Ungewöhnliche Schwerewellen nach Vulkanausbruch
In der Stratosphäre zeigte sich ein über 10.000 Kilometer ausbreitendes konzentrisches Muster.
Die Analyse von Satellitendaten mit dem Jülicher Supercomputer Juwels machte außergewöhnliche Muster von Schwerewellen sichtbar, wie sie bislang bei keinem anderen Vulkanausbruch beobachtet wurden. Schon zum Jahreswechsel rumorte der Unterseevulkan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai. Am 15. Januar 2022 folgte dann eine überaus heftige Eruption, deren Echo bis Alaska zu hören war. Der Ausbruch verwüstete mehrere Inseln des südpazifischen Inselstaats Tonga durch Wasserfluten und Ascheregen. Seit wenigen Tagen erreichen nun erste Hilfslieferungen das 2.400 Kilometer nördlich vor Neuseeland liegende Königreich.
Doch der Vulkan löste nicht nur einen folgenschweren Tsunami an den Küsten und eine massive Druckwelle in bodennahen Luftschichten aus. Er verursachte zudem ein sich über 10.000 Kilometer ausbreitendes konzentrisches Muster von Schwerewellen in der Stratosphäre. Diese Luftschwingungen können das Klimageschehen weltweit beeinflussen. Sichtbar wurde dieses einzigartige Naturphänomen durch eine spezielle Analyse von Daten, die der Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) des Aqua-Satelliten der Nasa liefert und welche kontinuierlich auf dem Jülicher Supercomputer Juwels ausgewertet werden.Lars Hoffmann vom Jülich Supercomputing Centre erläutert den Hintergrund dieses einzigartigen Naturphänomens.
„Mit Hilfe der Messdaten machen wir Schwerewellen in der Stratosphäre sichtbar. Schwerewellen sind Luftschwingungen und sie entstehen üblicherweise wenn starke Winde auf hohe Gebirge treffen, wie die Anden oder Felsformationen in der Antarktis oder Norwegen, oder auch bei starken Gewitterstürmen, als Folge von rasch aufsteigender warmer Luft. Sie breiten sich von ihrem Entstehungsort vertikal nach oben aber auch horizontal zur Seite aus. Normalerweise brechen diese Wellen nach einigen hundert Kilometern. Ich habe eine Software entwickelt, mit denen die AIRS-Daten kontinuierlich analysiert werden“, so Hoffmann.
Schwerewellen spielen eine zentrale Rolle für die Dynamik der Atmosphäre. Sie beeinflussen Winde, Temperaturen und die Zusammensetzung der mittleren und oberen Erdatmosphäre und somit das Wetter- und Klimageschehen auf der gesamten Welt. Sie können sogar den Polarwirbel über der Antarktis schwächen. Zudem tragen Schwerewellen zur Wolkenbildung bei und beeinflussen die Luftzirkulation in der Stratosphäre bis in Höhen von fünfzig Kilometern und darüber hinaus. Es ist wichtig, Schwerewellen korrekt in Wetter- oder Klimamodelle einzurechnen, sonst erhält man ungenaue Prognosen.
„Die Satellitenmessung des konzentrischen und über 10.000 Kilometer reichenden Wellenmusters in der Stratosphäre ist bisher einzigartig“, sagt Hoffmann. Als der Pinatubo 1991 mit noch größerer Wucht ausbrach, gab es keinen entsprechenden satellitengestützten Infrarot-Sensor. Bei kleineren Vulkanausbrüchen der vergangenen zwanzig Jahre zeigten die AIRS-Daten keine vergleichbaren Luftschwingungen. Eine Theorie ist, dass Schwerewellen bei einem sehr heftigen Vulkanausbruch wie dem kürzlich in Tonga durch das rasche Aufsteigen von heißer Asche und Luft in die Stratosphäre ausgelöst werden. Für das Wetter oder Klima wird dieses einzelne relativ kurze Schwerewellen-Ereignis nach erster Einschätzung keine langfristigen Folgen haben. Für die Forschung ist das Naturphänomen aber von großem Wert. „Wir prüfen damit, ob unsere Klima- und Wettermodelle die Bildung und Ausbreitung von Schwerewellen korrekt wiedergeben. Mit den Daten aus der Natur verbessern wir dann die Prognosekraft der Simulationsrechnungen für eine treffendere Vorhersage. Bei aller Begeisterung über die wissenschaftlichen Beobachtungen sollten wir aber nicht vergessen, dass der Vulkanausbruch für die Menschen vor Ort ein Schicksalsschlag ist“, sagt Hoffmann.
FZJ / JOL
