einigen Millisekunden wieder auflösten (siehe Video).

Weitere Erklärungen umfassen Mikrowellen, elektromagnetische Felder und Nanopartikel. Auch Quanteneffekte und „energetische Vakuum-Modelle“ wurden in Betracht gezogen. Einige Forscher halten Kugelblitze auch für Konzentrationen elektrischer Ladungen und statische Entladungen.

Auch psychische oder neurologische Ursachen wurden als mögliche Erklärung herangezogen, beispielsweise durch die Blendung der Augen, was jedoch aufgrund der großen Zahl gleichlautender Augenzeugenberichte als widerlegt gilt.

Von den Erklärungsmodellen erscheinen einige physikalisch plausibel, während andere eher spekulativen Charakter haben. Viele Berichte über Kugelblitze stützen sich auf Augenzeugenberichte und experimentelle Nachbildungen. Da das Phänomen noch nicht abschließend erforscht ist, bleibt das Thema weiterhin wissenschaftlich interessant.

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Quellen:

Friedl, R., Fantz, U., Pilottek, I., Schmid, D., & Steibel, S. (2021): Spatio-temporal structure and emission of a large plasmoid in atmosphere. Journal of Physics D: Applied Physics, 54, 9. https://doi.org/10.1088/1361-6463/abc918

Paiva, G. S., Pavao, A. C., Alpes de Vasconcelos, E., Mendes Jr, O., & Felisberto da Silva Jr, E. (2007): Production of Ball-Lightning-Like Luminous Balls by Electrical Discharges in Silicon. Physical Review Letters, 98, 048501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.048501

Abrahamson, J., Dinniss, J. (2000): Ball lightning caused by oxidation of nanoparticle networks from normal lightning strikes on soil. Nature, 3, 403, 6769, 519–521. https://doi.org/10.1038/35000525