Wie tragen Vulkane zum Klimawandel bei?

Vulkane verändern das Klima der Erde, indem sie es erwärmen und abkühlen. Ihre Nettowirkung auf das Klima ist heute im Vergleich zu den vom Menschen verursachten Schadstoffen gering.

Trotzdem warnt der Klimawandel, der in prähistorischer Zeit durch nahezu konstante Eruptionen und in den letzten Jahrhunderten durch eine Handvoll epischer Eruptionen verursacht wurde: Es hilft uns, uns das Leben auf der Erde vorzustellen, wenn wir die Umwelt durch unsere Nachlässigkeit ruinieren lassen.

Vulkane der Vorgeschichte

Die Anzahl der Vulkanausbrüche in der aufgezeichneten Geschichte verblasst im Vergleich zu dem, was Wissenschaftler über vulkanische Aktivität in prähistorischer Zeit erkannt haben.

Vor etwa 252 Millionen Jahren brachen in einem weiten Teil des heutigen Sibiriens über etwa 100.000 Jahre hinweg stetig Vulkane aus. (Das mag wie eine lange Zeit erscheinen, aber in geologischer Hinsicht ist es ein Wimpernschlag.)

Die vulkanischen Gase und die Asche, die der Wind um die Welt blies, lösten eine Kaskade von Klimaveränderungen aus. Das Ergebnis war ein katastrophaler, weltweiter Zusammenbruch der Biosphäre, der bis zu 95% aller Arten auf der Erde tötete. Geologen bezeichnen dieses Ereignis als das Große Sterben.

Vulkankatastrophen in historischen Zeiten

Vor 1815 galt der Mount Tambora auf der indonesischen Insel Sumbawa als erloschener Vulkan. Im April dieses Jahres explodierte es – zweimal. Mt. Tambora war einst etwa 14.000 Fuß hoch. Nach seinen Explosionen war es nur etwa zwei Drittel so groß.

Das meiste Leben auf der Insel wurde ausgerottet. Die Schätzungen des menschlichen Todes variieren stark, von den 10.000 sofort getöteten, wie im Smithsonian Magazine berichtet, bis zu den 92.000, die der United States Geological Survey (USGS) vorschlägt, starben meist durch Hunger, nachdem vulkanische Gase und Asche das Land ruiniert und das Klima verändert hatten. Bis auf vier glückliche Menschen verschwand das gesamte Königreich Tambora (10.000 Menschen stark) in den Explosionen.

Mit der schnellen Injektion von Asche und Gasen in die Atmosphäre entwickelten sich die Monsune in Asien langsamer, was zu Dürren führte, die zu Hungersnöten führten. Auf Dürre folgten Überschwemmungen, die die mikrobielle Ökologie des Golfs von Bengalen veränderten. Dies scheint zu einer neuen Cholera-Variante und einer globalen Cholera-Pandemie geführt zu haben. Jahrhunderts waren die Gesundheitsbehörden nicht koordiniert, so dass die Zahl der Todesopfer der Pandemie schwer zu bestimmen ist. Nicht endgültige Schätzungen gehen von mehreren zehn Millionen aus.

Im folgenden Jahr war die Tambora-induzierte globale Abkühlung so stark, dass 1816 oft als „Jahr ohne Sommer“ und als „kleine Eiszeit“ in Erinnerung bleibt.“ Schneestürme fegten in den Sommermonaten über Nordamerika und Teile Europas, töteten Getreide und Vieh und verursachten Hungersnöte, Unruhen und eine Flüchtlingskrise. Gemälde aus dem Jahr zeigen dunkle, seltsam gefärbte Himmel.

Abgesehen vom Mount Tambora und einer erschreckend großen Handvoll anderer Vulkankatastrophen waren die Ereignisse in historischen Zeiten nicht annähernd so dramatisch wie in der Vorgeschichte.

Laut der USGS steigt entlang der ozeanischen Grate der Erde, wo tektonische Platten unter tiefem Wasser aneinander vorbei gleiten, ständig geschmolzenes Gestein aus dem überhitzten Erdmantel aus der Tiefe der Erdkruste auf und erzeugt neuen Meeresboden. Technisch gesehen sind alle Orte entlang des Kamms, an denen geschmolzenes Gestein auf Meerwasser trifft, Vulkane. Abgesehen von diesen Orten gibt es weltweit etwa 1.350 potenziell aktive Vulkane, von denen nur etwa 500 in der aufgezeichneten Geschichte ausgebrochen sind. Ihre Auswirkungen auf das Klima waren tiefgreifend, aber meist nur von kurzer Dauer.

