Hochexplosive Vulkanausbrüche haben globale Auswirkungen auf das Klima. Umgekehrt könnten Folgen des Klimawandels wie Starkregenereignisse und abtauende Gletscher die Aktivität und Explosivität von Vulkanen erhöhen.
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- # Vulkanausbrüche und Klimawandel – wie hängt das zusammen?

Supereruption könnte Erderwärmung abbremsen

## Die explosive Gefahr: Wie sich Klimawandel und Vulkanausbrüche gegenseitig beeinflussen

Hochexplosive Vulkanausbrüche haben globale Auswirkungen auf das Klima. Umgekehrt könnten Folgen des Klimawandels wie Starkregenereignisse und abtauende Gletscher die Aktivität und Explosivität von Vulkanen erhöhen.

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Hochexplosive Vulkanausbrüche haben globale Auswirkungen auf das Klima. Umgekehrt könnten Folgen des Klimawandels wie Starkregenereignisse und abtauende Gletscher die Aktivität und Explosivität von Vulkanen erhöhen.

Quelle: RND-Montage/Gina Patan

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Der Klimawandel könnte das Risiko von explosiven Vulkanausbrüchen erhöhen. Aktuelle Forschungen beschäftigen sich intensiv mit diesem Phänomen. Eine starke Eruption könnte wiederum enorme Auswirkungen auf das Klima haben – und die Erderwärmung abbremsen. Das wäre keine gute Nachricht.

Tobias Kurz

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Fachleute stellen sich derzeit die Frage: Erhöht der menschengemachte Klimawandel die Vulkanaktivität – und damit das Risiko eines hochexplosiven Ausbruchs? „Das ist ein komplexes Problem und Gegenstand aktueller Forschungen“, sagt Anja Schmidt, die am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) das Institut für Physik der Atmosphäre leitet. Seit einigen Jahren forscht die Expertin für Klimamodellierung zu den Wechselwirkungen von Vulkanismus und Klima.

Beim Ausbruch des Unterwasservulkans Hunga Tonga im Jahr 2022 stieg eine große Asche-, Dampf- und Gaswolke bis in eine Höhe von 18 bis 20 Kilometer über dem Meeresspiegel auf.

Beim Ausbruch des Unterwasservulkans Hunga Tonga im Jahr 2022 stieg eine große Asche-, Dampf- und Gaswolke bis in eine Höhe von 18 bis 20 Kilometer über dem Meeresspiegel auf.

Quelle: Tonga Geological Services/ZUMA P

## Druckveränderungen in der Erde: Wie der Klimawandel Vulkanaktivität erhöht

Dass es diese gibt, ist unbestritten. „Wir wissen, dass durch die globale Erderwärmung die Gletscher schmelzen. Und das führt zu Druckveränderungen in der Erde. Die können tatsächlich zu einer erhöhten Frequenz von Vulkanausbrüchen führen“, erklärt Schmidt. Die schweren Gletscher drücken Erdkruste und den äußeren Erdmantel nach unten. Tauen die Eispanzer ab, entsteht ein Gegendruck, der Spannungen erzeugt. Die entladen sich in Form verstärkter Vulkanaktivität.

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Zu beobachten ist dieses Phänomen beispielsweise in Island. Dort konnte ein Anstieg der Frequenz von Vulkanausbrüchen seit der letzten Eiszeit festgestellt werden. „Es ist nicht so, dass es sofort zu einer erhöhten Frequenz kommt, wenn der Gletscher weg ist. Es dauert oft mehrere Jahrhunderte, bis sich ein Effekt einstellt“, sagt Schmidt. Studien zeigen aber, dass Eruptionszyklen mit den Klimazyklen (Wechsel von Warm- und Kaltzeit) korrelieren. Das heißt: Zeitlich versetzt folgt auf Phasen der Erwärmung stets eine Phase mit erhöhter Vulkanaktivität. Der menschengemachte Klimawandel, der über den natürlichen, Jahrtausende andauernden Klimawandel hinausgeht, könnte diesen Effekt verstärken.

