Wieviel Einfluss haben Vulkanausbrüche auf das Klima?

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Zu kaum einem Thema gibt es mehr Fehldeutungen als bei der Kausalität von Vulkanausbrüchen und der Klimawirkung.
Zu kaum einem Thema gibt es mehr Fehldeutungen als bei der Kausalität von Vulkanausbrüchen und der Klimawirkung.

Aus aktuellem Anlass (den Ausbruch des Calbuco) und aufgrund einer Diskussion über die klimatischen Auswirkungen möchte ich einmal die Auswirkungen von Vulkanausbrüchen auf das Erdklima thematisieren.

Viel zu oft liest man leider unsachliche Thesen nach dem Motto "Ein Vulkan ist ausgebrochen, jetzt kommt endlich eine globale Abkühlung für 5 Jahre" oder "Ein Vulkan ist ausgebrochen, jetzt kommt die Eiszeit und die Welt geht unter". Das ist natürlich Unsinn, denn die meisten Vulkane, die ausbrechen, sind von so geringer Größe nach dem Vulkanexplosivitäts-Index (VEI), dass sie diese Wirkung nicht besitzen. Um zu verstehen, wie Vulkane das Klima* beeinflussen, sehen wir uns zunächst an, welche Stoffe sie emittieren.

Vulkanhusten: Was eruptiert denn da?

Grundsätzlich könnte man sagen: Es kann nur rauskommen, was drin steckt.
Was steckt denn in einem Vulkan? Hier handelt es sich um Gase und natürlich Magma. Magma ist flüssiges Gestein, das durch Hitze und Druck geschmolzen ist - eine sog. "silikatische Schmelze" (da auf Silizium beruhend). Tritt es aus dem Inneren des Vulkans an die Oberfläche, wird es Lava genannt.

Bei einer explosiven Eruption wird das Magma zerrissen und in Feststoffe und Asche verwandelt. Während die sog. Tephra, also Feststücke, wieder zu Boden regnen, wie ein Teil der Asche ebenso, gelangt eine große Menge Asche auch in die höhere Atmosphäre (je nach Größe der Eruption). Während man früher dachte, dass diese Feststoffe sich um die Erde verteilen, ist man heute zu der Erkenntnis gelangt, dass die Asche sich lediglich regional verteilt - wenngleich das auch bedeuten kann, dass Ascheregen über viele hundert Kilometer erfolgen kann.
Würde z. B. die Hekla in Island ausbrechen, so gelänge Asche bei günstiger Windlage bis nach Norddeutschland - wenn auch vermutlich nicht als sichtbarer Niederschlag, sondern so sporadisch, dass er einem Laien nicht auffällt.

Zudem ist Magma nicht immer gleich.
Es gibt viele unterschiedliche Schmelzformen - von dunklem Basalt bis hin zu rhyolitischem, hellen Magma - je nachdem, welche Gesteine in die Schmelze gelangten und unter welchen Bedingungen von Druck und Temperatur sie in der Magmakammer unter dem Vulkan geschmolzen wurden. Dies hängt wiederum auch mit der Art des Vulkans zusammen. Vulkane, die in Subduktionszonen liegen (wie der jüngst ausgebrochene Calbuco), erhalten ihre Schmelzen dadurch, dass eine Kontinentalplatte sich unter eine andere schiebt und dabei das Gestein geschmolzen wird.

Andere Vulkane erhalten ihr Magma direkt aus dem Erdinnern, das nach oben transportiert wird z. B. durch sogenannten "Hot Spots" - Gebieten mit einer großen Magmakammer, über die in Jahrmillionen die Kontinentalplatte sich hinwegbewegt und so eine Perlenschnur von Vulkanen erzeugt, beispielsweise im Pazifischen Feuerring und auch Island selbst ist eine Folge des dortigen Hot Spots.

