Wie Insekten die Luft aufladen

Unsere Atmosphäre ist voll von unsichtbaren elektrischen Feldern – diese werden von Gewittern, Wolken oder auch Vulkanausbrüchen und Staubstürmen erzeugt. Doch wie Wissenschaftler jetzt herausgefunden haben, können Insektenstiche die Luft auch elektrisch aufladen. Ihren Messungen zufolge tritt beispielsweise in Bienenstöcken ein Potentialgefälle von 100 bis 1000 Volt pro Meter auf. Große Heuschreckenschwärme können die Luft ebenso stark und großflächig belasten wie meteorologische Ereignisse. Dies deutet den Forschern zufolge darauf hin, dass solche elektrischen Felder nicht nur durch rein physikalische Effekte, sondern auch durch biologische Lebewesen und deren Verhalten erzeugt werden können.

Wenn die Luft vor einem Gewitter oft aufgeladen wirkt, ist das keine Illusion: Gewitterwolken und andere Wetterereignisse erzeugen tatsächlich ein statisches elektrisches Feld in der Atmosphäre. Sie entstehen, weil in den Wolken Zonen unterschiedlicher Ladung entstehen. Bei Gewitter werden solche Potentialgradienten in der Regel durch Blitze entladen. Auch in Vulkanausbruchswolken oder Staubstürmen kann die Wechselwirkung von Schwebeteilchen zu Ladungstrennung und elektrischer Aufladung führen. Erleben Sie den gelegentlichen Blitzeinschlag. „Aber die Erdatmosphäre ist immer mehr oder weniger elektrifiziert, selbst bei gutem Wetter und in einiger Entfernung von Stürmen“, erklären Ellard Hunting von der Universität Bristol und seine Kollegen. Diese elektrischen Felder spielen eine wichtige Rolle bei Wetter- und atmosphärischen Transportprozessen und können auch die Migration biologischer Organismen beeinflussen.

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Honigbienen als Ladungsträger

„Bisher haben wir uns immer angesehen, wie verschiedene Organismen die statischen elektrischen Felder nutzen, die fast überall in der Umwelt vorhanden sind“, erklärt Hunter. Bisher wurde immer der Einfluss der Physik auf die Biologie untersucht, aber nicht umgekehrt. Shikar und sein Team haben es nun geändert. Sie wollten wissen, ob Insekten und insbesondere Insektenschwärme ihre lokale Umgebung elektrisch beeinflussen können. „Es wurde bereits gezeigt, dass mehrere Arten fliegender Insekten in der Lage sind, elektrische Ladungen von wenigen Picocoulombs bis zu Nanocoulombs zu transportieren“, erklären die Wissenschaftler. Um herauszufinden, wie sich dadurch das Luftpotential verändert, haben sie zunächst Messungen an mehreren Bienenstöcken durchgeführt. Dazu platzierten sie ein Elektrofeldmeter und eine nach oben gerichtete Kamera auf dem Boden, während ein Bienenschwarm über ihnen hinwegflog.

Die Messungen zeigten, dass sich der Potentialgradient im Luftraum über dem Messgerät während der Passage stark veränderte. „In Zeiten hoher Schwarmdichte stieg der Potentialgradient auf 100 Volt pro Meter“, berichten Shikar und seine Kollegen. Auch Messungen anderer Bienenvölker ergaben Werte von bis zu 1000 Volt pro Meter. Je dichter die Bienen sind, desto stärker sind sie. „Diese Messdaten deuten darauf hin, dass die Wabe genügend Ladungen enthält, um den atmosphärischen Potentialgradienten proportional zur Dichte der Wabe zu beeinflussen“, erklären die Forscher. Dies gilt auch für andere invasive Insekten wie Termiten, Mücken, Mücken oder Heuschrecken.

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Sehr stark wie das Wetterphänomen

Um die erreichbare Reichweite der elektrischen Wirkung solcher Insekten bestimmen zu können, entwickelte das Team ein spezielles Modell, mit dem sie die Stärke der elektrischen Felder anhand der Dichte und Größe der Insekten abschätzen können. Basierend auf veröffentlichten Werten für große Wanderheuschreckenschwärme kamen Hunter und seine Kollegen auf Werte, die in ihrer Größenordnung mit klimatischen Ursachen vergleichbar sind. „Unsere Berechnungen zeigen, dass Wanderheuschreckenschwärme Ladungsdichten erreichen können, die die von Gewittern und Wolken übertreffen“, schreibt der Wissenschaftler. Im Gegensatz dazu haben Schmetterlinge, die normalerweise nur in sehr flachem Schwimmen mit sehr geringer Dichte wandern, einen sehr geringen Einfluss auf die atmosphärische Elektrizität.

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„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass große Ansammlungen von Insekten eine bisher unerkannte Quelle elektrischer Schwankungen in der Atmosphäre sind“, erklärten Shikar und sein Team. Sie vermuten auch, dass andere Organismen wie Bakterien oder Vögel die Luft um sie herum ebenfalls elektrisch verändern können. “Diese Entdeckung hat wichtige Auswirkungen auf viele physiologisch und biologisch relevante Bereiche”, sagte das Team. Denn die von Organismen erzeugten elektrischen Felder können den Transport von Staub, Pollen oder Aerosolen in der Atmosphäre beeinflussen. „Es gibt viele unbekannte Verbindungen zwischen Biologie und statischen elektrischen Feldern, von Mikroben im Boden über Interaktionen von Bestäubern mit Pflanzen bis hin zu einer großen Anzahl von Insekten“, sagt Hunter. Zu den dynamischen Wechselwirkungen zwischen Physik und Biologie in der Atmosphäre gibt es noch viel Forschungsbedarf.

Quelle: Allard Shikaring (Universität Bristol) et al., iScience, doi: 10.1016/j.isci.2022.105241

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