Studie zeigt, wie ein Vulkanausbruch Methan freisetzte – und abbaute
Am 15. Januar zerstörte eine gewaltige Eruption die kleine Vulkaninsel Hunga Tonga–Hunga Haʻapai, die rund 65 Kilometer nördlich der tongaischen Hauptinsel Tongatapu lag, und hinterliess eine Caldera. Der Ausbruch des Unterwasservulkans war rekordverdächtig: Die Eruptionssäule erreichte eine Höhe von rund 57 bis 58 Kilometern – höher als jede andere zuvor mit moderner Technik beobachtete Eruptionswolke. Und was besonders bemerkenswert war: Der Ausbruch schleuderte gewaltige Mengen Wasserdampf in die Stratosphäre – gemäss Schätzungen etwa 140 bis 150 Milliarden Kilogramm Wasser. Dies entspricht etwa zehn Prozent des üblicherweise weltweit vorhandenen stratosphärischen Wasserdampfs.
Tonga's Hunga Tonga volcano just had one of the most violent volcano eruptions ever captured on satellite. pic.twitter.com/M2D2j52gNn
— Colin McCarthy (@US_Stormwatch) January 15, 2022
Reinigender Einfluss
Vulkanausbrüche wirken global auf das Klima ein, indem sie Gase wie Schwefeldioxid und in geringerem Umfang auch Methan in die Atmosphäre einbringen. Eine neue Studie, die im Fachmagazin Nature Communications erschienen ist, zeigt nun, dass diese Eruptionen auch einen reinigenden Effekt auf die Atmosphäre haben können. Das Forschungsteam der Universität Kopenhagen und internationaler Partnerinstitute unter der Leitung des Physikers Maarten van Herpen von Acacia Impact Innovation BV entdeckte mithilfe von Satellitenmessungen einen bisher unbekannten natürlichen Mechanismus, der den chemischen Abbau des Methans in der Atmosphäre messbar beschleunigt.
Natürlicher Prozess
Bereits 2023 wurde ein natürlicher Prozess entdeckt, der zum Abbau von Methan führt: Saharastaub vermischt sich über dem Atlantik mit Meersalz und bildet winzige Eisensalz-Aerosole. Unter dem Einfluss von Sonnenlicht entstehen daraus Chloratome, die wiederum Methan abbauen. «Neu – und völlig überraschend – ist, dass derselbe Mechanismus offenbar auch in einer vulkanischen Wolke hoch oben in der Stratosphäre auftritt, wo die physikalischen Bedingungen vollkommen anders sind», stellt Professor Matthew Johnson vom Institut für Chemie der Universität Kopenhagen in einer Mitteilung der Hochschule fest.
Der Vulkanausbruch von 2022 schleuderte gigantische Mengen von salzigem Meerwasser zusammen mit vulkanischer Asche in die Stratosphäre. Der enorme Wasserdampfeintrag erhöhte die Konzentration von sogenannten Hydroxylradikalen (OH). Diese hochreaktiven Moleküle gelten als «Reinigungsmittel» der Atmosphäre, da sie unter anderem Methan oxidieren. Zudem entstand hochreaktives Chlor, als Sonnenlicht auf die Mischung von Meerwasser und Vulkanasche traf. Auch das Chlor baute einen Teil des vom Vulkan freigesetzten Methans ab.
Verräterisches Formaldehyd
Der sichtbare Beweis für diesen Methan-Abbau waren grosse Mengen von Formaldehyd, die das Forschungsteam auf den TROPOMI-Satellitenbildern nachweisen konnte. Formaldehyd ist ein kurzlebiges Zwischenprodukt des Methan-Abbaus. Allerdings war die Erfassung von Formaldehyd durch TROPOMI in einer stratosphärischen Vulkanwolke keine alltägliche Aufgabe für dieses Instrument, sondern lagweit ausserhalb seiner normalen Betriebsbedingungen. «Wir mussten die Empfindlichkeit des Satelliten sorgfältig an die ungewöhnliche Höhe des Signals anpassen und Störungen durch die aussergewöhnlich hohen Schwefeldioxidkonzentrationen berücksichtigen. Diese Korrekturen richtig durchzuführen, war entscheidend, um zu bestätigen, dass das, was wir sahen, auch wirklich real war», präzisierte Isabelle De Smedt vom Königlich-Belgischen Institut für Weltraum-Aeronomie.
«Als wir die Satellitenbilder analysierten, waren wir überrascht, eine Wolke mit einer rekordverdächtigen Formaldehydkonzentration zu entdecken. Wir konnten die Wolke zehn Tage lang verfolgen, bis nach Südamerika. Da Formaldehyd nur wenige Stunden lang besteht, zeigte dies, dass die Wolke über mehr als eine Woche hinweg kontinuierlich Methan abgebaut haben muss», erklärt Van Herpen.
Methanemissionen wie von zwei Millionen Kühen pro Jahr
Nach Berechnungen der Forscher stiess der Vulkan während des Ausbruchs rund 300 Gigagramm (1 Gg entspricht 1 Milliarde Gramm oder 1000 Tonnen) Methan aus – das entspreche den jährlichen Methanemissionen von mehr als zwei Millionen Kühen. Täglich wurden etwa 900 Megagramm (Mg) abgebaut – das Äquivalent der täglichen Emissionen von zwei Millionen Kühen. Damit gelang es dem Forschungsteam zum ersten Mal, den Methan-Abbau nach einem extremen Vulkanereignis direkt satellitengestützt zu quantifizieren. Bisher hatte man solche Prozesse vornehmlich mit Modellrechnungen beschrieben.
Da das Treibhausgas Methan derzeit für ein Drittel der globalen Erwärmung verantwortlich ist und über einen Zeitraum von 20 Jahren etwa 80-mal stärker als CO₂ wirkt, ist die Entdeckung dieses Mechanismus für den Klimaschutz relevant. Methan wird allerdings relativ schnell abgebaut – typischerweise innerhalb von etwa zehn Jahren. Forscher bezeichnen die Reduktion dieses Treibhausgases daher manchmal als kurzfristige «Notbremse» gegen die Klimaerwärmung.
Das Forschungsteam zeigt sich vorsichtig optimistisch: «Es liegt auf der Hand, dass die Industrie versucht, dieses Naturphänomen nachzuahmen – allerdings nur, wenn sich dessen Sicherheit und Wirksamkeit nachweisen lassen. Unsere Satellitenmethode könnte einen Ansatz bieten, um herauszufinden, wie der Mensch die globale Erwärmung verlangsamen könnte», schreibt Johnson. (dhr)
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