Der Ausbruch des Unterwasservulkans von Tonga im Jahr 2022 könnte zu einem Anstieg der globalen Temperaturen führen und das Risiko erhöhen, dass in mindestens einem der nächsten fünf Jahre die Erwärmungsschwelle von 1.5 ° C vorübergehend überschritten wird, so neue Forschungsergebnisse.
Am 15. Januar 2022 brach ein Unterwasservulkan in Tonga – der Hunga Tonga–Hunga Ha'apai – heftig aus und setzte wogende Schwaden aus Ruß, Wasserdampf und Schwefeldioxid hoch in die Atmosphäre frei.
Größere Vulkanausbrüche kühlen den Planeten normalerweise vorübergehend ab, da Schwefeldioxidpartikel das Sonnenlicht vom Planeten weg reflektieren, bis sie sich auflösen. Die Studie – veröffentlicht in Nature Climate Change – stellt fest, dass der Tonga-Ausbruch im Südpazifik eine beispiellose Menge Wasser in die Atmosphäre ausgestoßen hat.
Wasserdampf ist ein Treibhausgas und daher „ist es möglich, dass Hunga Tonga–Hunga Ha'apai über einen Zeitraum von mehreren Jahren einen vorübergehenden Anstieg der globalen Oberflächentemperaturen verursachen wird“, heißt es in dem Papier.
Die Studie besagt, dass vor dem Ausbruch eine Wahrscheinlichkeit von 50:50 bestand, dass die globalen Temperaturen 1.5 °C übersteigen würden vorindustriell mindestens einmal bis 2026. In der Folgezeit ist die Wahrscheinlichkeit, diesen Schwellenwert zu überschreiten, um sieben Prozentpunkte gestiegen – was eine „bevorstehende Überschreitung von 1.5 °C“ eher wahrscheinlich macht als nicht.
Die Autoren betonen, dass das vorübergehende Überschreiten der 1.5 °C-Schwelle nicht gleichbedeutend wäre mit dem Verfehlen des Ziels des Pariser Abkommens, das langfristige Temperaturtrends betrifft. Dennoch heißt es in der Zeitung: „Das erste Jahr, in dem 1.5 °C überschritten werden, wird erhebliche Medienaufmerksamkeit erregen, selbst wenn ein Teil davon auf Hunga Tonga–Hunga Ha'apai zurückzuführen ist“.
Hunga Tonga–Hunga Ha'apai
Am 15. Januar 2022 brach ein Unterwasservulkan im tonganischen Archipel des Pazifischen Ozeans namens Hunga Tonga-Hunga Ha'apai heftig aus. Die Explosion rangierte auf Platz sechs vulkanischer Explosivitätsindexund ist damit heftigste Eruption überall auf der Welt seit Mount Pinatubo auf den Philippinen im Jahr 1991.
Die Explosion war auf der anderen Seite des Ozeans in Alaska zu hören 6,000 Meilen entfernt, und ausgelöst Tsunami-Wellen die bis nach Russland, in die USA und nach Chile reichte. Eine Wolke aus Asche, Gas und Wasser wurde etwa 57 km in die Atmosphäre geschleudert – die höchste Feder jemals von einem Vulkan aufgezeichnet.
Asche des Ausbruchs bedeckte die umliegenden Inseln und zwang viele Menschen, auf die Hauptinsel zu evakuieren. Um 84 % der Bevölkerung Tongas wurden unmittelbar nach dem Ausbruch von Asche- und Tsunamiwellen heimgesucht, und zwei tongaische Staatsangehörige wurden getötet.
Abgesehen von diesen lokalen Auswirkungen unterscheidet sich der Hunga Tonga-Hunga Ha'apai aus einem weiteren wichtigen Grund von seinen Vorgängern.
Wenn ein Vulkan ausbricht, reflektieren die Staub- und Aerosolwolken normalerweise das Sonnenlicht vom Planeten weg, wodurch die Oberflächentemperaturen sinken. Als zum Beispiel der Mount Pinatubo 1991 ausbrach, stiegen die globalen Temperaturen vorübergehend um 0.5 °C gefallen. Der Tonga-Ausbruch hatte jedoch den gegenteiligen Effekt.
Dr. Stuart Jenkins, Aus der University of Oxford's Abteilung für Atmosphärische, ozeanische und planetare Physik, ist Erstautorin der Studie „Kurzmitteilungen“. Er erklärt, dass der Hunga Tonga-Hunga Ha'apai dank der ungewöhnlichen Zusammensetzung seiner Wolke eine Oberflächenerwärmung verursachte:
„Die meisten großen Eruptionen werden von ihren Schwefeldioxidemissionen dominiert, die den Planeten vorübergehend abkühlen, wenn sie das einfallende Sonnenlicht streuen. Der Tonga-Ausbruch war ungewöhnlich, weil er stattdessen eine große Menge Wasserdampf in die Stratosphäre freisetzte – ein starkes Treibhausgas – mit geringen Schwefeldioxidemissionen.