Sog. Pahoehoe-Lava auf Hawaii. Sehr zähflüssig, daher der Name "worauf man mit Füssen gehen kann".<br />Es handelt sich um dunkle, basaltische (mafische) Lava mit niedrigem Siliziumgehalt.
Sog. Pahoehoe-Lava auf Hawaii. Sehr zähflüssig, daher der Name "worauf man mit Füssen gehen kann".
Es handelt sich um dunkle, basaltische (mafische) Lava mit niedrigem Siliziumgehalt.
Die "yellow stones" des Yellowstone Nationalparks in den USA. Ergebnis einer explosiven Eruption von rhyolitischer (felsischer) Lava, die deutlich heller ist nach dem Abkühlen und einen hohen Siliziumgehalt aufweist; © <a href="http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Grand_canyon_of_Yellowstone_and_Yellowstone_fall.jpg" target="_blank" rel="noopener noreferrer">Brocken Inaglory auf commons.wikimedia.org</a>, Lizenz: <a href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en" target="_blank" rel="noopener noreferrer">http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en</a>.
Die "yellow stones" des Yellowstone Nationalparks in den USA. Ergebnis einer explosiven Eruption von rhyolitischer (felsischer) Lava, die deutlich heller ist nach dem Abkühlen* und einen hohen Siliziumgehalt aufweist; © Brocken Inaglory auf commons.wikimedia.org, Lizenz: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en.

Vulkanflatulenz: Ja, es stinkt!

Die Asche eines Vulkans ist also nicht klimarelevant, da die Feststoffe innerhalb von Wochen aus der Atmosphäre aufgrund ihres Gewichts heraussinken.
Anders sieht es mit den Gasen aus, die in unfassbarer Menge bei einer explosiven Eruption ausgestoßen werden. Zu den beiden wichtigsten gehören Kohlendioxid und Schwefeldioxid.

Bestandteile und Auswirkungen einer vulkanischen Eruption.

Viele Menschen vergessen, dass ein Vulkan auch das Treibhausgas Kohlendioxid bei einer Eruption ausstößt. Allerdings ist die Menge dieses Gases in den meisten Fällen verschwindend gering mit dem von Menschen produzierten Mengen und verglichen mit dem gleichzeitigen Ausstoß von Schwefeldioxid bedeutungslos. Lediglich die sog. "Trapp"-Vulkane vor ca. 250 Millionen Jahren in Sibirien stießen über Jahrtausende so viel Kohlendioxid aus, dass die daraus entstehende globale Erwärmung 70% des Lebens an Land und etwa 97% des Lebens in den Ozeanen auslöschte - also in etwas was wir soeben in ca. 100 Jahren hinbekommen in einem globalen Experiment himmelschreiender Dämlichkeit.

Schwefeldioxid riecht nicht angenehm, wirkt allerdings der globalen Erwärmung entgegen, indem das Gas sich in der Atmosphäre mit Wasser zu Schwefelsäure verbindet.
Allerdings hat es kaum Wirkung, wenn es lediglich in die Troposphäre gelangt (also vom Boden bis etwa in 10 km Höhe). Dort wird es relativ schnell wieder durch Niederschlag ausgewaschen und vergiftet zudem am Boden Tiere und Land.
Erst wenn es in die Stratosphäre (ab ca. 10, besser 15-20 km Höhe) gelangt, wird es durch Luftströmungen verteilt und wirft äußerst effektiv das Sonnenlicht zurück und kühlt auf diese Weise die Erde ab. Der Ausbruch des Pinatubo 1991 beispielsweise kühlte die Erde global um ca. 1 Grad Celsius ab. Da die Klimakatastrophe jedoch in vollem Gang war, wurden davon lediglich ca. 0,5 Grad für 2 Jahre wirksam und danach legte die Klimakatastrophe ab 1994 richtig los.

Eruptionen, die lediglich die Troposphäre erreichen, wie z. B. die des Bardarbunga in Island vom letzten Jahr, haben dennoch Auswirkungen. Die Wissenschaftler sind sich hier noch äußerst uneins, weil sich der Nachweis zwischen Schwefelsäure in der Atmosphäre und den klimatischen Auswirkungen nur extrem schwer bestimmen lassen. Jedoch: Große Mengen Schwefeldioxid wie die des Bardarbunga, der pro Tag etwa 20.000 bis 60.000 Tonnen Schwefeldioxid freisetzte, sind Teil von globalen Emissionen vulkanischer Schwefelquellen. Viele Vulkane geben auch ohne eine Eruption Schwefel über sog. Fumarole, also quasi Auspufflöcher im Boden, frei und tragen zu einem globalen Abkühlungskoeffizienten durch Schwefel bei (siehe dazu die Grafik ganz am Ende des Artikels).

