Die Rauchwolke über Hiroshima reicht nach dem Atombombenabwurf mindestens 11,3 Kilometer hoch, wie eine neue Auswertung historischer Aufzeichnungen ergibt. Den entscheidenden Hinweis liefert das Flugbuch der Enola Gay, deren Besatzung den Rauch noch aus großer Entfernung beobachtet. Der Befund hilft, die Folgen riesiger Stadtbrände für die Atmosphäre zu untersuchen. Hinter der Rechnung steckt ein kurzer Vermerk über einen verschwundenen Anblick.
Über Hiroshima erreichte die Rauchwolke des Feuersturms eine Höhe von mindestens 11,3 Kilometern, berechnet mit einer statistischen Konfidenz von 95 Prozent. David Romps, Rusen Öktem und Zhenyu He von der University of California in Berkeley gewannen diesen Befund aus Aufzeichnungen des amerikanischen Bombers. Sie kombinierten dessen Flugweg mit der Erdkrümmung und dem Verlauf von Lichtstrahlen durch die Luft. Daraus entsteht eine belastbare Untergrenze für die Wolkenoberkante, während ihre tatsächliche maximale Höhe offenbleibt.
Am 6. August 1945 explodierte die Atombombe über der japanischen Stadt und löste zahlreiche Brände aus, die sich zu einem Feuersturm verbanden. Aufsteigende heiße Luft zog ständig weiteren Rauch nach oben, während unten Häuser und andere brennbare Materialien Feuer fingen. Über dem Brandgebiet wuchs eine mächtige Wolkensäule, deren oberer Teil sich zu einer breiten Krone ausdehnte. Diese länger gespeiste Brandwolke unterscheidet sich vom anfänglichen Atompilz, den unmittelbar die Explosion erzeugte und der sich anschließend auflöste.
Navigator Theodore Van Kirk hielt unterwegs Positionen, Zeiten und Bemerkungen fest, während die Maschine wieder Richtung ihres Stützpunkts auf Tinian flog. Unter den handschriftlichen Einträgen seines erhaltenen Flugbuchs stehen die knappen englischen Worte „Cloud Gone“, sinngemäß „Wolke verschwunden“, neben der Uhrzeit 10:52. Sämtliche Zeitangaben des Dokuments folgen der Ortszeit des Ausgangsflugplatzes, die gegenüber Hiroshima um eine Stunde vorausliegt. Aus dieser Notiz lässt sich ablesen, wann die Besatzung den Sichtkontakt verlor; das Ende des Stadtbrandes beschreibt sie nicht.
Ein Militärbericht von General Leslie Groves nennt zudem den Grund, warum die Beobachtung schließlich abbrach: Dunst versperrte den weiteren Blick. Die Wolkenspitze war zu diesem Zeitpunkt noch nicht hinter der Rundung der Erde verschwunden, sondern wurde von der Atmosphäre verdeckt. Ihre Lage über dem Horizont lässt sich deshalb als geometrische Mindestanforderung nutzen. Je weiter sich ein Beobachter entfernt, desto höher muss ein Gegenstand reichen, damit dessen Spitze überhaupt noch sichtbar bleiben kann.
Heckschütze George Caron dokumentierte das Geschehen mit einer großen Kamera vom Typ K-20 und berichtete gleichzeitig über die Gegensprechanlage an den Piloten. In seinem späteren Interview schilderte er, wie schwierig brauchbare Aufnahmen durch die kleinen Fenster seines Standes zunächst gewesen waren. Deshalb bat er den Piloten Paul Tibbets, die Maschine etwas nach links zu drehen, damit sich sein Blickwinkel verbesserte. Mit wachsender Entfernung sah Caron über der Stadt eine niedrige, brodelnde Masse, die sich bis in die Ausläufer der Berge ausbreitete. Durch diese Schicht beobachtete er an verschiedenen Stellen aufspringende Flammen, während die brennende Stadt zunehmend unter Rauch verschwand.
Für die Position beim letzten Sichtkontakt liefern unterschiedliche Auswertungen des Flugwegs Entfernungen zwischen 750 und 764 Kilometern, bei einer Flughöhe um 7,44 Kilometer. Über eine solche Strecke entscheidet die Erdwölbung darüber, welcher Teil einer entfernten Säule noch über dem Horizont erscheint. Hinzu kommt die Lichtbrechung, denn unterschiedlich dichte Luftschichten lenken den Weg des Lichts leicht zum Erdboden hin ab. Ein Beobachter kann dadurch etwas weiter um die Erdkrümmung sehen, als eine Rechnung mit völlig geraden Strahlen erwarten ließe.
Da für den betreffenden Morgen keine Wetterballonmessung aus Hiroshima vorliegt, zog das Team historische Wetterrekonstruktionen mit den Bezeichnungen ERA5, CERA-20C und 20CR heran. Deren Temperatur- und Druckverläufe liefern die Grundlage, um die Dichte der Luft in unterschiedlichen Höhen abzuschätzen und den Sichtweg zu berechnen. Unsicherheiten bei Entfernung, Flughöhe und Atmosphäre flossen in die wiederholten Rechenläufe ein. Die Autoren berücksichtigen damit, dass handschriftlich notierte Positionen und gerundete Instrumentenwerte keine lückenlose moderne Flugvermessung ersetzen.
