Die großen Staubstürme, die gelegentlich über den Wüstengebieten der Erde entstehen, sind für knapp ein Zehntel des mineralischen Staubes in der Atmosphäre verantwortlich. Diese feinen Partikeln sind unangenehm, wenn sie sich beispielsweise, vom Föhnwind über die Alpen getragen, als rotbrauner Saharastaub weit über die bayerische Alpenregion niederschlagen. Der Staub ist aber auch ein wichtiger Faktor im Klimageschehen, denn die kleinen Partikeln streuen das Sonnenlicht und dienen als Kondensationskeime für Wassertröpfchen in den Wolken. Der mineralische Staub wirkt auch als Dünger.

So regt Saharastaub die Planktonblüte, das rasche Wachstum von Phytoplankton, im Atlantik vor Westafrika an. Die in ihm enthaltenen Minerale helfen auch, das üppige Pflanzenwachstum im Amazonasbecken zu düngen. Während große Staubstürme recht selten sind, kommen dagegen die sogenannten Dust Devils in den ariden Landschaften häufig vor. Bei ihnen handelt es sich um Mini-Tornados, die allesamt ungleich mehr Staub als die großen Stürme aufwirbeln können. Lange wurde angenommen, dass sowohl bei den Stürmen aus auch bei den kleinen Windhosen ausschließlich die sich drehenden Winde für den Auftrieb der Staubteilchen sorgen. Nun verdichten sich aber die Anzeichen immer mehr, dass elektrische Felder dabei eine wichtige Rolle spielen.

Wenn ein leichter Bodenwind über eine staubige Wüstenfläche weht, setzen sich leichtete Staubteilchen in Bewegung. Dabei reiben sie an größeren Partikeln, was sie wiederum elektrisch auflädt - ähnlich, wie statische Elektrizität entsteht, wenn man ein Kleidungstück aus Nylon gegen eine Kunststofffläche reibt. Die leichteren Teilchen nehmen dabei hauptsächlich negative Ladungen auf. Sobald sie vom Wind in die Luft gewirbelt werden, entsteht zwischen ihnen und dem Erdboden ein elektrisches Feld, dessen Feldstärke bis zu 100 Kilovolt pro Meter betragen und damit recht stark sein kann.

Wirkung elektrischer Felder
Eine Forschergruppe vom italienischen Nationalen Institut für Astrophysik in Neapel hat nun bei mehreren Experimenten in der Sahara im Westen Marokkos die Wirkung der elektrischen Felder bei der Entstehung von Staubstürmen und staubhaltigen Windhosen erstmals im Detail gemessen. Wie die Wissenschaftler um Francesca Esposito in den „Geophysical Research Letters“ berichten (doi :10.1002/2016GL068463), sind die elektrischen Felder in der Lage, die zehnfache Menge an Staub in die Atmosphäre zu tragen als die wirbelnden Winde allein. Es kommt nämlich zu einem Rückkoppelungseffekt. Je mehr Staub aufgewirbelt wird, desto stärker wird das elektrische Feld, Das führt wiederum dazu, dass noch mehr Staub vom Erdboden in die Atmosphäre gelangt.

Die jüngsten Ergebnisse helfen nicht nur, den Staubtransport auf der Erde zu verstehen. Sie bilden auch die Grundlage für die im Herbst beginnenden Untersuchungen der europäischen ExoMars-Mission auf dem Roten Planeten. Mitte Oktober wird das Landemodul „Schiaparelli“ von der Raumsonde ExoMars abgekoppelt und auf dem Mars landen. An Bord von Schiaparelli befindet sich ein Experiment, mit dem Staubstürme auf der Marsoberfläche beobachtet werden sollen. Das geschieht nicht allein aus wissenschaftlicher Neugier. Man will herausfinden, ob die Stürme und Windhosen auf dem Roten Planeten ein Risiko für die Raumfahrer künftiger bemannter Marsmissionen darstellen. Auf der Erde kommt es nämlich immer wieder vor, dass sich Dust Devils tatsächlich teuflisch verhalten und wie kleine Tornados Schäden anrichten können.

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