„Pinatubo und Tonga könnten tatsächlich entgegengesetzte Erwärmungsreaktionen haben, was den Tonga-Vulkan im Zusammenhang mit anderen jüngsten Eruptionen besonders interessant macht.“
Insgesamt stellt die Studie fest, dass die Explosion nur 0.42 Millionen Tonnen kühlender Schwefeldioxid-Aerosole in die Luft geschleudert hat Stratosphäre – Eine Schicht der Atmosphäre beginnt etwa 10 km über der Erdoberfläche und erstreckt sich etwa 40 km nach oben. Gleichzeitig stieß er insgesamt 146 Millionen Tonnen Wasser aus und erhöhte den Wasserdampfgehalt der Stratosphäre um 10–15 %.
„Der Tonga-Ausbruch war definitiv ungewöhnlich“, sagt er Dr Mark Schöberl – ein Forscher aus Columbia Gesellschaft für Wissenschaft und Technologie, der getrennt geführt hat Analyse auf der Wasserfahne des Tonga-Ausbruchs. Er erzählt Carbon Brief, dass Hunga Tonga-Hunga Ha'apai „eine beispiellose Menge Wasser in die mittlere Stratosphäre befördert hat“.
Dr. Luis Millán für Das Jet Propulsion Laboratory der NASA hat auch getrennt geführt Forschungsprojekte in die Hydratation der Stratosphäre durch den Tonga-Ausbruch. Er erzählt Carbon Brief, dass der Ausbruch genug Wasser in die Stratosphäre gespritzt hat, um 58,000 olympische Schwimmbecken zu füllen.
Der Wasserdampf breitete sich dann über einen Großteil der Stratosphäre aus, heißt es in der Studie. Die wärmende Wirkung des Wasserdampfs überwiege die kühlende Wirkung der Sulfat-Aerosole, wodurch die globalen Oberflächentemperaturen vorübergehend ansteigen würden.
1.5 °C Schwelle
Seit seinem Ausbruch im Januar 2022 haben Wissenschaftler die Auswirkungen des Vulkans ausgiebig untersucht – einschließlich der beispiellosen Höhe seiner Fahne, seine Auswirkungen auf atmosphärische Zirkulation und die Wirkung auf die globale Energiebilanz. Diese Studie ist jedoch die erste, die untersucht, was die vorübergehende Erwärmung für globale Temperaturschwellen bedeutet.
Die Autoren verwenden a Strahlungsübertragung Modell, um zu beurteilen, wie der Tonga-Ausbruch das Gleichgewicht der Energie verändert hat, die in die Erdoberfläche eindringt und diese verlässt, und einen Erwärmungseffekt von 0.12 Watt pro Quadratmeter unmittelbar nach dem Ausbruch zu finden.
Sie verwenden dann a Klimamodell um die globale Temperaturänderung im kommenden Jahrzehnt abzuschätzen, unter der Annahme, dass die Wassermenge in der Stratosphäre von Januar 2022 bis Januar 2029 linear abnimmt.
Das folgende Diagramm zeigt die Veränderung der globalen durchschnittlichen Oberflächentemperatur im Vergleich zum Durchschnitt von 1850-1900, sowohl mit als auch ohne die Auswirkungen des Tonga-Ausbruchs, über 2015-35, unter zwei verschiedenen Szenarien, die den zukünftigen Klimawandel untersuchen.
Das Diagramm zeigt das emissionsarme SSP1-1.9-Szenario mit (dunkelblau) und ohne (dunkelgrau) den Auswirkungen des Tonga-Vulkans. Es zeigt auch das SSP2-4.5-Szenario mit moderaten Emissionen mit (grün) und ohne (hellgrau) den Auswirkungen des Tonga-Vulkans. Die Hauptergebnisse sind mit dicken farbigen Linien dargestellt. Dünne Linien zeigen die zwischenjährliche Variabilität und gestrichelte Linien zeigen den 5.-95. Perzentilbereich der Ergebnisse.
Als nächstes fragen die Autoren: Was bedeutet dieser Temperaturanstieg für die Erwärmungsschwelle von 1.5 °C?
Letztes Jahr schätzte die Weltorganisation für Meteorologie, dass es eine gibt 50-50 Chance der globalen Temperaturen, die in mindestens einem Jahr zwischen 1.5 und 2022 vorübergehend die Erwärmungsschwelle von 2026 ° C überschreiten. Diese Schätzung berücksichtigt jedoch nicht den Erwärmungseffekt des Tonga-Ausbruchs.
