Anhand von Satellitenbildern haben Forscher des Department of Physics and RAL Space der University of Oxford bestätigt, dass der Ausbruch des Vulkans Hunga Tonga-Hunga Ha’apai im Januar 2022 die höchste jemals aufgezeichnete Wolke erzeugte. Die kolossale Eruption ist auch die erste, bei der direkt beobachtet wurde, dass sie in die Mesosphärenschicht der Atmosphäre vordrang. Die Ergebnisse wurden heute im Fachblatt veröffentlicht Wissenschaft.
Am 15. Januar 2022 brach Hunga Tonga-Hunga Haʻapai, ein unterseeischer Vulkan im tonganischen Archipel im südlichen Pazifik, heftig aus. Die Explosion war eine der stärksten, die jemals beobachtet wurde, sie schickte Schockwellen um die Welt und löste verheerende Tsunamis aus, die Tausende obdachlos machten. Eine gewaltige Säule aus Asche und Wasser wurde in die Atmosphäre geschleudert – aber bis jetzt fehlte den Wissenschaftlern eine genaue Methode, um zu messen, wie hoch diese war.
Normalerweise kann die Höhe einer Vulkanfahne abgeschätzt werden, indem die von infrarotbasierten Satelliten an der Spitze aufgezeichnete Temperatur gemessen und mit einem vertikalen Referenztemperaturprofil verglichen wird. Denn in der Troposphäre (der ersten und untersten Schicht der Erdatmosphäre) nimmt die Temperatur mit der Höhe ab. Wenn die Eruption jedoch so groß ist, dass die Wolke in die nächste Schicht der Atmosphäre (die Stratosphäre) eindringt, wird diese Methode zweideutig, da die Temperatur mit der Höhe wieder zu steigen beginnt (aufgrund der Ozonschicht, die ultraviolette Sonnenstrahlung absorbiert).
Eine Animation des Ausbruchs, gesehen vom Wettersatelliten GOES-17. Bildnachweis: Simon Proud und Simeon Schmauß / Uni Oxford, RALSpace NCEO / NOAA
Um dieses Problem zu lösen, verwendeten die Forscher eine neuartige Methode, die auf einem Phänomen namens „Parallax-Effekt“ basiert. Dies ist der scheinbare Unterschied in der Position eines Objekts, wenn es aus mehreren Sichtlinien betrachtet wird. Sie können dies selbst sehen, indem Sie Ihr rechtes Auge schließen und eine Hand mit nach oben erhobenem Daumen ausstrecken. Wenn Sie dann die Augen wechseln, so dass Ihr linker geschlossen und Ihr rechter offen ist, scheint sich Ihr Daumen leicht gegen den Hintergrund zu verschieben. Indem Sie diese scheinbare Positionsänderung messen und mit dem bekannten Abstand zwischen Ihren Augen kombinieren, können Sie den Abstand zu Ihrem Daumen berechnen.
Der Ort des Tonga-Vulkans wird von drei geostationären Wettersatelliten erfasst, sodass die Forscher den Parallax-Effekt auf die von ihnen aufgenommenen Luftbilder anwenden konnten. Entscheidend ist, dass die Satelliten während des Ausbruchs selbst alle 10 Minuten Bilder aufzeichneten, wodurch die schnellen Änderungen der Flugbahn der Wolke dokumentiert werden konnten.
Die Ergebnisse zeigten, dass die Wolke an ihrer höchsten Ausdehnung eine Höhe von 57 Kilometern erreichte. Dies ist deutlich höher als die bisherigen Rekordhalter: der Ausbruch des Mount Pinatubo auf den Philippinen im Jahr 1991 (40 km an seinem höchsten Punkt) und der Ausbruch des El Chichón in Mexiko im Jahr 1982 (31 km). Es macht die Wolke auch zum ersten beobachtbaren Beweis für einen Vulkanausbruch, der Material durch die Stratosphäre und direkt in die Mesosphäre injiziert, die etwa 50 km über der Erdoberfläche beginnt.
Eine Animation, die die berechnete Eruptionshöhe anhand von Daten von drei Wettersatelliten zeigt. Quelle: Simeon Schmauß / Japan Meteorological Agency / Korea Meteorological Administration / National Oceanographic and Atmospheric Administration.
Hauptautor Dr. Simon Proud (University of Oxford, RAL Space and the National Centre for Earth Observation) sagte: „Es ist ein außergewöhnliches Ergebnis, da wir noch nie zuvor eine so große Wolke irgendeiner Art gesehen haben Höhe in der Art und Weise, wie wir es getan haben (mit der Parallaxenmethode), ist nur jetzt möglich, da wir eine gute Satellitenabdeckung haben. Das wäre vor etwa einem Jahrzehnt nicht möglich gewesen.“
Die Oxford-Forscher beabsichtigen nun, ein automatisiertes System zur Berechnung der Höhe von Vulkanschwaden mit der Parallaxenmethode zu konstruieren. Co-Autor Dr. Andrew Prata von der Unterabteilung für Atmosphären-, Ozean- und Planetenphysik fügte hinzu: „Wir möchten diese Technik auch auf andere Eruptionen anwenden und einen Datensatz mit Schwadenhöhen entwickeln, der von Vulkanologen und Atmosphärenwissenschaftlern verwendet werden kann um die Ausbreitung von Vulkanasche in der Atmosphäre zu modellieren. Weitere wissenschaftliche Fragen, die wir verstehen möchten, sind: Warum stieg die Tonga-Fahne so hoch? Welche klimatischen Auswirkungen wird dieser Ausbruch haben? Und woraus genau bestand die Wolke? „
An der Studie waren neben der University of Oxford auch das Rutherford Appleton Laboratory und National Center for Earth Observation in Harwell sowie die Hochschule München beteiligt. Der Artikel „The January 2022 eruption of Hunga Tonga-Hunga Ha’apai Vulkan erreichte die Mesosphäre“ ist erschienen in Wissenschaft.
Mehr Informationen:
Simon R. Proud, Der Ausbruch des Vulkans Hunga Tonga-Hunga Ha’apai im Januar 2022 erreichte die Mesosphäre, Wissenschaft (2022). DOI: 10.1126/science.abo4076. www.science.org/doi/10.1126/science.abo4076