Vulkane

Kurzfristige Dämpfer in der Temperaturkurve

Vulkane können unter bestimmten Voraussetzungen klimawirksam sein. Sie stoßen zwar das Treibhausgas CO₂ aus, es überwiegt jedoch meist die abkühlende Wirkung des bei einer explosiven Eruption verursachten Anstiegs des atmosphärischen Aerosolgehalts. Die Klimwawirkung vulkanischer Aerosole gehört zu den am wenigsten verstandenen Antrieben.

Die Klimawirksamkeit des Ausbruchs eines Vulkans (Abb. 1) besteht aus mehreren Effekten:

• Einige der gasförmigen Materialien des Ausbruchs eines Vulkans (SO₂, CO₂ usw.) vermindern die langwellige Wärmeausstrahlung und erwärmen somit die darunter liegenden Luftschichten.
• Einige feste oder flüssige Materialien, Aerosole genannt, die teilweise erst als Folgeprodukte in der Atmosphäre entstehen (z. B. Sulfat-Aerosole aus SO₂ und Wasser) vermindern die einfallende kurzwellige Sonnenstrahlung und kühlen die Luft.
• Im Allgemeinen überwiegt im globalen Maßstab die abkühlende Wirkung der Aerosole die erwärmende der Treibhausgase. Im Fall des am besten untersuchten Ausbruchs des Pinatubo im Jahr 1991 standen global +1,5 W/m² Erwärmungseffekt –4,0 W/m² Abkühlungseffekt gegenüber.
• Andere Auswirkungen beeinflussen beispielsweise die globale Zirkulation. In dieser Hinsicht wirken sich tropische Vulkane anders aus als solche in polnahen Regionen.
• Damit es zu einer erkennbaren Klimawirksamkeit kommen kann, müssen die Auswurfmaterialien und ihre Folgeprodukte relativ lange in der Atmosphäre bleiben. Das ist nicht der Fall, wenn der Ausbruch unterhalb der atmosphärischen Sperrschicht der Tropopause bleibt. Troposphärische Aerosole (unterhalb der Tropopause) bleiben nur ein bis drei Wochen, stratosphärische Aerosole (oberhalb) bleiben ein bis drei Jahre in der Atmosphäre. (Die Asche des 2010 ausgebrochenen Eyjafjallajökull auf Island reichte nur zu Beginn kurz etwas über die Tropopause und verblieb später darunter.)

Abb. 1: Den Pico del Teide auf Teneriffa bezog schon Alexander von Humboldt in seine Überlegungen über die vertikale Stufung der Klimazonen ein (Böhm R., ZAMG).

Missernten und Gletschervorstöße

Aus den Ablagerungen von Vulkanauswurfmaterialien in den Klimakalendern der Eisbohrkerne konnte die in Abbildung 2 gezeigte 1.000-jährige Rekonstruktion des vulkanischen Klimaantriebes abgeleitet werden. Die teilweise beträchtlichen abkühlenden Antriebe gehen weit über das hinaus, was die anderen Einflussfaktoren in sich bergen (vgl. Artikel „Klimaantriebe im Vergleich“). Sie wirken jedoch nur kurzzeitig. Häufungen wie um 1600 oder im frühen 19. Jahrhundert verursachten dekadische Kaltphasen. Damals kam es zu Missernten (z. B. „Jahr ohne Sommer“ 1816) und bedeutenden Gletschervorstößen, in denen sich allerdings auch ausgeprägte Minima des solaren Klimaantriebes niederschlugen.

Wie schon beim solaren Klimaantrieb gibt es auch beim Vulkanismus zurzeit keine Möglichkeit einer Langfristvorhersage. Aus diesem Grund sind beide Antriebe nicht in den Modellszenarien über das künftige Klimaenthalten.

Abb. 2: 1.000-jährige Rekonstruktion der Klimawirksamkeit von explosiven Vulkanausbrüchen (Crowley 2000 bearb.).

Nicht jeder Ausbruch wirkt global

Zur klimarelevanten Auswirkung der Aerosole besteht noch beträchtlicher Forschungsbedarf. Wenn es um regionale Auswirkungen geht, wird das vernetzte Ursache-Wirkung-Gefüge noch komplizierter. Innerhalb des Klimasystems kann es zu Umstellungen der vorherrschenden Winde kommen, Kontinente können anders als die Ozeane reagieren, die Tropen anders als die mittleren oder höheren Breiten usw. Die Jahre nach größeren Vulkanausbrüchen der letzten 235 Jahre verhielten sich in Wien jedenfalls ambivalent (Abb. 3): Kalte Jahre nach den Ausbrüchen des Laki (1783), eines unbekannten Vulkans (1809), des Tambora (1815) und des Chichón (1982) stehen ein außergewöhnlich warmes Jahr nach dem Ausbruch des Eyjafjallajökull (1821/22) sowie Serien von schwach übernormalen Jahren nach dem Krakatau-Ausbruch (1883) und dem des Pinatubo (1992) gegenüber.

Abb. 3: Temperaturentwicklung in Wien seit 1775 im Zusammenhang mit explosiven Vulkanausbrüchen (Auer u.a. 2007, Böhm u.a. 2009).

Literatur:

Auer I., Böhm R., Jurkovic A., Lipa W., Orlik A., Potzmann R., Schöner W., Ungersböck M., Matulla C., Briffa K., Jones P.D., Efthymiadis D., Brunetti M., Nanni T., Maugeri M., Mercalli L., Mestre O., Moisselin J.M., Begert M., Müller-Westermeier G., Kveton V., Bochnicek O., Stastny P., Lapin M., Szalai S., Szentimrey T., Cegnar T., Dolinar M., Gajic-Capka M., Zaninovic K., Majstorovic Z., Nieplova E. (2007): HISTALP – historical instrumental climatological surface time series of the greater Alpine region 1760–2003. International Journal of Climatology 27, 17–46, doi:10.1002/joc.1377

Böhm R., Auer I., Schöner W., Ganekind M., Gruber C., Jurkovic A., Orlik A., Ungersböck M. (2009): Eine neue Website mit instrumentellen Qualitäts-Klimadaten für den Großraum Alpen zurück bis 1760. Wiener Mitteilungen 216, 7–20 (PDF-Datei; 0,9 MB)

Crowley T.J. (2000): Causes of climate change over the past 1000 years. Science 289, 270–277, doi:10.1126/science.289.5477.270

Robock A.: Volcanic eruptions and climate. http://envsci.rutgers.edu/~robock, abgerufen am 11.06.2011