Wie eine so große Säule aufsteigen kann, untersuchten Nathaniel Tarshish und Romps anhand von Berechnungen und Simulationen feuchter Feuersturmwolken. Zunächst erhitzt der Brand die bodennahe Luft, die aufsteigt und dabei kühlere Umgebungsluft in die Rauchfahne hineinzieht. Mit zunehmender Höhe kühlt das Gemisch ab, bis Wasserdampf zu kleinen Tröpfchen kondensiert und dabei zusätzliche Wärme freisetzt. Dieser Nachschub verstärkt den Auftrieb, wenn die ursprüngliche Hitze des Feuers durch Ausdehnung und Vermischung bereits nachgelassen hat.
Ein erheblicher Teil der benötigten Feuchtigkeit kann aus der Luft rund um den Brand stammen und muss nicht erst im Feuer entstehen. Bei ausreichender Feuchte und passenden Wetterbedingungen wachsen solche Säulen zu Feuergewittern heran, wie sie auch bei einem Waldbrand in Frankreich beschrieben wurden. Für Rechenmodelle macht das einen großen Unterschied, weil eine vollständig trockene Atmosphäre diesen zusätzlichen Energietransport von vornherein ausschließt. Welche Höhe tatsächlich erreicht wird, hängt zugleich vom Brennstoff, der Ausdehnung des Brandgebiets und dem Zustand der umgebenden Luft ab.
Die damalige Kaltpunkttropopause, der besonders kalte Übergangsbereich zur Stratosphäre, lag nach den rekonstruierten Wetterdaten bei etwa 16,7 bis 16,8 Kilometern. Wie viel Ruß diese Grenze überquerte, bleibt mit dem neuen Verfahren unbestimmt, denn eine sichtbare Wolkenoberkante verrät nicht die Verteilung der Partikelmasse. Ein großer Teil des Materials kann in tieferen Schichten verbleiben, während nur ein kleiner Anteil weit nach oben getragen wird. Für die Klimawirkung sind zusätzlich die Größe, die optischen Eigenschaften und die Verweildauer der Partikel wichtig.
Gelangen große Rußmengen in die obere Atmosphäre, absorbieren sie Sonnenlicht und können die Energiezufuhr zur Erdoberfläche verringern, wodurch Temperaturen und Ernten sinken. Auf diesem Zusammenhang beruhen Modellrechnungen zu einem Nuklearwinter und seinen Folgen für die weltweite Nahrungsmittelproduktion. Wie stark solche Folgen ausfallen, hängt unter anderem davon ab, welche Städte brennen und wie viel Material langfristig in großer Höhe bleibt. Die Hiroshima-Rekonstruktion liefert für künftige Brandmodelle einen beobachtungsnahen Prüfwert; eine vollständige Rechnung zu einem bestimmten Atomkrieg erfordert weitere Annahmen.
Direkte Messungen eines solchen späteren Aufstiegs gelangen nach großen Waldbränden in British Columbia, wo im Sommer 2017 mehrere Feuergewitter nahezu gleichzeitig entstanden. Nach Angaben der US-Atmosphärenbehörde NOAA stieg deren Rauch innerhalb von zwei Monaten von ungefähr zwölf auf 23 Kilometer Höhe. Satelliten konnten die Fahne noch nach mehr als acht Monaten verfolgen, während sich ihre Zusammensetzung durch chemische Prozesse veränderte. Instrumente auf der Internationalen Raumstation, der Satellit CALIPSO und ein ballongetragenes Partikelmessgerät lieferten dafür ergänzende Daten aus unterschiedlichen Blickrichtungen.
Im Abgleich mit diesen Beobachtungen ließ sich der schnelle Aufstieg durch einen Rußanteil von etwa zwei Prozent der gesamten Rauchmasse erklären. Die dunklen Partikel nahmen Sonnenstrahlung auf, erwärmten ihre Umgebung und hoben das Gemisch dadurch immer weiter an, lange nach seiner Entstehung. Dieser Vorgang wirkt zusätzlich zur Wärme, die während des anfänglichen Wolkenwachstums frei wird. Ohne den photochemischen Abbau organischer Rauchbestandteile überschätzte ein Standardmodell außerdem die Lebensdauer der beobachteten Fahne in der Stratosphäre.
Nach den australischen Bränden Ende 2019 verfolgte die NASA mit dem Satelliten Aura eine Rauchfahne, die innerhalb von 110 Tagen bis auf 35 Kilometer stieg. Währenddessen umrundete sie zweimal die Erde und wurde von einem ungefähr 1.000 Kilometer breiten Luftwirbel zusammengehalten, den die Erwärmung des Rauchs erzeugte. Der Microwave Limb Sounder registrierte in diesem Gemisch unter anderem ungewöhnlich hohe Mengen an Wasserdampf und Kohlenmonoxid sowie verringerte Ozonwerte.
Geophysical Research Letters, A Lower Bound on the Altitude of the Hiroshima Firestorm Plume From Ray Optics; doi:10.1029/2026GL124752
Journal of Geophysical Research: Atmospheres, Latent Heating Is Required for Firestorm Plumes to Reach the Stratosphere; doi:10.1029/2022JD036667
Science, Black carbon lofts wildfire smoke high into the stratosphere to form a persistent plume; doi:10.1126/science.aax1748
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