Vulkanischer Winter
Als vulkanischer Winter wird die Abkühlung der unteren Erdatmosphäre nach einem Vulkanausbruch bezeichnet. Asche und Schwefeldioxid (SO2), aus denen sich Aerosole aus Schwefelsäure bilden, werden bei einer größeren Eruption bis in die Stratosphäre geschleudert und verteilen sich dort wie ein Schleier über den gesamten Erdball. Die Sonnenstrahlen werden dadurch teilweise absorbiert oder zurückgestreut. In der Stratosphäre verursacht dies eine Erwärmung. Am Boden kommt es im Mittel zu einer Abkühlung des Weltklimas, regional und abhängig von der Jahreszeit kommt es gleichzeitig aber auch zu Erwärmungen. Ein dem vulkanischen Winter vergleichbarer Effekt, der durch einen Atomkrieg ausgelöst würde, wird nuklearer Winter genannt.
Erdgeschichtlich werden großflächige und länger andauernde vulkanische Aktivitäten (z. B. die Bildungen des Sibirischen Trapps, des Emeishan-Trapps und des Dekkan-Trapps) mit verschiedenen Massenaussterben in Verbindung gebracht.
Maß für die Verringerung der Strahlungsdurchlässigkeit der Atmosphäre ist der sogenannte Trübungsindex, der für den Ausbruch des Krakatau von 1883 auf 1000 festgelegt wurde. Der Trübungsindex hat nur einen geringen Zusammenhang mit dem Vulkanexplosivitätsindex. Grund hierfür sind die stark unterschiedlichen Schwefelfreisetzungen gleich explosiver Vulkanausbrüche. Die Trübungswirksamkeit der Schwefelgase ist jedoch wesentlich stärker als die der Asche, die nur in wesentlich geringerem Umfang die Stratosphäre erreicht.
Frühere Ereignisse
Holozän
Nach dem Ausbruch des Pinatubo mit einer Explosivität von 6 bei einer Trübung von 1000 auf der Insel Luzon im Jahr 1991 registrierten die Meteorologen einen Temperaturrückgang von durchschnittlich 0,5 K (Kelvin).[1] Der Eintrag von Aerosolen in die Stratosphäre durch den Pinatubo wurde im 20. Jahrhundert durch kein anderes Ereignis übertroffen.[2]
Folgenschwer war der Ausbruch des Tambora auf Sumbawa im Jahr 1815, der bei Stärke 7 auf dem Vulkanexplosivitätsindex (VEI) einen Trübungsindex von 3000 erreichte. Er wirkte sich durch einen Rückgang der Durchschnittstemperatur um 2,5 K aus, und in Europa gab es Frost im Juli, weshalb das Jahr 1816 auch das Jahr ohne Sommer genannt wird. Bis 1819 führte die Kälte zu Missernten und dadurch zu Auswanderungswellen von Europa nach Amerika.
Die Gründe für die Klimapessimum der „Kleinen Eiszeit“ vom Beginn des 15. bis zur 1. Hälfte des 19. Jahrhunderts sind zum Teil noch unklar, verschiedentlich wurde neben einer verringerten Sonnenaktivität und einer Abschwächung des Golfstroms eine Reihe von vulkanischen Eruptionen als Mitursache vermutet.[3]
Weltweite Wetterveränderungen mit begleitenden Missernten traten nach dem Ausbruch des Kuwae im Jahre 1453 und nach dem Ausbruch des Samalas 1257 auf.
Die dem vulkanischen Winter vergleichbare Klimaanomalie ab 536 wurde wahrscheinlich durch zwei dicht aufeinander folgende Vulkanausbrüche verursacht, von einem in hohen Breiten der Nordhemisphäre, gefolgt vier Jahre später von einer Eruption in den Tropen.[4] Bei dem tropischen Vulkan könnte es sich um den Ilopango in El Salvador gehandelt haben.[5]
Um das Jahr 10.930 v. Chr.[6] wurden innerhalb weniger Tage ca. 16 km³ vulkanischer Asche und Bims bei einer Eruption in der Vulkaneifel ausgeschleudert[7], als deren Folge die Caldera des Laacher Sees entstand. Die feineren Ablagerungen der Explosion sind noch bis nach Schweden in quartären Sedimenten als schmaler Bimshorizont (bekannt als Laacher-See-Tephra, LST) zu finden.
