Der Ausbruch des Hunga Tonga hat mehr als 50 Milliarden Kilogramm Wasser in die Stratosphäre gespült

Hineinzoomen / Der Ausbruch von Hunga Tonga begann unter Wasser, explodierte aber dennoch direkt in einen Großteil der Atmosphäre.

Im Januar dieses Jahres verursachte ein Unterwasservulkan in Tonga einen massiven Ausbruch, den größten seit einem Jahrhundert. Die Mischung aus heißem vulkanischem Material und kühlem Ozeanwasser erzeugte eine Explosion, die eine atmosphärische Schockwelle über den Planeten schickte und einen Tsunami verursachte, der lokale Gemeinden verwüstete und bis nach Japan reichte. Der einzige Teil des Kraterrandes, der sich über das Wasser erstreckte, schrumpfte zusammen und teilte sich in zwei Inseln. Eine Materialwolke wurde direkt durch die Stratosphäre und in die Mesosphäre geschleudert, mehr als 50 km über der Erdoberfläche.

Wir haben uns mehrere vergangene Vulkanausbrüche genau angesehen und untersucht, wie sie das Klima beeinflussen. Aber diese Eruptionen (insbesondere die des Mount Pinatubo) kamen von terrestrischen Vulkanen. Hunga Tonga ist möglicherweise die größte Eruption, die wir unter Wasser dokumentiert haben, und die Eruptionsfahne enthielt ungewöhnliche Mengen an Wasserdampf, so viel, dass sie Satellitenbeobachtungen bei einigen Wellenlängen tatsächlich störte. Jetzt haben Forscher Daten von Wetterballons verwendet, um die Wolke zu rekonstruieren und ihren Fortschritt während zweier Runden um die Welt zu verfolgen.

Boom trifft Ballon

Ihr Wortschatz des Tages ist Radiosonde, ein kleines Paket aus Instrumenten und Sender, das von einem Wetterballon in die Atmosphäre getragen werden kann. Es gibt Netzwerke von Standorten, an denen Radiosonden als Teil von Wettervorhersagediensten gestartet werden; die für Hunga Tonga am relevantesten sind Fidschi und Ostaustralien. Ein Ballon aus Fidschi war der erste, der Instrumente in die Eruptionsfahne brachte, und zwar weniger als 24 Stunden nach dem Ausbruch von Hunga Tonga.

Diese Radiosonde sah steigende Wasserstände, als sie von 19 auf 28 Kilometer Höhe durch die Stratosphäre aufstieg. Der Wasserstand hatte den höchsten Stand erreicht, der an der Spitze dieses Bereichs gemessen wurde, als der Ballon platzte und die Messungen beendeten. Aber bald darauf tauchte die Wolke entlang der Ostküste Australiens auf, die wiederum sehr hohe Wasserdampfwerte aufwies. Wieder erreichte das Wasser eine Höhe von 28 km, sank aber in den nächsten 24 Stunden allmählich in niedrigere Höhen ab.

Das Auffälligste war, wie viele es waren. Im Vergleich zu normalen Hintergrundwerten von stratosphärischem Wasserdampf zeichneten diese Radiosonden selbst zwei Tage nach dem Ausbruch, nachdem die Wolke Zeit hatte, sich auszubreiten, 580-mal mehr Wasser auf.

Es war so viel da, dass es immer noch auffiel, als die Wolke über Südamerika trieb. Die Forscher konnten es insgesamt sechs Wochen lang verfolgen, während es sich ausdehnte, als es zweimal die Erde umkreiste. Anhand einiger dieser Messwerte schätzten die Forscher das Gesamtvolumen der Wasserdampfwolke und verwendeten dann die vorhandenen Wasserstände, um die Gesamtmenge an Wasser zu ermitteln, die durch die Eruption in die Stratosphäre gebracht wurde.

Sie erreichten 50 Milliarden Kilogramm. Und das ist eine niedrige Schätzung, denn wie oben erwähnt, gab es noch Wasser über den Erhebungen, wo einige der Messungen aufhörten.

Nicht wie die anderen

Eruptionen wie der Mount Pinatubo bringen viele reflektierende Schwefeldioxid-Aerosole in die Stratosphäre, und diese reflektieren das Sonnenlicht zurück in den Weltraum. Dies hatte den Nettoeffekt, dass die Oberflächentemperaturen in den Jahren unmittelbar nach dem Ausbruch abkühlten, selbst als das Material allmählich durch die Atmosphäre fiel, wodurch die Auswirkungen über mehrere Jahre nachließen. Zumindest unmittelbar danach scheint Hunga Tonga keine ähnliche Wirkung hervorgebracht zu haben.

Stattdessen wirkte Wasserdampf erwartungsgemäß als Treibhausgas. Dies bedeutete, dass die Energie von der unteren Region der Eruptionsfahne absorbiert wurde, wodurch die oberen Teile um etwa 2 Kelvin kühler blieben.

Die Forscher vermuten, dass die große Wassermenge des Ausbruchs selbst verhinderte, dass ein Großteil des Schwefeldioxids die Stratosphäre erreichte. Und das Material, das die Höhe erreichte, wurde wahrscheinlich schneller entfernt. Die Forscher vermuten auch, dass Änderungen in der stratosphärischen Chemie die Menge des dort vorhandenen Ozons beeinflussen könnten, aber dies könnte eine langfristige Überwachung erfordern, um es zu klären.

Unterm Strich scheint es also wirklich einen großen Unterschied zu machen, wenn ein Ausbruch unter Wasser stattfindet. Eruptionen wie Hunga Tonga werden im Vergleich zu terrestrischen Eruptionen selten sein, da die Eruption in relativ flachem Wasser stattfinden muss, um Material in die Stratosphäre zu blasen. Aber wenn sie auftreten, scheint alles anders zu sein, von der Atmosphärenchemie bis hin zu den Auswirkungen auf das Klima.

Wissenschaft2022. DOI: 10.1126/science.abq2299 (Über DOIs).

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