Rätsel der Irrlichter gelöst

Über Sümpfen und Friedhöfen werden nachts immer wieder rätselhafte blaue Flammen beobachtet. Wie diese geisterhaften Irrlichter entstehen, war bislang ein Rätsel. Nun haben Forschende offenbar die Zündquelle dieser Flammen entdeckt: Spontane Entladungen an der gekrümmten Grenzfläche winziger Methangasbläschen, die aus dem Wasser aufsteigen. Kommen diese Blasen in Kontakt, entladen sich ihre aufgestauten Ladungsdifferenzen. Diese Entladungen sorgen für Mikroblitze, entzünden das Methangas und lassen es bläulich züngelnd verbrennen.

Über Sümpfen, Friedhöfen sowie Marsch- und anderen Feuchtgebieten kommt es nachts immer wieder zu schwachen blau-violetten Flammen. Diese „Ignis fatuus“, besser bekannt als Irrlichter oder Sumpflichter, sind bereits seit Jahrhunderten berüchtigt. Mythen zufolge handelt es sich um Naturgeister, Kobolde oder die Seelen von Verstorbenen. Es gibt jedoch eine banale Erklärung für das geisterhafte blaue Leuchten: Das Phänomen entsteht, wenn organische Materie im Boden zerfällt und dabei methanhaltiges Sumpfgas gebildet wird. Dieses Methan verbrennt dann und erzeugt dabei die bläulichen flackernden Flammen, die über dem nassen Boden zu schweben scheinen. Wie sich das Faulgas spontan und ohne Hitzequelle in der kühlen Nacht entzündet, war allerdings bislang unklar.

„Irrlicht-Maschine“ enthüllt Ablauf

Forschende um Yu Xia von der Jianghan Universität in Wuhan sind diesem Rätsel nun nachgegangen. Dafür bauten sie eine Art Irrlicht-Maschine und ahmten damit das Phänomen im Labor nach: Sie entwickelten einen Generator, der über eine Düse in einem Wasserbehälter unzählige winzige Gasblasen aus methanhaltiger Luft erzeugt. Mit Hochgeschwindigkeitskameras filmten sie, was dabei passiert und werteten anschließend die Aufnahmen aus.

So zeigte sich, dass die Methan-Mikrobläschen im Wasser aufsteigen und bei Kontakt mit der Luft schließlich platzen. An den gekrümmten Grenzflächen zwischen Methangas und Flüssigkeit sammeln sich dabei elektrische Ladungen. Wenn sich diese Bläschen beim Aufsteigen gegeneinander bewegen, verschmelzen oder sich teilen, kann es zur Ladungstrennung kommen. Es entstehen Gasblasen mit entgegengesetzten elektrischen Ladungen. Diese starken elektrischen Felder können sich dann beim Platzen oder Verbinden von benachbarten Bläschen spontan wieder entladen. In den Videos ist das als kurze Mikroblitze erkennbar. Das Phänomen tritt allerdings nur auf, wenn sehr viele Methan-Blasen gleichzeitig aufsteigen und sich daher nahekommen. Diese Blitze entzünden dann wiederum das freiwerdende Methan und lassen es nichtthermisch verbrennen, wie das Team um Xia erklärt. Das führt zu den typischen kühlen Flammen mit einer blau-violetten Lumineszenz.

Natürliche Zündquelle der Methanflammen

Damit haben die Forschenden erstmals eine plausible Erklärung für die rätselhaften Irrlichter gefunden. Demnach gibt es eine ganz natürliche Zündquelle für das Methan aus Feuchtgebieten. „Unsere Ergebnisse liefern eine wissenschaftliche Grundlage für ‚Ignis fatuus‘ und enthüllen einen allgemeinen Mechanismus, durch den elektrifizierte Grenzflächen Redoxreaktionen in natürlichen Umgebungen ohne externe Zündquellen antreiben können“, schreiben Xia und seine Kollegen.

Die Tests zeigten zudem, dass solche Mikroblitze auch bei aufsteigenden Gasblasen aus anderen Gasgemischen entstehen, darunter reiner Luft oder Luft-Wasserstoff-Gemischen. Die elektrischen Ladungen und Entladungen von Gasbläschen in nassen Umgebungen sind demnach ein generelles, natürliches Phänomen. Ob darauf eine Entzündung oder eine andere Redoxreaktion folgt, kommt auf die Zusammensetzung des Gases und der Umgebung an, erklärt das Team. Im Falle von methanhaltigem Sumpfgas kommt es eben zu Irrlichtern.

Quelle: Yu Xia (Jianghan University) et al.; Proceedings of the National Academy of Sciences, doi: 10.1073/pnas.2521255122

© wissenschaft.de – Claudia Krapp