Volcano Basics

Das USGS definiert Vulkane als Öffnungen in der Erdkruste, durch die Asche, heiße Gase und geschmolzenes Gestein (auch bekannt als „Magma“ und „Lava“) entweichen, wenn Magma durch die Erdkruste und aus den Seiten oder der Spitze eines Berges nach oben drückt.

Einige Vulkane entladen sich langsam, fast so, als würden sie ausatmen. Für andere ist der Ausbruch explosiv. Mit tödlicher Kraft und Temperatur blasen Lava, brennende Gesteinsbrocken und Gase aus. (Als Beispiel dafür, wie viel Material ein Vulkan spucken kann, schätzt die National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), dass der Mount Tambora 31 Kubikmeilen Asche ausgestoßen hat. Wired Magazine berechnet, dass Asche in diesem Volumen „die gesamte Spielfläche des Fenway Park in Boston 81.544 Meilen (131.322 km) tief begraben könnte.“)

Mount Tambora war der größte Ausbruch in der aufgezeichneten Geschichte. Trotzdem spucken Vulkane im Allgemeinen viel Asche aus. Gase auch. Wenn ein Berg an seiner Spitze „bläst“, können die ausgestoßenen Gase in die Stratosphäre gelangen, die Atmosphärenschicht, die sich von etwa 6 Meilen bis 31 Meilen über der Erdoberfläche erstreckt.

Klimaauswirkungen von Vulkanasche und -gasen

Während Vulkane die Umgebungsluft überhitzen und die Temperaturen lokal erwärmen, während der Berg und seine Lava glühend heiß bleiben, ist die globale Abkühlung die längere und tiefgreifende Wirkung.

Globale Erwärmung

Eines der primären Gase, die Vulkane abgeben, ist Kohlendioxid (CO2) — das auch das vom Menschen verursachte Treibhausgas ist, das am meisten für die Erwärmung des Erdklimas verantwortlich ist. CO2 erwärmt das Klima, indem es Wärme speichert. Es erlaubt kurzwellige Strahlung von der Sonne durch die Atmosphäre, aber es tut dies, während es etwa die Hälfte der resultierenden Wärmeenergie (die langwellige Strahlung ist) daran hindert, aus der Erdatmosphäre zu entkommen und sich zurück in den Weltraum zu bewegen.

Die USGS schätzt, dass Vulkane jedes Jahr etwa 260 Millionen Tonnen CO2 in die Atmosphäre abgeben. Trotzdem hat das von Vulkanen emittierte CO2 wahrscheinlich keinen signifikanten Einfluss auf das Klima.

Die NOAA schätzt, dass Menschen die Erdatmosphäre mit 60-mal mehr CO2 vergiften als Vulkane. Das USGS schlägt vor, dass der Unterschied noch größer ist; Es berichtet, dass Vulkane weniger als 1% des CO2 freisetzen, das Menschen freisetzen, und dass „das Kohlendioxid, das bei zeitgenössischen Vulkanausbrüchen freigesetzt wird, nie eine nachweisbare globale Erwärmung der Atmosphäre verursacht hat.“

Globale Abkühlung, saurer Regen und Ozon

Wie die winterlichen Folgen der Explosionen des Mount Tambora deutlich machten, ist die durch Vulkane verursachte globale Abkühlung eine große Gefahr. Saurer Regen und die Zerstörung der Ozonschicht sind weitere katastrophale Auswirkungen von Vulkanen.

Globale Kühlung

Aus Gas: Zu den vulkanischen Gasen gehört neben CO2 auch Schwefeldioxid (SO2). Laut USGS ist SO2 die wichtigste Ursache für vulkanisch induzierte globale Abkühlung. SO2 wandelt sich in Schwefelsäure (H2SO4) um, die zu feinen Sulfattröpfchen kondensiert, die sich mit vulkanischem Dampf verbinden und einen weißlichen Dunst erzeugen, der allgemein als „vog.“ Vog wird vom Wind um die Welt geblasen und reflektiert fast alle einfallenden Sonnenstrahlen, denen es begegnet, in den Weltraum zurück.