Pleistozän und früher
Zu einer Abkühlung um mehrere Kelvin und einer dramatischen Klimaänderung führte auch der letzte Ausbruch des Supervulkans Toba auf Sumatra während der letzten Kaltzeit vor etwa 74.000 Jahren. Nach der kontrovers diskutierten Toba-Katastrophentheorie soll sich dadurch die Population des Homo sapiens auf wenige tausend Individuen reduziert haben. Das könnte die geringe genetische Vielfalt der heutigen Menschen erklären („Genetischer Flaschenhals“ genannt). Für die jüngere Erdgeschichte seit dem Oligozän wurden bisher über vierzig Supervulkan-Ausbrüche nachgewiesen.[8]
Vor ca. 66 Millionen Jahren an der Kreide-Paläogen-Grenze (gleichzeitig Übergang vom Erdmittelalter zur Erdneuzeit) starben bis zu 75 Prozent aller Tierarten aus, darunter auch die Dinosaurier. Als Ursache kommen zwei Ereignisse in Frage: Der Einschlag eines Asteroiden (KP-Impakt; übersetzt etwa Kreide-Paläogen-Einschlag) nahe der Halbinsel Yucatán und der kontinentale Ausbruch eines Plume in der Dekkan-Trapp in Vorderindien. Die Staubaufwirbelung durch den Asteroideneinschlag entspricht ebenfalls dem eines vulkanischen Winters, eventuell verstärkt durch eine atmosphärische Schicht aus Sulfataerosolen in Verbindung mit einem globalen Dauerfrostklima über mehrere Jahre.[9]
Das Massenaussterben am Ende der Trias vor 201 Millionen Jahren führte zu einem Artenschwund von etwa 70 Prozent und betraf in erheblichem Umfang auch viele Landwirbeltiere. Ein direkter Zusammenhang mit den umfangreichen Magmafreisetzungen der Zentralatlantischen Magmatischen Provinz vor dem Auseinanderbrechen des Superkontinents Pangaea gilt in der Wissenschaft als sehr wahrscheinlich.[10]
Vor ca. 252 Millionen Jahren starben innerhalb einer Zeitspanne von maximal 30.000 Jahren 95 Prozent aller meeresbewohnenden Arten sowie ca. 66 Prozent der Landfauna aus.[11] Als Auslöser und Hauptursache für den Zusammenbruch der Ökosysteme gilt der großflächige Flutbasalt-Ausstoß des Sibirischen Trapps, der während seiner Aktivitätszyklen eine Fläche von 7 Millionen Quadratkilometern mit magmatischen Gesteinen bedeckte. Allerdings bewirkten die Ereignisse an der Perm-Trias-Grenze und am Trias-Jura-Übergang keine globale Abkühlung, sondern führten im Gegenteil durch hohe Emissionen von Treibhausgasen zu extrem starken Erwärmungen.[12]
Ausblick
Das derzeit größte Gefahrenpotenzial eines vulkanischen Winters weist der Supervulkan Yellowstone im Yellowstone-Nationalpark (USA) auf. Sein Ausbruch könnte zu mehreren Jahrzehnten eiszeitartigen Klimas führen, was weltweite Missernten und Hungersnöte zur Folge hätte. Die Phlegräischen Felder in der italienischen Region Kampanien, etwa 20 km westlich des Vesuvs, gelten ebenfalls als potenzieller Supervulkan.
Literatur
- Keith Briffa et al.: Influence of volcanic eruptions on Northern Hemisphere summer temperature over the past 600 years. In: Nature. Band 393, 1998, S. 450–455. doi:10.1038/30943
- M. R. Rampino, S. Self, R. B. Stothers: Volcanic Winters. In: Annual Review of Earth and Planetary Sciences. Band 16, 1988, S. 73–99. doi:10.1146/annurev.ea.16.050188.000445
- William J. Humphreys: Volcanic dust and other factors in the production of climatic changes, and their possible relation to ice gases. In: Journal of the Franklin Institute. 1913, S. 131–172.
Weblinks
- Klimaänderungen durch Vulkane. (Memento vom 14. Oktober 2006 im Internet Archive) In: Jahresbericht 2002. des Max-Planck-Instituts für Meteorologie.
- H. Graf: Klimaänderungen durch Vulkane. In: promet – Meteorologische Fortbildung. 28. Jahrgang, Heft 3/4, 2002 (PDF; 1,8 MB).
