Vulkane als Klimafaktor: Ausbrüche in hohen und mittleren Breiten wirken sich unerwartet stark aus

Ausbreitung der Vulkanemissionen des Sarychevs (rotes Dreieck) Forschungszentrum Jülich / Wu, Griessbach, Hoffmann

Vulkanausbrüche sind ein wichtiger Faktor für das Klima. Die freigesetzten Aerosolteilchen tragen als klimatischer Gegenspieler der Treibhausgase dazu bei, die Erderwärmung zu verlangsamen. In den unteren Luftschichten ist die Lebensdauer von Aerosolteilchen nicht besonders lang.

Wenn sie jedoch in die Stratosphäre gelangen, können sie dort über Jahre Strahlung von der Sonne zurück in den Weltraum reflektieren, was den darunter liegenden Teil der Atmosphäre, die Troposphäre, abkühlen lässt.

Bislang nahm man an, dass sich nur vulkanische Ereignisse in den Tropen aufgrund atmosphärischer Zirkulationsmuster global auf das Klima auswirken. Der Einfluss von Vulkanen in mittleren oder hohen Breiten wäre dagegen auf ihre eigene Hemisphäre beschränkt.

„Das ist aber nicht immer so“, erklärt Dr. Xue Wu. „Unsere Computersimulationen zeigen, dass ein Vulkan in hohen Breiten ebenfalls die Aerosolschicht in der tropischen Stratosphäre verstärken kann und sich auf das Klima beider Erdhalbkugeln auswirkt.“

Die Forscherin vom chinesischen Key Laboratory of Middle Atmosphere and Global Environment Observation (LAGEO) arbeitet seit eineinhalb Jahren als Gastwissenschaftlerin im Simulation Laboratory Climate Science des Jülich Supercomputing Centre (JSC).

Gemeinsam mit Jülicher Expertinnen und Experten hat sie Computersimulationen durchgeführt und mit Satellitendaten aus mehreren Quellen verglichen, um den Transport der Aerosole nach dem Ausbruch des Sarychev-Vulkans auf den russischen Kurilen im Sommer 2009 zu untersuchen.

Monsun lenkt Teilchen in große Höhen

Der fernöstliche Inselvulkan liegt nordöstlich von Japan auf dem 48. Breitengrad. Damit ist er von tropischen Gefilden ähnlich weit entfernt wie München oder Freiburg. Die oberen Luftschichten in diesem Bereich gehören schon zum absteigenden Teil der sogenannten Brewer-Dobson-Zirkulation, des primären Strömungsmusters innerhalb der Stratosphäre.

Demzufolge steigen Luftmassen am Äquator viele Kilometer hoch in die Stratosphäre auf, um an den Polen wieder in die darunter liegende Troposphäre abzusinken. Für gewöhnlich verteilen sich Aerosolteilchen daher nur dann über die gesamte Stratosphäre, wenn sie aus den tropischen Breiten, nicht aber aus mittleren und hohen Breiten stammen.

„Beim Ausbruch des Sarychev gelangten dennoch große Mengen an Aerosolteilchen bis in die tropische Stratosphäre und breiteten sich von dort aus über dem gesamten Erdball aus“, erklärt Dr. Lars Hoffmann, Leiter des Jülicher Simulation Laboratory Climate Science.

„Der Ausbruch im Juni 2009 ereignete sich genau zur Zeit des asiatischen Sommermonsuns, eines jährlich auftretenden Wettereignisses. Dadurch bildet sich in der oberen Troposphäre eine starke Antizyklone, die bis in die untere Stratosphäre ausstrahlt.“ Die antizyklonale Strömung beförderte das Vulkanaerosol aus der extratropischen Stratosphäre in die tropische Tropopausenregion – den Ausgangspunkt für den Aufstieg in die tropische Stratosphäre.

Auf die Jahreszeit kommt es an

„Das ist alles eine Frage des Timings“, erklärt Dr. Sabine Grießbach vom Jülich Supercomputing Centre. Wäre der Vulkan im Winter ausgebrochen, so wären die Aerosole wohl mit dem starken subtropischen Jet polwärts geströmt und in relativ kurzer Zeit aus der Atmosphäre gewaschen worden. „Der Sarychev-Ausbruch im Jahr 2009 war nicht der einzige Fall im letzten Jahrzehnt, bei dem die Monsun-Zirkulation vulkanische Aerosole in die tropische Stratosphäre transportiert hat. In Zukunft wird das Augenmerk auch auf extratropische Vulkane gerichtet “, so Grießbach.

Mit den Berechnungen und Messdaten lässt sich schon jetzt der Anstieg von Aerosolteilchen in der tropischen Stratosphäre nachvollziehen, der in den letzten Jahren beobachtet worden war. Vier Prozent der vulkanischen Aerosole aus der Sarychev-Eruption gelangten demnach in die tropische Stratosphäre. Das entspricht 60.000 Tonnen an schwefelhaltigen Aerosolteilchen und ist um ein Vielfaches mehr als die 15.000 bis 20.000 Tonnen pro Jahr, die erforderlich sind, um den Anstiegstrend im letzten Jahrzehnt zu erklären.

Originalpublikation
Wu, X., Griessbach, S., and Hoffmann, L.: Equatorward dispersion of a high-latitude volcanic plume and its relation to the Asian summer monsoon: a case study of the Sarychev eruption in 2009, Atmos. Chem. Phys., 17, 13439-13455, https://doi.org/10.5194/acp-17-13439-2017, 2017.

Weitere Informationen
Web site des Simulation Laboratory Climate Science: www.fz-juelich.de/ias/jsc/slcs

Video: Ausbreitung der Emissionen des Sarychev-Vulkans (Länge: 1:28 min)

https://www.youtube.com/watch?v=Sob45i1ViBQ

http://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2017/2017-12-01-sar… Pressemitteilung des Forschungszentrums Jülich vom 1. Dezember 2017
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2017-11/ioap-ftg112017.php Pressemitteilung der Chinese Academy of Sciences vom 20. November 2017

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Dipl.-Biologin Annette Stettien Forschungszentrum Jülich

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