Symbolbild: Blitz
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Kyoto (Japan) – Japanische Wissenschaftler haben nachgewiesen, dass Blitze wie ein natürlicher Teilchenbeschleuniger wirken und in der Atmosphäre zu bislang unbekannten Kernreaktionen führen können. Hierbei entstehen radioaktive Isotope wie etwa Kohlenstoff-14, das Paläontologen und Archäologen zur Altersbestimmung von organischem Material nutzen. Bislang war dieser Prozess gänzlich unbekannt, der nun zu einem Problem für die sicher geglaubte Altersbestimmung werden könnte.
Schon 1925 vermutete der schottische Physiker Charles Wilson, dass Blitze genügend Energie freisetzen können, um in der Atmosphäre durch Kernreaktionen radioaktive Isotope entstehen zu lassen. Wie das Team um Teruaki Enoto von der Kyoto University aktuell im Fachjournal „Nature“ (DOI: 10.1038/nature24630) berichtet, haben sie während einem heftigen Wintergewitter im Februar 2017 die Gammastrahlung aus Gewitterwolken gemessen und konnten hierbei Wilsons Theorie erstmals bestätigen, als sie nach der Entladung zunächst einen intensiven, sehr kurz andauernden Gammablitz messen konnten. Dieser wurde gefolgt von einem etwa einminütigen Nachleuchten der Gammastrahlung von 511 Kiloelektronenvolt und einem etwa 35-sekündigen dritten Gammastrahlentyp. „Diese drei Arten von Gammastrahlen zeigten, dass der Blitz eine regelrechte Lawine von Kernreaktionen, sog. photonukleare Reaktionen, ausgelöst hatte, die dann in der Atmosphäre neue Isotope entstehen ließen“, so Enoto.
Innerhalb dieser Reaktionen, so schildern die Wissenschaftler, schlagen die Gammastrahlen dann ein Neutron aus den Atomkernen in der Luft. Da diese zu einem großen Anteil aus Stickstoffatomen besteht, entsteht durch diesen Vorgang u.a. das instabile Isotop Stickstoff-13, welches dann nur kurze Zeit später zu dem stabilen Kohlenstoff-13 zerfällt.
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Neben Kohlenstoff-13 (C-13) entstanden durch die Blitz-Kernreaktionen auch weitere Isotope, darunter auch wie das radioaktive Isotop Kohlenstoff-14 (C-14). Bislang galt kosmische Strahlung, die in der oberen Atmosphäre durch den Beschuss von Stickstoff C-14 entstehen lässt, als die einzige natürliche Quelle von C-14, weshalb dessen Messung von unter anderem von Paläontologen und Archäologen auch zur absoluten Alterbestimmung kohlenstoffhaltiger, vor allem organischer Materialien genutzt wird, in denen das Isotop gemäß dem Zerfallsgesetz zusehends abnimmt.
Wie viel C-14 auf die nun nu nachgewiesene Weise durch Blitze erzeugt werden kann, ist bislang noch nicht bekannt. Aus diesem Grund ist bislang auch noch ungewiss, ob dieser Anteil hoch genug sein kann, um die Altersbestimmung – beispielsweise die von Fossilien – zu verfälschen.
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