Als der Vulkan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai am 15. Januar 2022 ausbrach, schickte er einen Tsunami rund um die Welt und erzeugte einen Überschallknall, der den Globus zweimal umrundete. Die Unterwasser-Eruption im Südpazifik katapultierte auch eine enorme Menge an Wasserdampf in die Stratosphäre. Die Masse der Wasserdampfmenge entspricht der Masse des Wassers in mehr als 58.000 olympischen Schwimmbecken. Die schiere Menge an Wasserdampf könnte ausreichen, um die globale Durchschnittstemperatur der Erde temporär zu beeinflussen.
“Wir haben noch nie zuvor so etwas gesehen”, sagte Luis Millán, ein Atmosphärenforscher am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Südkalifornien. Er leitete eine neue Studie, die die Wasserdampfmenge untersuchte, die der Vulkan in die Stratosphäre eruptierte. Die Stratosphäre ist die Atmosphärenschicht zwischen 12 und 53 Kilometern über der Erdoberfläche.
In der Studie, veröffentlicht in den Geophysical Research Letters, schätzen Millán und seine Kollegen, dass die Tonga-Eruption etwa 146 Millionen Tonnen Wasserdampf in die Stratosphäre schleuderte – das entspricht etwa zehn Prozent des Wassers, das bereits in dieser Atmosphärenschicht vorhanden ist. Das ist fast das Vierfache der Wasserdampfmenge, die Schätzungen zufolge beim Ausbruch des Pinatubo im Jahr 1991 auf den Philippinen in die Stratosphäre gelangten.
Millán analysierte Daten des Microwave Limb Sounder (MLS) Instruments an Bord des NASA-Satelliten Aura, das atmosphärische Gase misst, darunter Wasserdampf und Ozon. Nach der Eruption des Vulkans begann das MLS-Team Wasserdampfwerte jenseits der Skala zu sehen. “Wir mussten alle Messungen in der Eruptionsfahne sorgfältig begutachten, um sicherzustellen, dass sie stimmen”, sagte er.
Ein bleibender Eindruck
Vulkaneruptionen katapultieren nur selten viel Wasser in die Stratosphäre. In den 18 Jahren, seitdem die NASA Messungen vornimmt, eruptierten nur zwei andere Ausbrüche nennenswerte Mengen Wasserdampf in solche Höhen: der Ausbruch des Kasatochi in Alaska 2008 und der Ausbruch des Calbuco in Chile 2015. Aber jene waren verschwindend klein verglichen mit dem Tonga-Ausbruch und der Wasserdampf aus den oben genannten Eruptionen verflüchtigte sich schnell. Der überschüssige Wasserdampf, der von der Tonga-Eruption injiziert wurde, könnte dagegen für mehrere Jahre in der Stratosphäre bleiben.
Dieser zusätzliche Wasserdampf könnte die Atmosphärenchemie beeinflussen und bestimmte chemische Reaktionen anstoßen, die die Ablagerung der Ozonschicht temporär verschlechtern könnten. Er könnte außerdem die Oberflächentemperaturen beeinflussen. Gewaltige Vulkanausbrüche wie die des Krakatau und Pinatubo kühlen die Erdoberfläche normalerweise ab, indem sie Gase, Staub und Asche ausstoßen, die das Sonnenlicht zurück in den Weltraum reflektieren.
Im Gegensatz dazu injizierte die Tonga-Eruption keine großen Mengen Aerosole in die Stratosphäre und die riesigen Mengen Wasserdampf aus der Eruption könnten einen kleinen, vorübergehenden Erwärmungseffekt haben, weil Wasserdampf Hitze speichert. Der Effekt würde sich abschwächen, wenn der zusätzliche Wasserdampf die Stratosphäre verlässt und würde nicht ausreichen, um die Auswirkungen des Klimawandels nennenswert zu verschlimmern.
Die gewaltige Menge Wasserdampf, die in die Stratosphäre gelangte, war nur möglich, weil die Caldera des Unterwasservulkans in genau der richtigen Tiefe im Ozean lag: rund 150 Meter unter der Oberfläche. Die Caldera ist eine beckenförmige Vertiefung, die normalerweise nach einem Ausbruch von Magma aus einer Kammer unter dem Vulkan entsteht. Noch seichter und es hätte nicht genug Meerwasser gegeben, das von dem eruptierenden Magma aufgeheizt werden können, um die von Millán und seinen Kollegen beobachteten Wasserdampfwerte in der Stratosphäre hervorzurufen. Noch tiefer und die immensen Druckverhältnisse könnten das Ausmaß der Eruption verringert haben.
Das MLS-Instrument war für den Nachweis dieser Wasserdampffahne gut geeignet, weil es natürliche Mikrowellensignale aus der Erdatmosphäre beobachtet. Die Messung dieser Signale ermöglicht dem MLS, durch Hindernisse wie Aschewolken hindurchzusehen, die andere Instrumente für den Nachweis von Wasserdampf in der Stratosphäre blind machen würden. “Das MLS war das einzige Instrument mit ausreichender Auflösung, um die Wasserdampffahne an Ort und Stelle zu registrieren, und das einzige Instrument, das nicht durch die von dem Vulkan freigesetzte Asche beeinträchtigt wurde”, sagte Millán.
Das MLS-Instrument wurde am JPL entworfen und konstruiert, das vom Caltech in Pasadena für die NASA betrieben wird. Das Goddard Space Flight Center der NASA leitet die Aura-Mission.
(THK)
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