Tonga-Ausbruch schleuderte beispiellose Wassermengen in die Stratosphäre

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Dieses sich wiederholende Video zeigt eine Regenschirmwolke, die durch den Unterwasserausbruch des Vulkans Hunga Tonga-Hunga Ha'apai am 15. Januar 2022 erzeugt wurde. Der Satellit GOES-17 hat die Bildserie aufgenommen, die auch sichelförmige Stoßwellen und Blitzeinschläge zeigt .

Die riesige Menge Wasserdampf, die in die Atmosphäre geschleudert wird, wie sie vom Microwave Limb Sounder der NASA entdeckt wurde, könnte letztendlich zu einer vorübergehenden Erwärmung der Erdoberfläche führen.

Als am 15. Januar der Vulkan Hunga Tonga-Hunga Ha'apai ausbrach, raste ein Tsunami um die Welt und löste einen Überschallknall aus, der den Globus zweimal umkreiste. Der Unterwasserausbruch im Südpazifik schleuderte auch eine enorme Wasserdampfwolke in die Stratosphäre der Erde – genug, um mehr als 58.000 olympische Schwimmbecken zu füllen. Die schiere Menge an Wasserdampf könnte ausreichen, um die globale Durchschnittstemperatur der Erde vorübergehend zu beeinflussen.

„So etwas haben wir noch nie gesehen“, sagte Luis Millán, Atmosphärenforscher am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien. Er leitete eine neue Studie, in der die Menge an Wasserdampf untersucht wurde, die der Tonga-Vulkan in die Stratosphäre injizierte, die Schicht der Atmosphäre zwischen etwa 8 und 33 Meilen (12 und 53 Kilometer) über der Erdoberfläche.

Dieses Satellitenbild zeigt ein intaktes Hunga Tonga-Hunga Ha'apai im April 2015, Jahre bevor im Januar 2022 ein explosiver Unterwasser-Vulkanausbruch den größten Teil der polynesischen Insel vernichtete.

In der in Geophysical Research Letters veröffentlichten Studie schätzen Millán und seine Kollegen, dass der Tonga-Ausbruch etwa 146 Teragramm (1 Teragramm entspricht einer Billion Gramm) Wasserdampf in die Stratosphäre der Erde geschickt hat – das entspricht 10 % des bereits in dieser Atmosphäre vorhandenen Wassers Schicht. Das ist fast das Vierfache der Wasserdampfmenge, die Wissenschaftler schätzen, als der Ausbruch des Mount Pinatubo auf den Philippinen 1991 in die Stratosphäre schoss.

Millán analysierte Daten des Microwave Limb Sounder (MLS)-Instruments auf dem Aura-Satelliten der NASA, der atmosphärische Gase, einschließlich Wasserdampf und Ozon, misst. Nach dem Ausbruch des Tonga-Vulkans begann das MLS-Team, Wasserdampfwerte zu beobachten, die außerhalb der Diagramme lagen. „Wir mussten alle Messungen in der Wolke sorgfältig prüfen, um sicherzustellen, dass sie vertrauenswürdig waren“, sagte Millán.

Ein Bild vom 16. Januar 2022 zeigt die Aschewolke des Vulkanausbruchs Hunga Tonga-Hunga Ha'apai am Tag zuvor. Ein Astronaut hat die Wolke von der Internationalen Raumstation aus fotografiert.

Ein bleibender Eindruck

Bei Vulkanausbrüchen gelangt selten viel Wasser in die Stratosphäre. In den 18 Jahren, in denen die NASA Messungen durchgeführt hat, haben nur zwei weitere Ausbrüche – der Kasatochi-Ausbruch 2008 in Alaska und der Calbuco-Ausbruch 2015 in Chile – nennenswerte Mengen Wasserdampf in so große Höhen geschickt. Im Vergleich zum Tonga-Ereignis handelte es sich dabei jedoch nur um Ausreißer, und der Wasserdampf der beiden vorherigen Ausbrüche löste sich schnell auf. Der vom Tonga-Vulkan injizierte überschüssige Wasserdampf könnte hingegen mehrere Jahre in der Stratosphäre verbleiben.

Dieser zusätzliche Wasserdampf könnte die Chemie der Atmosphäre beeinflussen und bestimmte chemische Reaktionen verstärken, die den Abbau der Ozonschicht vorübergehend verschlimmern könnten. Es könnte auch die Oberflächentemperaturen beeinflussen. Massive Vulkanausbrüche wie der Krakatau und der Berg Pinatubo kühlen normalerweise die Erdoberfläche ab, indem sie Gase, Staub und Asche ausstoßen, die das Sonnenlicht zurück in den Weltraum reflektieren. Im Gegensatz dazu schleuste der Tonga-Vulkan keine großen Mengen an Aerosolen in die Stratosphäre, und die riesigen Mengen an Wasserdampf aus der Eruption könnten einen kleinen, vorübergehenden Erwärmungseffekt haben, da Wasserdampf Wärme einfängt. Der Effekt würde nachlassen, wenn der zusätzliche Wasserdampf die Stratosphäre verlässt, und würde nicht ausreichen, um die Auswirkungen des Klimawandels spürbar zu verstärken.

Die schiere Wassermenge, die in die Stratosphäre injiziert wurde, war wahrscheinlich nur möglich, weil sich die Caldera des Unterwasservulkans – eine beckenförmige Vertiefung, die normalerweise entsteht, wenn Magma ausbricht oder aus einer flachen Kammer unter dem Vulkan abfließt – genau in der richtigen Tiefe im Ozean befand: etwa 490 Fuß (150 Meter) tief. Bei einer geringeren Tiefe wäre nicht genug durch das ausbrechende Magma überhitztes Meerwasser vorhanden, um die stratosphärischen Wasserdampfwerte zu erklären, die Millán und seine Kollegen beobachteten. Noch tiefer, und der enorme Druck in den Tiefen des Ozeans hätte den Ausbruch dämpfen können.

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Das MLS-Instrument war gut positioniert, um diese Wasserdampffahne aufzuspüren, da es natürliche Mikrowellensignale beobachtet, die von der Erdatmosphäre ausgesendet werden. Durch die Messung dieser Signale kann MLS durch Hindernisse wie Aschewolken „sehen“, die andere Instrumente zur Messung von Wasserdampf in der Stratosphäre blenden können. „MLS war das einzige Instrument mit ausreichend dichter Abdeckung, um die Wasserdampffahne sofort zu erfassen, und das einzige, das von der Asche, die der Vulkan freisetzte, nicht betroffen war“, sagte Millán.

Das MLS-Instrument wurde vom JPL entworfen und gebaut, das für die NASA vom Caltech in Pasadena verwaltet wird. Das Goddard Space Flight Center der NASA leitet die Aura-Mission.

Jane J. Lee / Andrew Wang

Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Kalifornien.

818-354-0307 / 626-379-6874

[email protected] / [email protected]

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