Die Auswirkungen sind jedoch sehr gering. Vorsichtige Schätzungen messen dem langmonatigen Ausbruch des Bardarbunga regional, also in Island, Großbritannien und Mitteleuropa, eine maximale Abkühlung von 0,2 Grad im Mittel bei. Um das zu veranschaulichen: Der Monat April war der 8. Monat, der in Folge zu warm* ausfiel. Die ca. 1,2 Grad Celsius zu warmen Werte wären demnach ohne den Bardarbunga-Ausbruch 1,4 Grad Celsius zu warm* gewesen.
Was wir jedoch bräuchten wäre ein Ausbruch, der die Werte auf 0,0 Grad senken würde und dazu bedürfte es schon eines massiven Ausbruchs der Hekla in Island beispielsweise, die sich auch seit Monaten ungewöhnlich verhält.

Schwefeldioxid: Wie weit reichen die Auswirkungen eines Ausbruchs?

Selbst wenn ein Vulkan explosiv ausbricht und seine Schwefeldioxidlast in die Stratosphäre schießt und somit eine klimatische Auswirkung erzeugt, so gibt es eine Menge Mißverständnisse über diese Wirkung.
Man liest leider Behauptungen, dass jeder explosive Vulkanausbruch wie z. B. der des Calbuco in Chile vor kurzem, in Europa Auswirkungen hätte. Dies ist (leider) schlichtweg falsch!
Eine Eruption mit einem Vulkan-Explosivitäts-Index (VEI) von nur 3 oder 4 kann einfach von der Menge gesehen nicht genug Schwefelsäure erzeugen, damit dieser sich global über den Planeten legt - sogar, wenn es sich um einen Schwefelvulkan par excellence handelt. Allerdings kann ein VEI 5 mit hohem Schwefelgehalt sehr wohl die gleiche Wirkung wie ein VEI 7 erlangen.

Schauen wir uns dafür als Nachweis für die lediglich regional begrenzte Wirkung einer Eruption ein Video der NASA über Schwefelaerosole (in Weiß) an, die für einen Zeitraum auf der Erde im Zeitraffer dargestellt werden. Beachten Sie hier besonders ab Minute 2 den Ausbruch des Vulkans Karthala in Madagaskar (für alle Erdkunde-Noobs: Das ist die Insel östlich vom südlichen afrikanischen Kontinent 🙂 ):

Man sieht hier deutlich, dass der Ausbruch lediglich regionale Auswirkungen hatte und nicht einmal annähernd sich auf Europa auswirkte, ja nicht einmal auf die gesamte südliche Hemisphäre.

Damit ein Vulkanausbruch globale Bedeutung erlangt, muss es sich um einen VEI Stufe 6 oder 7 handeln. Zum Vergleich: Ein Ausbruch wie der des Tambora 1815 war um den Faktor 1000 stärker als der des Calbuco. Der Calbuco-Ausbruch dauerte zudem einige Stunden, der Ausbruch des Tambora 7 (!) Tage. Das Schwefeldioxid verwandelte sich in der Stratosphäre zu Schwefelsäure, das sich als gelber Vorhang im Laufe von Wochen um die gesamte Erdkugel legte, verteilt durch die stratosphärischen Winde und so die Erde massiv abkühlte. Bekannt sind die Gemälde aus dieser Zeit, als Maler die schwefelgelben Sonnenuntergänge auf Leinwand festhielten:

William Turner, Abendstimmung in Wales, 1838
William Turner, Abendstimmung in Wales, 1838.

Erst nach etwa 10 Jahren normalisierten sich die Temperaturen schrittweise wieder zu den Werten vor dem Ausbruch des Tambora.