## Zunehmende Starkregenfälle sind ein Risiko für Vulkangebiete

Eine Untersuchung des Vulkans Kilauea auf Hawaii ließ zudem einen weiteren Zusammenhang von Klimawandel und Vulkanaktivität vermuten. Forscher nehmen an, dass die unerwartet heftigen Eruptionen des Kilauea 1983 und 2018 durch Starkregenfälle ausgelöst wurden – die wiederum wegen des Treibhauseffekts zunehmen. „Starkniederschläge können zu Instabilitäten an Hängen von Vulkanen führen. Das kann einen Ausbruch auslösen“, sagt Schmidt, die allerdings betont, dass die Studie aus Hawaii keinen generellen Rückschluss auf den Zusammenhang von Starkregen und Vulkanausbrüchen zulassen. „Die Unsicherheiten sind da noch relativ groß. Das hängt sehr von der Topografie des Vulkans ab. Aber der Mechanismus ist plausibel.“

Starkregenfälle sind nicht nur aufgrund ihrer destabilisierenden Wirkung auf Vulkangebilde gefährlich. Sie können auch einen Einfluss auf die Stärke eines Ausbruchs haben. Julie Belo, Geologin am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, erklärt: „Es gibt Studien und Modelle, die zeigen, dass Starkregenereignisse nicht unbedingt eine Auswirkung auf die Aktivität von Vulkanen, aber auf die Explosivität haben können.“

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###### Kurz erklärt: der Vulkanexplosivitätsindex VEI

Der Vulkanexplosivitätsindex VEI klassifiziert Vulkane nach ihrer explosiven Kraft und der Menge des ausgestoßenen vulkanischem Materials (Tephra). Auch die Höhe der Eruptionssäule spielt eine Rolle. Eingeführt wurde der Index 1982 von den US-amerikanischen Geologen Christopher G. Newhall und Stephen Self. Ein Vulkanausbruch der Stufe null ist nicht explosiv, sondern effusiv – das heißt, es entstehen nur Lavaströme oder Lavaseen. Ab Stufe fünf spricht man von einer sehr großen Explosivität. Dafür muss die Eruptionssäule mindestens 25 Kilometer hoch sein – und das ausgeworfene Tephra-Volumen bei mindestens einem Kubikkilometer liegen. Bei einem VEI acht ist das Volumen größer als 1000 Kubikkilometer. Solche Ausbrüche sind extrem selten und ereignen sich schätzungsweise in Zeitabständen von mehr als 10.000 Jahren. Vulkanausbrüche mit einem VEI null bis eins finden hingegen praktisch täglich statt.

Der Grund: Wenn Magma mit Wasser interagiert, kommt es zu sogenannten phreatomagmatischen Ausbrüchen. Das Wasser verdampft durch den Kontakt mit dem heißen Magma augenblicklich und dehnt sich dabei explosionsartig aus. Der Ausbruch des Hunga Tonga und der Ausbruch des Pinatubo auf den Philippinen im Jahr 1991 sind jüngere bekannte Beispiele für phreatomagmatische Ausbrüche, die eine gewaltige Explosionskraft entwickelten.

Einer der stärksten Vulkanausbrüche des 20. Jahrhunderts: Die Eruption des Pinatubo 1991 hatte einen Vulkanexplosivitätsindex von sechs – heute liegt dort ein beeindruckender Krater.

Einer der stärksten Vulkanausbrüche des 20. Jahrhunderts: Die Eruption des Pinatubo 1991 hatte einen Vulkanexplosivitätsindex von sechs – heute liegt dort ein beeindruckender Krater.

Quelle: imago images/NaiveAngel

„Starkregenereignisse führen vor allem zu sekundären Vulkangefahren“, sagt Belo. Sprich: Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Vulkan ausbricht, wird nicht höher – aber das Potenzial eines explosiven Ausbruchs. Ein ähnlicher Effekt tritt auch in Gletschergebieten auf. „Wenn Schmelzwasser in das Vulkangebäude eintritt, kann es auch zu einem explosiven Ausbruch kommen“, sagt die Geologin.

## Wie große Eruptionen das Klima verändern

Kommt es zu solch einem explosiven Ausbruch, kann sich das wiederum auf das Klima auswirken. Insbesondere nach sogenannten Supereruptionen mit einer Stärke von sieben bis acht VEI (Vulkanexplosivitätsindex) ist ein deutliches Absinken der globalen Durchschnittstemperatur zu erwarten. Das Phänomen wird auch vulkanischer Winter genannt. Vulkane stoßen Treibhausgase aus, vor allem Schwefeldioxid. Die großen explosiven Eruptionen befördern diese Schwefelgase in die Stratosphäre. Dort wandeln sich die Gase in kleine Partikel um, sogenannte Sulfat-Aerosole. Diese bilden eine Aerosolschicht, die die Sonnenstrahlung reflektiert – was zu einer Abkühlung der Erdoberfläche führt.

