Unsere Atmosphäre ist von unsichtbaren elektrischen Feldern durchzogen – sie entstehen durch Gewitter, Wolken oder auch bei Vulkanausbrüchen und Staubstürmen. Doch wie Wissenschaftler nun entdeckt haben, können auch Insektenschwärme die Luft elektrisch aufladen. Ihren Messungen zufolge entsteht beispielsweise in Bienenschwärmen ein Potentialgradient von 100 bis 1000 Volt pro Meter. Große Heuschreckenschwärme können sogar die Luft ähnlich stark und großflächig aufladen wie meteorologische Ereignisse. Nach Ansicht der Forscher zeigt dies, dass solche elektrischen Felder nicht nur durch rein physikalische Einflüsse, sondern auch durch biologische Lebensformen und ihr Verhalten entstehen können.

Wenn die Luft vor einem Gewitter oft wie aufgeladen scheint, ist das keine Täuschung: Gewitterwolken und andere Wetterphänomene erzeugen tatsächlich statische elektrische Felder in der Atmosphäre. Sie bilden sich, weil in den Wolken Zonen unterschiedlicher Ladung entstehen. Beim Gewitter entladen sich solche Potentialgradienten dann meist durch Blitze. Auch in den Eruptionswolken von Vulkanen oder bei Staubstürmen kann die Interaktion der Schwebeteilchen zur Ladungstrennung und zu elektrischen Aufladung führen. Zeugnis davon geben manchmal auch die dabei zuckenden Blitze. „Die Erdatmosphäre ist aber immer in größerem oder geringerem Maße elektrifiziert – selbst bei schönem Wetter und in einiger Entfernung von den Gewittern“, erklären Ellard Hunting von der University of Bristol und seine Kollegen. Diese elektrischen Felder spielen eine wichtige Rolle für das Wetter und atmosphärische Transportprozesse und können auch die Wanderung von biologischen Organismen beeinflussen.

Honigbienen als Ladungsträger

„Bisher haben wir uns immer angeschaut, wie verschiedene Organismen diese statischen elektrischen Felder nutzen, die fast überall in der Umwelt vorhanden sind“, erklärt Hunting. Dabei sei bisher immer der Einfluss der Physik auf die Biologie untersucht worden, nicht aber umgekehrt. Das haben Hunting und sein Team nun geändert. Sie wollten wissen, ob auch Insekten und vor allem Insektenschwärme ihr lokales Umfeld elektrisch beeinflussen können. „Bei vielen Arten fliegender Insekten hat man schon nachgewiesen, dass sie eine elektrische Ladung im Bereich von einigen Picocoulomb bis Nanocoloumb tragen können“, erklären die Wissenschaftler. Um herauszufinden, wie dies den Potentialgradienten der Luft verändert, führten sie zunächst Messungen mit mehreren Honigbienenschwärmen durch. Dafür platzierten sie ein Messgerät für elektrische Felder und eine nach oben gerichtete Kamera auf dem Boden, während der Bienenschwarm darüber hinwegflog.

Die Messungen ergaben, dass sich der Potentialgradient im Luftraum über dem Messgerät während der Passage deutlich veränderte. „Der Potentialgradient stieg im Moment der größten Schwarmdichte auf 100 Volt pro Meter an“, berichten Hunting und seine Kollegen. Messungen mit weiteren Bienenschwärmen ergaben sogar Werte von bis zu 1000 Volt pro Meter. Je dichter der Bienenschwarm war, desto stärker waren die von ihm erzeugten elektrischen Felder. „Diese Messdaten deuten darauf hin, dass ein Honigbienenschwarm genügend Ladungen enthält, um den atmosphärischen Potentialgradienten proportional zur Schwarmdichte zu beeinflussen“, konstatieren die Forscher. Dies gelte auch für andere schwärmende Insekten wie Termiten, Ameisen, Mücken oder Heuschrecken.

Im Extrem ähnlich stark wie meteorologische Phänomene

Um das erreichbare Ausmaß des elektrifizierenden Einflusses solcher Insektenschwärme ermitteln zu können, entwickelte das Team ein spezielles Modell, mit dem sie die Stärke der elektrischen Felder auf Basis der Schwarmdichte und Größe des Insektes errechnen konnten. Basierend auf veröffentlichten Werten für große Schwärme von Wanderheuschrecken kamen Hunting und seine Kollegen dabei auf Werte, deren Größenordnung mit der meteorologischer Ursachen vergleichbar sind. „Unsere Berechnungen zeigen, dass Schwärme von Wanderheuschrecken sogar Ladungsdichten erreichen können, die über die von elektrischen Stürmen und Wolken hinausgehen können“, schreiben die Wissenschaftler. Im Gegensatz dazu haben die meist nur in sehr losen, viel weniger dichten Schwärmen ziehenden Schmetterlinge einen deutlich geringeren Einfluss auf die atmosphärische Elektrizität.

„Unsere Ergebnisse legen nahe, dass große Ansammlungen von Insekten eine bisher unerkannte Quelle elektrischer Variabilität in der Atmosphäre sind“, erklären Hunting und sein Team. Sie vermuten zudem, dass auch andere Organismen wie Bakterien oder auch Vögel die Luft um sie herum elektrisch verändern können. „Diese Entdeckung hat erhebliche Bedeutung für verschiedene physikalisch und biologisch relevante Bereiche“, so das Team. Denn diese von Organismen erzeugten elektrischen Felder können den Transport von Staub, Pollen oder Aerosolen in der Atmosphäre beeinflussen. „Es gibt viele bisher wenig erforschte Verbindungen zwischen Biologie und statischen elektrischen Feldern, deren räumliche Größenordnungen von Mikroben in der Erde über Bestäuber-Interaktionen mit Pflanzen bis zu großen Insektenschwärmen reichen“, sagt Hunting. Bei den dynamischen Wechselwirkungen von Physik und Biologie in der Atmosphäre gebe es noch einiges zu erforschen.

Quelle: Ellard Hunting (University of Bristol) et al., iScience, doi: 10.1016/j.isci.2022.105241

© wissenschaft.de – Nadja Podbregar