So viel SO2 wie Vulkane in die Stratosphäre abgeben, kennzeichnet die Environmental Protection Agency (EPA) die primäre Quelle von SO2-Dunst als „die Verbrennung fossiler Brennstoffe durch Kraftwerke und andere Industrieanlagen.“ Hey, Vulkane. Sie sind in dieser Hinsicht relativ aus dem Schneider.

Aus Asche: Vulkane werfen Tonnen winziger Fragmente von Gestein, Mineralien und Glas in den Himmel. Während die größeren Stücke dieser „Asche“ ziemlich schnell aus der Atmosphäre fallen, steigen die kleinsten in die Stratosphäre auf und bleiben in extrem hohen Höhen, wo der Wind sie buffettiert. Die Millionen oder Milliarden winziger Aschepartikel reflektieren einfallende Sonnenstrahlen von der Erde weg und zurück zur Sonne und kühlen das Erdklima ab, solange Asche in der Stratosphäre verbleibt.

Von Gas und Asche gemeinsam: Geophysiker mehrerer Institutionen in Boulder, Colorado, führten eine Klimasimulation durch und verglichen ihre Ergebnisse mit Beobachtungen, die nach dem tropischen Mt. Kelut-Ausbruch im Februar 2014. Sie fanden heraus, dass die Persistenz von SO2 in der Atmosphäre signifikant davon abhing, ob es Aschepartikel beschichtet hatte. Mehr SO2 auf Asche führte zu länger anhaltendem SO2, das das Klima kühlen kann.

Saurer Regen

Man könnte sich vorstellen, dass eine einfache Lösung für die globale Erwärmung darin besteht, die Stratosphäre absichtlich mit SO2 zu infundieren, um Abkühlung zu erzeugen. In der Stratosphäre ist jedoch Salzsäure (HCl) vorhanden. Es ist da, weil Industriekohle auf der Erde brennt und auch, weil Vulkane es ausstoßen.

Wenn SO2, HCl und Wasser auf der Erde niederschlagen, tun sie dies als saurer Regen, der Nährstoffe aus dem Boden entfernt und Aluminium in die Wasserwege auslaugt, wodurch viele Arten von Meereslebewesen getötet werden. Würden Wissenschaftler versuchen, der globalen Erwärmung mit SO2 entgegenzuwirken, könnten sie Chaos anrichten.

Ozon

Vulkanisches HCl birgt neben seinem Potenzial, als saurer Regen auszufallen, eine weitere Gefahr: Es bedroht die Ozonschicht der Erde, die die DNA aller Pflanzen und Tiere vor der Zerstörung durch ungehinderte ultraviolette Sonnenstrahlung schützt. HCl zerfällt schnell in Chlor (Cl) und Chlormonoxid (ClO). Cl zerstört Ozon. Laut EPA „kann ein Chloratom über 100.000 Ozonmoleküle zerstören.“

Satellitendaten nach Vulkanausbrüchen auf den Philippinen und Chile zeigten einen Ozonverlust von bis zu 20% in der Stratosphäre über den Vulkanen.

Das Mitnehmen

Im Vergleich zur vom Menschen verursachten Umweltverschmutzung ist der Beitrag, den Vulkane zum Klimawandel leisten, gering. Das Klima zerstörende CO2, SO2 und HCl in der Erdatmosphäre sind meist das direkte Ergebnis industrieller Prozesse. (Asche aus der Kohleverbrennung ist meist ein terrestrischer und geringerer Luftschadstoff, und daher kann ihr Beitrag zum Klimawandel begrenzt sein.)

Trotz der relativ unbedeutenden Rolle, die Vulkane typischerweise beim Klimawandel spielen, können die Überschwemmungen, Dürren, Hungersnöte und Krankheiten, die nach Megavulkanen aufgetreten sind, als Warnung dienen. Wenn die vom Menschen verursachte Luftverschmutzung unvermindert anhält, könnten Überschwemmungen, Dürren, Hungersnöte und Krankheiten unaufhaltsam werden.