Anders gesagt: Ein Vulkanausbruch in Island, der die Stratosphäre erreicht, würde bei einem VEI von 3, 4 oder 5 regionale Auswirkungen haben und auch Deutschland betreffen. Globale Auswirkungen finden erst ab einem VEI Stufe 6 oder 7 statt (der Ausbruch des Pinatubo wurde als Stufe 6 klassifiziert). Ein Supervulkanausbruch wäre Stufe 8 und hätte massive globale Auswirkungen, die unser Leben komplett verändern würden, denn es handelt sich hier natürlich um eine einzigartige Naturkatastrophe, die nur mit dem Einschlag eines gewaltigen, massiven Meteoriten auf der Erde verglichen werden kann.

Zuletzt sei noch darauf hingewiesen, dass sich der Schwefelgehalt von Vulkanen stark unterscheidet. Während isländische Vulkane beispielsweise einen sehr hohen Schwefelgehalt aufweisen, ist die Menge an Schwefel beim Calbuco sehr gering gewesen (Quelle, sowie eine interessante Stellungnahme zur klimatischen Auswirkung des Calbuco-Ausbruchs: http://www.carbonbrief.org/blog/2015/04/how-do-volcanic-eruptions-influence-the-climate/).
Grundsätzlich wird die Bedeutung unterschiedlichen Schwefelausstosses bei Ausbrüchen mit dem Trübungsindex angegeben. So kann ein VEI 5 durchaus mehr Schwefel produzieren als ein VEI 7. Als Maßstab wird dabei der Ausbruch des Krakatau im Jahre 1883 als 1000 beziffert und andere Eruptionen damit verglichen. Der Ausbruch des Pinatubo hatte ebenfalls einen Trübungs-Index von 1000, während beispielsweise der Ausbruch des Tambora im Jahr 1815 einen unfassbaren Wert von 3000 erreichte.
Der Ausbruch des Mount St. Helens in den USA im Jahr 1980 hingegen produzierte nur sehr wenig Schwefel. Man sieht also: Letztlich kann erst nach einem Ausbruch eruiert werden, welchen VEI und welchen Trübungs-Index der Ausbruch aufweist, um seine klimatische Bedeutung objektiv bewerten zu können.

Vulkane: Fluch oder Segen?

Die Medien sind gut darin, natürliche Ereignisse als monströse Bedrohungen der Menschheit dazustellen.
Tatsächlich ist es so, dass wir Menschen uns unkontrolliert über den Planeten verbreitet haben und durch unsere Besiedlung in der Nähe von Vulkanen uns selbst gefährden. Vulkane und ihre Explosionen gab es immer und wird es immer geben, weil die Erde fortwährend Hitze in ihrem Innern erzeugt. Ohne sie gäbe es kein magnetisches Schutzfeld, das uns vor den tödlichen UV-Strahlen der Sonne* schützt und es gäbe nicht eine einzige Mikrobe an Leben auf unserem Planeten.

Die fortwährende Menge an Eruptionen ist ein Teil des klimatischen Gesamtgerüstes der Erde. Würden das sog. "Vulkanische Forcing" als Klimabestandteil fortfallen, so wäre die globale Erwärmung so stark, dass in kürzester Zeit die Menschheit zerstört wäre.

Mensch: Intelligenter Engel oder tumbe, selbstvernichtende Bestie?
Mensch: Intelligenter Engel oder tumbe, selbstvernichtende Bestie?

Es ist bedeutungslos, ob man sich Vulkanausbrüche "wünscht" oder nicht. Denn weder das Auftreten von Eruptionen noch das Verhindern liegt in unserer Macht.
Fakt ist, dass ein großer Ausbruch der Menschheit in der Epoche der Klimakatastrophe das kostbarste Geschenk geben würde, das es gibt: Zeit! Zeit, um unsere klimatischen Fehler zu korrigieren, damit wir uns innerhalb von 100 oder sei es 500 Jahren nicht selbst austilgen. Der Erde und den Vulkanen wäre es herzlich gleichgültig.

