Vulkanasche kühlt Klima länger als gedacht

Nach Vulkanausbrüchen bleiben kleinste Aschepartikel länger in der Atmosphäre als bisher gedacht: Sie können sich bei tropischen Eruptionen bis zu fünf Jahre in der Stratosphäre halten und als kühlender Schleier das Klima beeinflussen. Das zeigt eine Studie deutscher Forscher. Das aber bedeutet: Vergangene Ausbrüche, aber auch menschengemachte Aerosol-Emissionen wirken länger nach als angenommen, konstatieren die Forscher im Fachjournal „Atmospheric Chemistry and Physics“.

Vulkane schleudern bei ihren Ausbrüchen oft große Mengen Asche bis hinauf in die Stratosphäre – die Schicht unserer Lufthülle, die in rund 15 Kilometern Höhe beginnt. Durch die Asche wird die Sonneneinstrahlung abgeschwächt, sie wirkt abkühlend auf das Klima. Nach großen Vulkanausbrüchen kann die Temperatur durch diesen Kühl-Effekt um ein halbes bis mehrere Grad Celsius zurückgehen. Zum Vergleich: Der mittlere weltweite Temperaturanstieg betrug in den vergangenen 100 Jahren etwa 0,8 Grad Celsius.

Trübung noch fünf Jahre später

„Die spektakulärsten Ereignisse waren die Explosionen der tropischen Vulkane El Chichon 1982 in Mexiko und Pinatubo 1991 auf den Philippinen“, sagt Erstautor Thomas Trickl vom Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Atmosphärische Umweltforschung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) in Garmisch-Partenkirchen. Seit fast 40 Jahren untersuchen er und seine Kollegen dort mit Laser-Radar-Messungen (Lidar) die Auswirkungen von Vulkanausbrüchen.

Mit Laser-Radar-Messungen (Lidar) untersuchen die Wissenschaftler die Auswirkungen vulkanischer Partikel. © IMK-IFU

Auch die Entwicklung des Aschenschleiers nach den Ausbrüchen von El Chichon und Pinatubo haben die Forscher auf diese Weise untersucht. Mit 20 Millionen Tonnen ausgestoßenen Materials gehören diese zu den größten Ausbrüchen des 20. Jahrhunderts. „Danach kam es jeweils fast fünf Jahre lang zu einer deutlichen Trübung der Stratosphäre – das konnte man auch an der auffälligen violetten Färbung des Morgen- und Abendhimmels sehen“, berichtet Trickl. Grund für die lange Verweildauer der Vulkanpartikel, so das Ergebnis der Wissenschaftler, ist die Bildung eines Partikel-Reservoirs in der tropischen Stratosphäre. Weil dort immer wieder warme Luft aufsteigt, können sich in größerer Höhe immer mehr Schwebstoffe ansammeln.

Klimawirkung mit Verzögerung

Die lange Verweilzeit der Aschenpartikel von bis zu fünf Jahren zeigt nach Ansicht der Forscher deutlich, wie langsam die Abläufe in der Stratosphäre sind: „Die Erholung der Ozonschicht nach dem Verbot chlorhaltiger Kohlenwasserstoffe (FCKW) wird Jahrzehnte dauern. Auch andere Klimaschutz-Maßnahmen müssen Verzögerungszeiten von Jahrzehnten einrechnen – gerade deshalb ist ihr permanentes Verzögern nicht zu verantworten“, sagt Trickl.

Das Schwebstoff- Reservoir in der tropischen Stratosphäre liefert auch immer wieder Nachschub in mittlere Breiten. Dort allerdings bewegt sich die Luft wieder abwärts und nimmt Partikel aus der Stratosphäre mit nach unten. Nach Vulkanausbrüchen in mittleren Breiten sei die Verweildauer der Partikel daher deutlich kürzer, so Trickl. „Nach dem Ausbruch des Mt. St. Helens 1981 in den USA etwa verschwanden sie innerhalb nur eines Jahres aus der Stratosphäre.“

Schnelle Klärung nach Eyjafjalljökull-Eruption

Durch ihre Lidar-Messungen erhielten die Forscher auch neue Erkenntnisse über die Folgen des Ausbruchs des isländischen Vulkans Eyjafjalljökull im Jahr 2010. Die Eruption hatte damals den Flugverkehr in halb Europa über Tage lahmgelegt. Dadurch entstand ein wirtschaftlicher Schaden von mehr als drei Milliarden Euro. Während die Hauptmasse der isländischen Aschewolke Mitteleuropa im Bereich unterhalb von fünf Kilometern erreichte, gelang es den KIT-Wissenschaftlern ihre Auswirkung auch bis in die untere Stratosphäre zu erforschen, also bis in eine Höhe von zehn bis 15 Kilometern.

Dabei zeigte sich: Die Luftmassen bewegen sich in diesem Höhenbereich meist nahezu horizontal, die Partikel steigen nicht in größere Höhen auf, sondern strömen gelegentlich nach unten aus und werden dort durch Niederschlag ausgewaschen. „Dies könnte letztlich auch erklären, warum der über die vergangenen Jahrzehnte stark angestiegene Luftverkehr im Bereich zwischen zehn und zwölf Kilometern Höhe keine nachweisbare Belastung der Stratosphäre mit Aerosolen verursacht hat“, sagt Trickl. Auch von Waldbränden produziertes Aerosol verschwinde innerhalb relativ kurzer Zeit.

(Atmos. Chem. Phys. ,2013;

doi:10.5194/acp-13-5205-2013)

(Karlsruher Institut für Technologie, 08.07.2013 – NPO)