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Bei hochexplosiven Vulkanausbrüchen mit bis zu 40 Kilometer hohen Eruptionssäulen gelangen klimawirksame Gase wie Schwefel in die Stratosphäre, wo sie in Sulfataerosole umgewandelt werden. Diese bilden eine Aerosolschicht, die verhindert, dass wärmende Sonnenstrahlen mit der gleichen Intensität wie vorher auf der Erdoberfläche ankommen. Die Folge ist ein Absinken der Temperaturen für mehrere Jahre – auch vulkanischer Winter genannt.

Bei hochexplosiven Vulkanausbrüchen mit bis zu 40 Kilometer hohen Eruptionssäulen gelangen klimawirksame Gase wie Schwefel in die Stratosphäre, wo sie in Sulfataerosole umgewandelt werden. Diese bilden eine Aerosolschicht, die verhindert, dass wärmende Sonnenstrahlen mit der gleichen Intensität wie vorher auf der Erdoberfläche ankommen. Die Folge ist ein Absinken der Temperaturen für mehrere Jahre – auch vulkanischer Winter genannt.

Quelle: May Chim/Anja Schmidt/RND

Nach der einzigen Supereruption in der historischen Zeit, dem Ausbruch des Tambora auf der indonesischen Insel Sumbabwa im Jahr 1815, sank die globale Temperatur durchschnittlich um ein Grad. Das Folgejahr 1816 wird das „Jahr ohne Sommer“ genannt und war eines der kältesten seit Beginn der Wetteraufzeichnungen. Etliche europäische Staaten erlebten Ernteausfälle, Hungersnöte und Wirtschaftskrisen.

## Können Vulkanausbrüche die Erderwärmung abbremsen?

Nun könnte der Gedanke nahe liegen, dass ein vulkanischer Winter in Zeiten des Klimawandels auch eine Chance ist. Immerhin würde die Erderwärmung abgebremst werden. Ganz so einfach ist es aber nicht. Denn die Abkühlung ist nur kurzfristig. „Das sind Auswirkungen, die ein bis maximal mehrere Jahre anhalten“, erklärt Geologin Julie Belo. Danach würden die Temperaturen wieder steigen. Außerdem beschädigen vulkanische Gase, die in die Stratosphäre aufsteigen, die Ozonschicht – was die gefährliche UV-Strahlung erhöht. „Die Aerosolschicht wird über ein paar Jahre abgebaut, dann wäre die Temperatur wieder auf dem Niveau von vorher. Bei der Ozonschicht ist es langfristiger. Ozonlöcher brauchen länger, um wieder zu verheilen“, erklärt Belo.



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Hinzu kommt: Die Temperatur würde sich nach einem Vulkanausbruch nicht nur am Boden verändern, sondern in allen Schichten der Atmosphäre. „Das hat einen Einfluss auf Niederschläge“, sagt Anja Schmidt. „Wir wissen, dass es nach bestimmten Eruptionen zu Dürren kam, beispielsweise in der Sahelregion. Und regional würde bei einer Supereruption auch Vulkanasche eine Rolle spielen. Die kann dazu führen, dass Felder nicht mehr bewirtschaftet werden können und Dächer zusammenbrechen.“

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## „Das würde totales Chaos verursachen“

Eine Studie zeigte zudem, dass es nach dem Ausbruch des Hunga Tonga (VEI fünf) über mehrere Stunden zu weltweiten Störungen beim GPS-Empfang kam. Flug- und Schiffsverkehr könnte bei einer Eruption größeren Ausmaßes komplett zum Erliegen kommen. „Das würde totales Chaos verursachen, weil wir so vernetzt sind“, betont Schmidt. „Die Folgen gehen weit über die Abkühlung der Bodentemperatur hinaus.“

Menschen filmen den Ausbruch des Vulkans auf der Insel La Palma.

## Italiens Angst vor dem Supervulkan: Welche Folgen hätte ein Ausbruch?

Immer wieder erschüttern Erdbeben die Region um Neapel, Fachleute beobachten die Situation mit Sorge. Die Campi Flegrei in Süditalien gelten als sogenannter Supervulkan. Ein großer Ausbruch hätte schwerwiegende Konsequenzen für die gesamte Erdbevölkerung.

