31.07.2023

Wie Vulkane die Atmosphäre aufheizen

Dynamische Prozesse wirken von der unteren Stratosphäre bis in die Mesosphäre.

Starke Vulkanausbrüche verändern die Temperatur der Atmosphäre. Der dahinter­stehende Mechanismus war bisher noch unklar und genaue Messungen waren bislang selten. Für eine frühere Eruption ist dieser Effekt nun bis in einhundert Kilometer Höhe beobachtet worden. Forschende der Universität Greifswald und des Max-Planck-Instituts für Meteorologie in Hamburg haben nun mit Modellsimulationen versucht, die dynamischen Prozesse hinter der erwarteten Temperatur­veränderung in der Sommer­mesopause in achtzig bis einhundert Kilometer Höhe nach starken Vulkanausbrüchen aufzuklären. Sie fanden Hinweise auf eine deutliche Erwärmung dieser Atmosphären­schicht fünf Monate nach dem simulierten Ausbruch.

Abb.: Der Vulkan Ätna auf Sizilien im August 2022. (Bild: J. Meßerschmidt)
Abb.: Der Vulkan Ätna auf Sizilien im August 2022. (Bild: J. Meßerschmidt)

Der Ausbruch des Mount Pinatubo auf den Philippinen 1991 war eine der stärksten Eruptionen der letzten einhundert Jahre. Seine Auswirkung auf die Stratosphäre ist gut dokumentiert und verstanden. Es standen zu dieser Zeit allerdings nur wenige boden- oder satelliten­gestützte Messungen zur Verfügung, die die Temperatur bis hinauf zur Mesopause beobachten konnten. Manche dieser Messungen zeigen ein interessantes Phänomen: Es gibt Hinweise auf eine Erwärmung der Mesopausen­region kurz nach dem Vulkan­ausbruch. Die verfügbaren Daten stammten von verschiedenen Arten von Mess­instrumenten, woraus sich eine große Unsicherheit ergab, was sowohl die Stärke als auch den Zeitpunkt dieses Signals betraf.

Doch welcher dynamische Mechanismus kann solch ein Signal erzeugen? Dazu wurde ein globales Zirkulationsmodell mit einer großen vertikalen Ausdehnung genutzt. Der simulierte Vulkanausbruch war etwa doppelt so stark wie der des Pinatubo von 1991. Das Modell zeigt eine deutliche Erwärmung der Mesopause über dem Sommerpol etwa fünf Monate nach der Eruption. Im Vordergrund scheinen wellen-getriebe dynamische Prozesse zu stehen, die von der unteren Stratosphäre bis in die Mesosphäre wirken. Dies ist plausibel, da die Schichten in der Atmosphäre dynamisch miteinander gekoppelt sind. Dabei spielen sich diese Prozesse haupt­sächlich innerhalb derselben Hemisphäre ab. Es gibt allerdings Hinweise, dass der Zustand der Stratosphäre auf der Winterseite ebenfalls einen Einfluss auf die Sommer­mesopause haben könnte, obwohl sich beide auf verschiedenen Hemisphären befinden.

Die Sommer­mesopause ist der kälteste Ort unserer Atmosphäre und unter den richtigen Bedingungen erlaubt sie die Bildung von Nacht-leuchtenden Wolken. Diese bestehen aus Eispartikeln, die in den Sommer­monaten mit etwas Glück als fragile leuchtende Gebilde am Nachthimmel zu sehen sind. Ihre Existenz und Beschaffenheit sind von der Temperatur der umgebenen Luft abhängig. Starke Vulkan­ausbrüche haben demnach das Potenzial, dieses Natur­phänomen zu beeinflussen. Wie genau sich die Eigenschaften Nacht-leuchtender Wolken dadurch verändern könnten, wird derzeit noch erforscht.

U. Greifswald / JOL

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