Dieses Video in Endlosschleife zeigt eine Regenschirmwolke, die durch den Unterwasserausbruch des Vulkans Hunga Tonga-Hunga Ha'apai am 15. Januar 2022 entstanden ist. Der GOES-17-Satellit nahm die Bilderserie auf, die auch halbmondförmige Schockwellen und Blitzeinschläge zeigt.
Credits: Bild des NASA Earth Observatory von Joshua Stevens unter Verwendung von GOES-Bildern von NOAA und NESDIS

Die riesige Menge an Wasserdampf, die in die Atmosphäre geschleudert wurde, wie das Mikrowellenmessgerät der NASA feststellte, könnte zu einer vorübergehenden Abkühlung der Erdoberfläche führen. Der Grund dafür ist, dass diese gigantische Wassermenge zu einer drastischen Erhöhung der globalen Wolkenbildung führt, was wiederum die solare Einstrahlung blockiert, bzw. ins All zurück reflecktiert. 

Die Monatsmittel Temperaturen in der Schweiz sind durch diesen einen Vulkanausbruch, der wie die Explosion eines Druckkochtopfs wirkte, um über 12 Grad gesunken. Der Effekt des Wasserdampfs brauchte eine Zeit, um sich global zu verteilen. Die Auswirkungen sind drastisch. Eine in der Erdgeschichte nicht unübliche sehr schnelle globlale Abkühlung verbunden mit Extremwetter Ereignissen. Die um die 10% in die Atmosphäre geschleuderte Feuchtigkeit muss sich langsam wieder abregnen um die Atmosphäre wieder in ein Gleichgewicht zu bringen. Allerdings wirkt auch die solare Aktivitätsabnahme, Neigungswinkel der Erde zur Sonne, Umlaufbahn der Erde um die Sonne auf Wetterentwicklungen aus. Diese würden eigentlich ebenfalls eine Abkühlung verursachen, allerdings nicht in diesem äusserst ungewöhnlich schnellen Tempo.

Als der Vulkan Hunga Tonga-Hunga Ha'apai am 15. Januar ausbrach, schickte er einen Tsunami um die Welt und löste einen Überschallknall aus, der zweimal die Erde umkreiste. Der Unterwasserausbruch im Südpazifik schleuderte auch eine enorme Wasserdampffahne 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, die Schicht der Atmosphäre zwischen 12 und 53 Kilometern über der Erdoberfläche, einbrachte.

In der Studie, die in der Fachzeitschrift Geophysical Research Letters veröffentlicht wurde, schätzen Millán und seine Kollegen, dass der Ausbruch des Tonga-Vulkans rund 146 Teragramm (1 Teragramm entspricht einer Billion Gramm) Wasserdampf in die Stratosphäre der Erde sandte - das entspricht 10 % des bereits in dieser atmosphärischen Schicht vorhandenen Wassers. Das ist fast das Vierfache der Wasserdampfmenge, die nach Schätzungen der Wissenschaftler beim Ausbruch des Mount Pinatubo auf den Philippinen 1991 in die Stratosphäre gelangte.

Dieses Satellitenbild zeigt eine intakte Hunga Tonga-Hunga Ha'apai im April 2015, Jahre bevor ein explosiver Unterwasser-Vulkanausbruch im Januar 2022 den größten Teil der polynesischen Insel auslöschte.
Credits: NASA Earth Observatory Bild von Jesse Allen, unter Verwendung von Landsat-Daten des U.S. Geological Survey

Millán analysierte Daten des Microwave Limb Sounder (MLS)-Instruments auf dem NASA-Satelliten Aura, das atmosphärische Gase, einschließlich Wasserdampf und Ozon, misst. Nach dem Ausbruch des Tonga-Vulkans stellte das MLS-Team fest, dass die Wasserdampfmesswerte aus dem Rahmen fielen. "Wir mussten alle Messungen in der Abgasfahne sorgfältig überprüfen, um sicherzugehen, dass sie vertrauenswürdig waren", so Millán.

Ein bleibender Eindruck

Vulkanausbrüche bringen nur selten viel Wasser in die Stratosphäre ein. In den 18 Jahren, in denen die NASA Messungen durchführt, wurden nur bei zwei anderen Eruptionen - dem Kasatochi-Ereignis 2008 in Alaska und dem Calbuco-Ausbruch 2015 in Chile - nennenswerte Mengen an Wasserdampf in so große Höhen geschickt. Im Vergleich zum Tonga-Ereignis waren dies jedoch nur kleine Ausschläge, und der Wasserdampf der beiden früheren Eruptionen verflüchtigte sich schnell. Der überschüssige Wasserdampf, der vom Tonga-Vulkan ausgestoßen wurde, könnte dagegen mehrere Jahre lang in der Stratosphäre bleiben.

Ein Bild vom 16. Januar 2022 zeigt die Aschewolke des Vulkanausbruchs Hunga Tonga-Hunga Ha'apai, der sich am Vortag ereignet hatte. Ein Astronaut hat die Aschewolke von der Internationalen Raumstation aus fotografiert.
Credits: NASA

Die schiere Menge an Wasser, die in die Stratosphäre eingespritzt wurde, war wahrscheinlich nur möglich, weil die Caldera des Unterwasservulkans - eine kesselförmige Vertiefung, die in der Regel nach dem Ausbruch von Magma oder dem Abfließen aus einer flachen Kammer unter dem Vulkan entsteht - genau in der richtigen Tiefe im Ozean lag: in etwa 150 Metern Tiefe. In einer geringeren Tiefe wäre nicht genug Meerwasser vorhanden gewesen, das durch das ausbrechende Magma überhitzt worden wäre, um die von Millán und seinen Kollegen gemessenen stratosphärischen Wasserdampfwerte zu erklären. Noch tiefer, und der immense Druck in den Tiefen des Ozeans hätte die Eruption dämpfen können.

Das MLS-Instrument war gut aufgestellt, um diese Wasserdampfwolke aufzuspüren, da es natürliche Mikrowellensignale beobachtet, die von der Erdatmosphäre ausgesendet werden. Durch die Messung dieser Signale kann MLS durch Hindernisse wie Aschewolken hindurchsehen, die andere Instrumente zur Messung von Wasserdampf in der Stratosphäre blenden können. "MLS war das einzige Instrument mit einer ausreichend dichten Abdeckung, um die Wasserdampffahne zu erfassen, als sie sich ereignete, und das einzige, das von der Asche, die der Vulkan freisetzte, nicht beeinträchtigt wurde", so Millán.

Das MLS-Instrument wurde vom JPL entwickelt und gebaut, das im Auftrag der NASA vom Caltech in Pasadena geleitet wird. Das Goddard Space Flight Center der NASA leitet die Aura-Mission.

Jane J. Lee / Andrew Wang
Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif.
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jane.j.lee@jpl.nasa.gov / andrew.wang@jpl.nasa.gov