Andererseits würde eine Naturkatastrophe eines Supervulkanausbruchs die Menschheit nahezu vernichten, wenn beispielsweise der Yellowstone-Vulkan mit höchster Wucht ausbrechen würde. Die Folgen aus einem globalen vulkanischen Winter mit Jahrzehnten Dauer wären ebenso katastrophal wie die Folgen der aktuellen Klimakatastrophe: Von Kriegen, Flüchtlingen, Zusammenbruch des Wirtschaftskreislaufs bis hin zu Hungersnöten und insgesamt einer globalen Krise, wie sie die Menschheit noch nie in ihrer Existenz erlebt hat.

Das Irritierende daran ist, dass wir mittlerweile wissen, dass irgendwann ein Supervulkan ausbrechen wird. Wir wissen nur nicht, wann genau - ob schon morgen oder erst in 10.000 Jahren. Wir alle sind ein Teil des Systems Erde. Mittlerweile versuchen wir alles, um die Erde aufzuheizen und uns selbst zwischen brennender Hitze und Überflutung durch steigende Meeresspiegel auszutilgen.
Es wäre so viel sinnvoller, wenn sich die Menschheit klüger verhielte und statt ihre Energie in eine selbstgemachte Katastrophe zu investieren, besser die sich am Horizont der Zukunft abzeichnenden natürlichen Katastrophen und ihre Folgen prophylaktisch bekämpfen würde.
Aber ein Anthropologe hat es einmal in einfache Worte gefasst, warum der Mensch einfach zu dumm ist und seine Fähigkeiten die Evolution längst ad absurdum geführt haben: "Im Grunde wollen wir alle gefallene Engel sein, doch in Wahrheit sind wir Affen." Wenn dem so ist und wenn man sich das Palaver der Sommerfetischisten in der Gesellschaft so anhört, die die Klimakatastrophe beklatschen und damit ihren eigenen Untergang, so wäre die Zukunft der Menschheit prädestiniert und die Einstellung steht auf "Selbstvernichtung".

Abschließend zeigt ein Diagramm, was nach derzeitigem Wissensstand die Erwärmung der Erde herbeiführt. Es handelt sich hier übrigens nicht um Mitteltemperaturen bei den Zahlenangaben, sondern um die Wärme*-Energie (Watt) pro Quadratmeter, die auf die Erdoberfläche wirkt. Als Vergleichsjahr wurde das vorindustrielle Jahr 1750 gewählt, um jeglichen Einfluss von industrieller Verschmutzung und Treibhausgasen auszuschließen.
Man erkennt deutlich, dass CO2 und andere Treibhausgase (ganz links) den Menschen als Verursacher entlarven, während Ozon (in Stratosphäre kühlend, in der Troposphäre erwärmend), Wasserdampf, vulkanische und andere Aerosole, sowie die Sonne* nur wenig Einfluss zu nehmen scheinen. Der anthropogene Anteil der Erwärmung ist gewaltig und so hoch, dass er jedem die Sorgenfalten auf die Stirn treiben müsste. Ein starker vulkanischer Ausbruch würde den Wert der direkten Aerosole (damit ist der vulkanische Einfluss auf das Klima* gemeint) um bis zu 3 W/Quadratmeter in der Abkühlungswirkung verändern und den anthropogenen Erwärmungseffekt für 2 Jahre eliminieren, bevor sich die Hitze stufenweise nach 10 Jahren wieder etablieren würde.

Sehr schön ist auch der Wissensgrad bei jedem Faktor, wie er sich zur Zeit darstellt. Man darf festhalten, dass gerade in Bezug auf Wolken-Reflexion und die Sonne* noch vieles im Unklaren scheint, wie ich anhand der Diskussion um die Sonnenflecken und eine mögliche Abkühlung der Erde unlängst erinnert habe.

"Komponenten des Strahlungsantriebs"; © <a target="_blank" href="https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Komponenten_des_Strahlungsantriebs.svg">Arne Nordmann (norro) und Leland McInnes auf commons.wikimedia.org</a>. Lizenz: <a href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/" target="_blank" rel="noopener">http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/</a>CC BY-SA-3.0</a>.
"Komponenten des Strahlungsantriebs"; © Arne Nordmann (norro) und Leland McInnes auf commons.wikimedia.org. Lizenz: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/CC BY-SA-3.0.



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