Im naturwissenschaftlichen Unterricht der Oberstufe lernt man meist, dass Hagel entsteht, wenn starke Aufwinde Wassertröpfchen in große Höhen schleudern, wo sie gefrieren und beim mehrfachen Auf- und Absteigen in der Gewitterwolke weitere Eisschichten ansammeln. Wenn sie zu schwer werden, fallen sie zu Boden. Doch neue Forschungsergebnisse deuten nun darauf hin, dass die Realität womöglich einfacher ist, als bisher angenommen.
Ein internationales Forschungsteam hat durch die Analyse chemischer Signaturen im Eis neue Erkenntnisse über die Entstehung und das Wachstum von Hagelkörnern in Gewitterwolken gewonnen. Die Analyse, die am 2. April in der Fachzeitschrift Advances in Atmospheric Sciences veröffentlicht wurde, zeigt: Die meisten Hagelkörner entstehen auf einem deutlich direkteren und einfacheren Weg – und nicht durch wiederholtes Zirkulieren innerhalb der Wolken. Diese Erkenntnisse stellen gängige Vorstellungen über Hagelbildung infrage und könnten zudem die Vorhersage extremer Wetterlagen verbessern.
Chemische Beweise statt Annahmen
„Diese Arbeit verändert grundlegend unser Verständnis der Hagelbildung“, erklärte Qinghong Zhang, leitende Forscherin vom Department of Atmospheric and Oceanic Sciences an der Peking-Universität, in einer Stellungnahme. „Indem wir über Annahmen hinausgehen und chemische Beweise analysieren, schaffen wir ein realistischeres Bild dieser zerstörerischen Wetterphänomene.“
Die Forscherinnen und Forscher aus China und den USA untersuchten stabile Isotope (nicht-radioaktive Varianten von Atomen), um die Höhen und Temperaturen zu bestimmen, bei denen die verschiedenen Schichten von 27 Hagelkörnern in China entstanden sind – im Grunde eine vertikale Karte der Bewegung der Körner innerhalb der Gewitterwolken.
Die meisten Hagelkörner nehmen einfache Wege
Die Analyse ergab, dass die meisten Hagelkörner auf relativ einfache Weise gewachsen sind. Zehn Hagelkörner wuchsen beim Abstieg, 13 wurden durch Aufwinde lediglich einmal angehoben, und drei bewegten sich überwiegend horizontal. Nur eines der 27 Hagelkörner zeigte Hinweise auf ein wiederholtes Zirkulieren in der Wolke – was die lange vertretene Annahme infrage stellt, dass dies die vorherrschende Entstehungsweise sei.
Darüber hinaus erklärten die Forschenden in der Studie: „Die Trajektorienanalyse ergab, dass Hagelkörner ähnlicher Größe innerhalb eines Sturms meist in vergleichbaren Höhen entstanden sind, während jene mit einem Durchmesser von über 25 Millimetern mindestens eine Phase des Wachstums durch Aufwinde durchliefen.“ Dies stimmt mit der Beobachtung überein, dass besonders intensive Hagelstürme oft mit sehr starken Aufwinden verbunden sind.
Hagelkeime entstehen in einem breiteren Temperaturspektrum
Obwohl das meiste Wachstum der Hagelkörner bei Temperaturen zwischen -10 und -30 Grad Celsius (14 bis -22 Grad Fahrenheit) stattfindet, fanden die Forschenden heraus, dass sogenannte Hagel-„Embryonen“ auch in einem weitaus breiteren Temperaturbereich entstehen können – zwischen -8,7 und -33,4 Grad Celsius (16 bis -28 Grad Fahrenheit).
Die 27 untersuchten Hagelkörner wurden von Bürgerwissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern in China im Rahmen eines vom Weltmeteorologischen Organisation (WMO) koordinierten Projekts gesammelt. Für die Zukunft planen Zhang und ihr Team, noch mehr Hagelstürme zu untersuchen und zusätzlich die Analyse von Partikeln (eine Mischung aus flüssigen und festen Bestandteilen) zu integrieren, die sich im Inneren der Hagelkörner befinden.
Neue Erkenntnisse für eine bessere Wettervorhersage
Letztlich trägt diese Studie dazu bei, unser Verständnis über die Entstehung von Hagelkörnern zu präzisieren – mit wichtigen Folgen für die Vorhersage extremer Hagelereignisse. Das gilt umso mehr, da einige Klimawissenschaftler davor warnen, dass die globale Erwärmung zur Bildung größerer Hagelkörner beitragen könnte.
