Welchen Einfluss hatten und haben Vulkanausbrüche auf das globale Klima? Ein Schritt hin zu einer Antwort auf diese Fragen ist jetzt einem Team von amerikanischen und französischen Wissenschaftlern gelungen. Sie entwickelten eine Methode, mit der sie die Klimawirkungen anhand des „chemischen Fingerabdrucks“ vergangener Ausbrüche besser bestimmen können. Wie sie in der Zeitschrift „Science“ berichten, reduziert dies auch die bisherigen Unsicherheiten in den Modellen der Klimavorhersagen.
Bisher ist die Rolle der Aerosole im globalen Klimageschehen nur in Teilen erforscht. Als Folge sind die Klimamodelle in diesem Aspekt noch mit großen Unsicherheiten behaftet. Jetzt haben Forscher der Universität von Kalifornien in San Diego um den Chemiker Mark Thiemens, sowie Kollegen vom Nationalen Zentrum für Forschung und der Universität von Grenoble in Frankreich eine Methode entwickelt, mit der sie anhand des chemischen Fingerabdrucks vergangener Eruptionen feststellen können, wie hoch die vulkanischen Schwebstoffe in die Atmosphäre geschleudert wurden und welche chemischen Reaktionen sich dort ereigneten.
Höhe der Eruptionswolke entscheidend
“In Prognosen der globalen Erwärmung hängt der fehleranfälligste Teil mit atmosphärischen Aerosolen zusammen“, erklärt Thiemens, in dessen Labor die auf der Messung von Schwefelisotopen beruhende Methode entwickelt wurde. „Jetzt können wir zum ersten Mal die gesamte Chemie rund um die Sulfate mit einbeziehen und so die Unsicherheiten darüber, wie diese Partikel entstehen und transportiert werden, beseitigen. Das ist ein großer Schritt im Zusammenhang mit dem Klimawandel.“
Die Höhe, bis zu der vulkanisches Material bei einem Ausbruch geschleudert wird, liefert entscheidende Information über die Auswirkungen auf das Klima: Erreicht das Material nur die niedere Atmosphäre, sind die Effekte relativ lokal und kurzfristig, da Regen die Aerosole schnell wieder auswäscht. Reichen die Eruptionswolken dagegen höher hinauf, bis in die Stratosphäre, ist die Klimawirkung deutlich größer.
“In der Stratosphäre wird Schwefeldioxid, das ursprünglich aus der Lava stammt, oxidiert und bildet Schwefelsäuretröpfchen”, erklärt Joël Savarino, Forscher der Universität von Grenoble und Leiter der Studie. „Diese Säureschicht kann über Jahre hinaus in der Stratosphäre bleiben, weil in diesem Teil der Atmosphäre kein flüssiges Wasser vorhanden ist. Die Aerosolschicht wirkt daher wie eine Decke, sie reflektiert das Sonnenlicht und reduziert so die Temperatur an der Erdoberfläche deutlich und für viele Jahre.“
Schwefelisotope liefern „Fingerabdruck“
Um bis in die Stratosphäre reichende Eruptionen von anderen zu unterscheiden, untersuchten die Forscher die Isotope des Schwefels in vulkanischen Ablagerungen, die im Eis der Antarktis konserviert waren. Durch Luftströmungen wurde der vulkanische Staub bis hierher getragen und im Eis eingeschlossen. Schwefel, der hoch bis in die Stratosphäre steigt, ist dort, oberhalb der Ozonschicht, kurzwelligem UV-Licht ausgesetzt. Diese Exposition erzeugt ein typisches Isotopenverhältnis, dass auch in dem später zum Erdboden gerieselten Staub noch nachweisbar ist.
Die Forscher testen ihre Methode anhand der vulkanischen Ausbrüche des Mount Agung in Bali im Jahr 1963 und der Eruption des Pinatubo auf den Philippinen im Jahr 1991. Spuren beider Ausbrüche fanden sich im Eis und konnte analysiert werden. „Junge Eruptionen haben den Vorteil, dass sie bereits durch modernen Instrumente dokumentiert sind“, erklärt Savarino. „Wir konnten daher unsere Messungen des vulkanischen Fallouts im Schnee mit den atmosphärischen Beobachtungen abgleichen.”
Klimavorhersage verbessert
Es zeigte sich, dass die Isotopenmessungen nicht nur mit dem atmosphärischen Beobachtungen übereinstimmten, sondern dass die Forscher mithilfe ihrer Methode auch die Pinatubo-Eruption vom Ausbruch des Cerro Hudson im gleichen Jahr unterschieden konnten. Da die Eruptionssäule des letzteren nicht so weit in die Atmosphäre hinaufreichte, ergab sich ein deutlich verschiedener Isotopen-Fingerabdruck.
(University of California, 08.01.2007 – NPO)