Zwei weitere Unwägbarkeiten machen die Klimafolgen eines großen Vulkanausbruchs nur schwer prognostizierbar. Eine große Rolle spielt dabei die sogenannte Brewer-Dobson-Zirkulation in der Stratosphäre, die die Lebensdauer der wichtigsten Treibhausgase in der unteren Stratosphäre bestimmt. Dadurch werden die Aerosolpartikel schneller von den Tropen in Richtung Pole transportiert und können dadurch nicht mehr so groß anwachsen.

„Die Größe der Partikel hat einen Einfluss auf die sogenannte Strahlungswirkung. Es gibt einen Punkt, wo sie besonders effektiv sind, also an dem die Größe ideal ist, um sehr viel Sonnenstrahlung zu reflektieren“, erklärt Schmidt. Sind die Partikel zu klein oder zu groß, wird der Effekt kleiner. Gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen aus Großbritannien hat die Physikerin dieses Phänomen untersucht. Die Forschergruppe entwickelte ein interaktives Online-Tool, mit dem es möglich ist, die Reaktion des globalen Klimas auf einen explosiven Vulkanausbruch im Modell zu berechnen und zu visualisieren. „Wir haben festgestellt, dass die Klimawirkung bei Eruptionen, die in den Tropen stattfinden und der Eruption des Pinatubo von 1991 ähneln, besonders stark ist.“

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## Stratosphäre schrumpft: Welche Auswirkungen das hat

Ein weiterer Faktor: Durch den Klimawandel verschiebt sich die Tropopause, die Troposphäre und Stratosphäre trennt, nach oben. Vulkaneruptionen, die deshalb die zwölf Kilometer über der Erde liegende Stratopsphäre nicht mehr erreichen, hätten dem Modell zufolge geringere Klimafolgen, weil die Aerosole durch den Regen schneller ausgewaschen werden. Bei Supereruptionen, die klimawirksame Gase bis zu 40 Kilometer hoch befördern, würde der Effekt hingegen stärker ausfallen. Denn die Konzentration der Gase wäre in der schrumpfenden Stratosphäre höher. „Die große Frage ist: Was ist der Nettoeffekt? Daran forschen wir gerade“, sagt Schmidt. „Fest steht: Der Klimawandel verändert die Zirkulation in der Stratosphäre, was Auswirkungen darauf haben kann, wie Sulfataerosole wachsen.“ Und die Größe der Aerosole ist entscheidend für die Strahlungswirkung.

## Geoengineering: Kann man die Folgen eines Vulkanausbruchs simulieren?

Als Retter in der Not gegen die Erderwärmung taugen Vulkane also nicht. „Wenn man den Klimawandel stoppen will, dann gibt es eigentlich nur einen Weg: den Ausstoß von Treibhausgasen zu reduzieren“, sagt Schmidt. Auch Überlegungen, die Stratosphäre gezielt mit Sulfat-Aerosolen zu impfen und die Folgen einer Vulkaneruption zu simulieren, hält sie derzeit nicht für eine geeignete Maßnahme. Das sogenannte Geoengineering berge noch sehr große Unsicherheiten.

26.12.2019, Saudi-Arabien, Riad: Der Mondschatten verdunkelt während einer jährlichen Sonnenfinsternis die Sonne, die als Feuerring-Phänomen bekannt ist. Foto: -/Saudi Press Agency/dpa +++ dpa-Bildfunk +++

## ﻿Hilft die künstliche Verdunkelung der Sonne dem Klimaschutz?

Fachleute gehen davon aus, dass das Ziel, die Erwärmung der Erde auf maximal 1,5 Grad Celsius zu beschränken, nicht mehr erreicht wird. Was also tun für den sich aufheizenden Planeten – und damit für uns? Forschende beschäftigen sich seit Jahrzehnten mit einem gigantischen Sonnenschutz in der Stratosphäre.

Das Problem bei einer Verdunkelung der Sonne sei, dass die Stärke der Abkühlung regional variiert. „Da kommt die Frage auf: Was ist denn eine gute Temperatur? Wenn wir in Deutschland um 0,5 Grad absenken, was heißt das dann beispielsweise für Indien?“ Ein weiteres Problem ist der endliche Effekt des Geoengineering. „Es gibt Studien, die in Modellen gezeigt haben, dass die Temperatur innerhalb weniger Jahre nicht nur zurückkehrt zur ursprünglichen Temperatur – sondern höher wird.“

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