Einzelnachweise
- Brian J. Soden, Richard T. Wetherald, Georgiy L. Stenchikov, Alan Robock: Global Cooling After the Eruption of Mount Pinatubo: A Test of Climate Feedback by Water Vapor. In: Science. Band 296, April 2002, S. 727–730, doi:10.1126/science.296.5568.727 (englisch, amazonaws.com [PDF]).
- Patrick McCormick et al.: Atmospheric effects of the Mt Pinatubo eruption. In: Nature. Band 373, 1995, S. 399–404, doi:10.1038/373399a0.
- Gifford H. Miller u. a.: Abrupt onset of the Little Ice Age triggered by volcanism and sustained by sea-ice/ocean feedbacks. In: Geophysical Research Letters. Band 39, L02708, 2012, doi:10.1029/2011GL050168
Vulkanausbrüche lösten die Kleine Eiszeit aus. Auf: scinexx.de vom 1. Februar 2012. - Michael Sigl u. a.: Timing and climate forcing of volcanic eruptions for the past 2,500 years. In: Nature. Nr. 523, Juli 2015, doi:10.1038/nature14565.
Pressemitteilung dazu: Volcanic eruptions that changed human history. Desert Research Institute, 8. Juli 2015, abgerufen am 22. Mai 2019. - Robert A. Dull, John R. Southon, Steffen Kutterolf, Kevin J. Anchukaitis, Armin Freundt, David B. Wahl, Payson Sheets, Paul Amaroli, Walter Hernandez, Michael C. Wiemann, Clive Oppenheimer: Radiocarbon and geologic evidence reveal Ilopango volcano as source of the colossal ‘mystery’ eruption of 539/40 CE. In: Quaternary Science Reviews. Band 222, 2019, doi:10.1016/j.quascirev.2019.07.037.
- Thomas Litt, Karl-Ernst Behre, Klaus-Dieter Meyer, Hans-Jürgen Stephan und Stefan Wansa: Eiszeitalter und Gegenwart. Stratigraphische Begriffe für das Quartär des norddeutschen Vereisungsgebietes. In: Quaternary Science Journal. Nr. 56(1/2), 2007, ISSN 0424-7116, S. 7–65, doi:10.3285/eg.56.1-2.02 (geo-leo.de [PDF]).
- DIPLOMARBEIT „Gravimetrische Untersuchungen am Südrand des Laacher Sees zur Auflösung der Untergrundstruktur im Randbereich des Vulkans“ (Memento vom 16. Juni 2012 im Internet Archive) Diplomarbeit von Claudia Köhler 2005.
- Ben G. Mason, David M. Pyle, Clive Oppenheimer: The size and frequency of the largest explosive eruptions on Earth. In: Bulletin of Volcanology. Band 66, Nr. 8, Dezember 2004, S. 735–748, doi:10.1007/s00445-004-0355-9 (englisch, researchgate.net [PDF]).
- Julia Brugger, Georg Feulner, Stefan Petri: Baby, it's cold outside: Climate model simulations of the effects of the asteroid impact at the end of the Cretaceous. In: Geophysical Research Letters. Band 44, Nr. 1, Januar 2017, S. 419–427, doi:10.1002/2016GL072241 (englisch).
- J. H. F. L. Davies, H. Bertrand, N. Youbi, M. Ernesto, U. Schaltegger: End-Triassic mass extinction started by intrusive CAMP activity. In: Nature Communications. Band 8, Mai 2017, doi:10.1038/ncomms15596 (englisch).
- Shu-Zhong Shen, Jahandar Ramezani, Jun Chen, Chang-Qun Cao, Douglas H. Erwin, Hua Zhang, Lei Xiang, Shane D. Schoepfer, Charles M. Henderson, Quan-Feng Zheng, Samuel A. Bowring, Yue Wang, Xian-Hua Li, Xiang-Dong Wang, Dong-Xun Yuan, Yi-Chun Zhang, Lin Mu, Jun Wang, Ya-Sheng Wu: A sudden end-Permian mass extinction in South China. In: GSA Bulletin (The Geological Society of America). Band 131, September 2018, S. 205–223, doi:10.1130/B31909.1 (englisch, researchgate.net [PDF]).
- David P. G. Bond, Stephen E. Grasby: On the causes of mass extinctions. In: Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. Band 478, Juli 2017, S. 3–29, doi:10.1016/j.palaeo.2016.11.005 (englisch).