Studie zeigt Anwesenheit von Hunga-Tonga-Eruptionsaerosolen in stratosphärischen Westwinden der nördlichen Hemisphäre

Ein internationales Team unter der Leitung von Forschern des Institute of Atmospheric Physics (IAP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat zum ersten Mal Aerosole des Hunga-Tonga-Ausbruchs in den Westwinden der Stratosphäre der nördlichen Hemisphäre nachgewiesen.

Diese Entdeckung, veröffentlicht in Wissenschaftsbulletinwird bei der Simulation der physikalischen und chemischen Prozesse in Vulkanfahnen helfen.

Der Vulkan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai im Südpazifik brach im Januar 2022 aus und spuckte Asche und Gas in die Atmosphäre. Der Ausbruch war einer der größten der letzten Jahre und wurde von Wissenschaftlern weltweit genau beobachtet.

Der Zweck der Kampagne „Sounding Water Vapor, Ozone, and Particle“ (SWOP) besteht darin, die zeitlichen und räumlichen Verteilungseigenschaften atmosphärischer Zusammensetzungen über dem tibetischen Plateau besser zu verstehen. Laut Prof. Bian Jianchun, IAP-Wissenschaftler und Teamleiter der SWOP-Kampagne, war das Einfangen der vulkanischen Aerosole des Hunga-Tonga-Ausbruchs unerwartet.

„Wir haben zufällig die vulkanischen Aerosole des Hunga-Tonga-Ausbruchs 12 Wochen nach seinem Ausbruch eingefangen. Meines Wissens ist dies das erste Mal, dass er bei den stratosphärischen Westwinden der nördlichen Hemisphäre entdeckt wurde“, sagte Prof. Bian.

Es bestehen noch große Unsicherheiten beim Verständnis der physikalischen Eigenschaften und des Evolutionsprozesses von vulkanischen Aerosolen in der Stratosphäre, insbesondere der SO2-Oxidation in Vulkanfahnen und -wolken und der Wechselwirkung zwischen Asche- und Sulfat-Aerosolen nach Vulkanausbrüchen. In-situ-Messungen in Vulkanfahnen, insbesondere Messungen der mikrophysikalischen Parameter vulkanischer Aerosole, liefern überzeugende Beweise, die diese Unsicherheiten reduzieren. Es ist jedoch schwierig, diese Parameter zu erhalten, insbesondere während des Auftretens von Vulkanausbrüchen.

Während der SWOP-Kampagne über dem tibetischen Plateau wurde am 9. April 2022 in Lijiang, Provinz Yunan, eine ballongetragene Nutzlast, bestehend aus dem Compact Optical Backscatter Aerosol Detector (COBALD) und dem Portable Optical Particle Spectrometer (POPS), freigesetzt. Unerwartet erfasste der Ballon das Größenspektrum vulkanischer Aerosole bei 24–25 km.

Das vulkanische Aerosol Hunga Tonga wurde durch die Größenverteilung des Aerosoldurchmessers identifiziert, der bei ungefähr 0,42–1,27 μm zentriert war, größer als der Hintergrundmodus (0,22–0,42 μm) von stratosphärischen Aerosolen, und Partikelanzahldichten von ungefähr 1 cm- 3. Die aus den COBALD-Messungen bei 455 nm und 940 nm abgeleiteten Rückstreuverhältnisse zeigten beide verstärkte Aerosolsignale zwischen 24 und 25 km. Darüber hinaus zeigten Messungen, dass die Aerosol- und Wasserdampfschichten in der Hunga-Tonga-Plume getrennt waren.

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Vulkanausbrüche potenzielle Auswirkungen auf die regionale und globale atmosphärische Zirkulation und das Klima haben, sogar Tausende von Kilometern von der Quelle entfernt. Die möglichen Mechanismen, die zur Trennung von Aerosol- und Wasserdampfschichten in der Hunga-Tonga-Fahne geführt haben, werden in zukünftigen Studien untersucht.