Die NASA-Simulation deutet darauf hin, dass einige Vulkane das Klima erwärmen und die Ozonschicht zerstören könnten

Eine neue Klimasimulation der NASA legt nahe, dass extrem große Vulkanausbrüche, sogenannte „Flutbasaltausbrüche“, das Klima der Erde erheblich erwärmen und die Ozonschicht zerstören könnten, die das Leben vor der ultravioletten Strahlung der Sonne schützt.

Das Ergebnis widerspricht früheren Studien, die darauf hinweisen, dass diese Vulkane das Klima kühlen. Es deutet auch darauf hin, dass ausgedehnte Flutbasaltausbrüche auf dem Mars und der Venus zwar zur Erwärmung ihres Klimas beigetragen haben, aber die langfristige Bewohnbarkeit dieser Welten durch ihren Beitrag zum Wasserverlust zum Scheitern verurteilt haben könnten.

Im Gegensatz zu kurzen, explosiven Vulkanausbrüchen wie dem Pinatubo oder dem Hunga Tonga-Hunga Ha’apai im Januar, die sich über Stunden oder Tage ereignen, sind Flutbasalte Regionen mit einer Reihe von Eruptionsepisoden, die jeweils vielleicht Jahrhunderte andauern und über Zeiträume von Hunderttausenden von Jahren auftreten , manchmal sogar länger. Einige ereigneten sich ungefähr zur gleichen Zeit wie Massensterben, und viele sind mit extrem warmen Perioden in der Erdgeschichte verbunden. Sie scheinen auch auf anderen terrestrischen Welten in unserem Sonnensystem, wie Mars und Venus, verbreitet gewesen zu sein.

„Wir haben in unseren Simulationen mit intensiver Abkühlung gerechnet“, sagte Scott Guzewich vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. „Wir haben jedoch festgestellt, dass eine kurze Abkühlungsphase von einem Erwärmungseffekt überwältigt wurde.“ Guzewich ist Hauptautor eines Artikels über diese Forschung, der am 1. Februar veröffentlicht wurde Geophysikalische Forschungsbriefe.

Während der Ozonverlust keine Überraschung war, deuteten die Simulationen auf das potenzielle Ausmaß der Zerstörung hin, „eine Verringerung um etwa zwei Drittel gegenüber den globalen Durchschnittswerten, was ungefähr einer Ozonverdünnung des gesamten Planeten entspricht, die mit einem schweren Ozonloch in der Antarktis vergleichbar ist“, heißt es Güzewich.

Die Forscher verwendeten das Goddard Earth Observing System Chemistry-Climate Model, um eine vierjährige Phase der Eruption des Columbia River Basalt (CRB) zu simulieren, die vor 15 Millionen bis 17 Millionen Jahren im pazifischen Nordwesten der Vereinigten Staaten stattfand. Das Modell berechnete die Auswirkungen des Ausbruchs auf die Troposphäre, die turbulente unterste Schicht der Atmosphäre mit dem größten Teil von Wasserdampf und Wetter, und die Stratosphäre, die nächste Schicht der Atmosphäre, die größtenteils trocken und ruhig ist. CRB-Eruptionen waren wahrscheinlich eine Mischung aus explosiven Ereignissen, die Material hoch in die obere Troposphäre und die untere Stratosphäre (etwa 8 bis 10,5 Meilen oder 13 bis 17 Kilometer Höhe) schleuderten, und effusiven Eruptionen, die sich nicht über eine Höhe von 1,9 Meilen (etwa 3 Kilometer) erstreckten. Die Simulation ging davon aus, dass es viermal im Jahr zu Explosionen kam und etwa 80 % des Schwefeldioxidgases der Eruption freigesetzt wurden. Sie fanden heraus, dass es weltweit etwa zwei Jahre lang eine Nettoabkühlung gab, bevor die Erwärmung den Abkühlungseffekt überwältigte. „Die Erwärmung hält etwa 15 Jahre an (die letzten zwei Jahre des Ausbruchs und dann weitere 13 Jahre oder so)“, sagte Guzewich.

Die neue Simulation ist die umfassendste, die bisher für Flutbasaltausbrüche durchgeführt wurde, und integriert die Auswirkungen der atmosphärischen Chemie und der Klimadynamik aufeinander und enthüllt einen wichtigen Rückkopplungsmechanismus, der in früheren Simulationen übersehen wurde.

„Eruptionen wie die, die wir simuliert haben, würden riesige Mengen an Schwefeldioxidgas freisetzen“, sagte Guzewich. „Die Chemie in der Atmosphäre wandelt diese Gasmoleküle schnell in feste Sulfat-Aerosole um. Diese Aerosole reflektieren sichtbares Sonnenlicht, das den anfänglichen Kühleffekt verursacht, absorbieren aber auch Infrarotstrahlung, die die Atmosphäre in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre erwärmt. Erwärmung dieser Region der Atmosphäre lässt Wasserdampf (der normalerweise in der Nähe der Oberfläche eingeschlossen ist) in die Stratosphäre (die normalerweise sehr trocken ist) eindringen. Wir sehen eine 10.000-prozentige Zunahme des stratosphärischen Wasserdampfs. Wasserdampf ist ein sehr wirksames Treibhausgas, und zwar sendet Infrarotstrahlung aus, die die Oberfläche des Planeten erwärmt.“

Der vorhergesagte Anstieg von Wasserdampf in die Stratosphäre trägt auch dazu bei, die Schwere des Abbaus der Ozonschicht zu erklären. „Der Abbau der Ozonschicht geschieht auf verschiedene Weise“, sagte Guzewich. „Nach dem Ausbruch verändert sich die Zirkulation der Stratosphäre in einer Weise, die die Ozonbildung hemmt. Zweitens hilft all das Wasser in der Stratosphäre auch dabei, Ozon mit dem Hydroxyl (OH)-Radikal zu zerstören.“

Flutbasalte setzen auch Kohlendioxid frei, ebenfalls ein Treibhausgas, aber sie scheinen nicht genug zu emittieren, um die extreme Erwärmung zu verursachen, die mit einigen Eruptionen verbunden ist. Die übermäßige Erwärmung durch stratosphärischen Wasserdampf könnte eine Erklärung liefern.

Obwohl Mars und Venus in der fernen Vergangenheit möglicherweise Wasserozeane hatten, sind beide derzeit sehr trocken. Wissenschaftler untersuchen, wie diese Welten den größten Teil ihres Wassers verloren haben, um für das Leben unwirtlich zu werden. Wenn der von der Simulation vorhergesagte Wasserdampfschub in die obere Atmosphäre realistisch ist, könnte ausgedehnter Flutvulkanismus zu ihrem trockenen Schicksal beigetragen haben. Wenn Wasserdampf hoch in die Atmosphäre gelangt, wird er anfällig dafür, durch Sonnenlicht auseinandergebrochen zu werden, und die leichten Wasserstoffatome der Wassermoleküle können in den Weltraum entweichen (Wasser besteht aus zwei Wasserstoffatomen, die an ein Sauerstoffatom gebunden sind). Wenn dies über lange Zeiträume anhält, könnte dies Ozeane erschöpfen.