Das folgende Diagramm zeigt die Wahrscheinlichkeit, dass die globale Oberflächentemperatur die Schwelle von 1.5 °C im Zeitraum 2015-35 (durchgezogene Linien) in den vier oben untersuchten Szenarien überschreitet, und die kumulative Wahrscheinlichkeit, dass noch kein Jahr 1.5 °C überschritten hat (gestrichelte Linien).
Das Diagramm zeigt, dass der Tonga-Ausbruch die Wahrscheinlichkeit erhöht hat, dass die Erwärmungsschwelle von 2022 °C in mindestens einem Jahr über den Zeitraum von 26 bis 1.5 Jahren um sieben Prozentpunkte überschritten wird. Mit anderen Worten, unter dem SSP1-19-Szenario ist die Wahrscheinlichkeit von 50 auf 57 % gestiegen, während sie unter SSP2-45 von 60 auf 67 % gestiegen ist.
Prof. Pasquale Sellitto von dem Interuniversitäres Labor für atmosphärische Systeme hat auch separat veröffentlicht Forschungsprojekte über die Strahlungswirkung des Tonga-Ausbruchs. Er sagt gegenüber Carbon Brief, dass die Arbeit „eine sehr interessante Erweiterung früherer Studien zu den Klimaauswirkungen dieser außergewöhnlichen Eruption“ ist, und fügt hinzu, dass ihre Ergebnisse „sehr vernünftig“ seien.
Er weist jedoch auf zwei Bereiche hin, in denen die Studie verbessert werden könnte. Erstens sagt er, das Papier gehe davon aus, dass der in die Atmosphäre injizierte Wasserdampf „global gut gemischt“ sei, während die Wolke in Wirklichkeit „beschränkt auf der Südhalbkugel“.
Zweitens lässt das Papier die kühlende Wirkung der in die Atmosphäre injizierten Sulfat-Aerosole weg und stellt fest, dass „die Schwefeldioxid-Ablagerung wesentlich kleiner ist als die begleitende Wasserdampf-Ablagerung“. Selitto sagt jedoch, dass „die Hunga-Tonga-Störung des stratosphärischen Aerosols tatsächlich die größte seit dem Pinatubo-Ausbruch im Jahr 1991 ist“.
Er schließt:
„Ich denke, dass Jenkins et al. ist ein sehr guter Ausgangspunkt, um die Auswirkungen der globalen mittleren Oberflächentemperatur durch den Ausbruch des Hunga Tonga im Jahr 2022 abzuschätzen, aber in Zukunft sind weitere Studien erforderlich, um genauere Schätzungen vorzunehmen.“
In ähnlicher Weise sagt Millán, dass, wenn die 1.5-Grad-Schwelle in den kommenden Jahren überschritten wird, weitere Modellläufe erforderlich sein werden, um „den Beitrag des kleinen Hunga vom anthropogenen zu unterscheiden“.
Paris Vereinbarung
2015 lieferten die Vereinten Nationen die Übereinkommen in Paris – ein internationales Abkommen zur Begrenzung der globalen Erwärmung auf 2 °C über vorindustriellen Temperaturen, während gleichzeitig angestrebt wird, die Erwärmung unter 1.5 °C zu halten. Diese Temperaturschwellenwerte sind seitdem wichtige Maßstäbe für Fortschritte bei der Bekämpfung des Klimawandels.
Als solches heißt es in der Zeitung, dass „das erste Jahr, das 1.5 °C überschreitet, erhebliche Medienaufmerksamkeit erregen wird, selbst wenn ein Teil davon auf Hunga Tonga-Hunga Ha'apai zurückzuführen ist“.
Sie betont jedoch, dass die gemeinsame Interpretation des Pariser Klimaabkommens ist, dass sich seine Temperaturgrenzen auf die langfristige globale Erwärmung beziehen, die auf den menschlichen Einfluss zurückzuführen ist – und nicht auf den zusätzlichen Effekt natürlicher Klimaschwankungen, die durch Ereignisse wie Vulkanausbrüche verursacht werden. Daher wird das vorübergehende Überschreiten der 1.5-Grad-Schwelle in den Jahren 2022-26 aufgrund des Tonga-Ausbruchs nicht über den Erfolg oder Misserfolg des Pariser Abkommens entscheiden.
Jenkins teilt Carbon Brief mit, dass die Auswirkungen des Ausbruchs auf die globalen Temperaturen vorübergehend sind und über fünf bis zehn Jahre nachlassen werden. Er addiert:
„Tonga trägt heute nur einen sehr kleinen Teil zur Anomalie der Oberflächentemperatur bei. Wir werden die Auswirkungen von Tonga auf Klimawandelereignisse wie Dürren oder Überschwemmungen nicht sehen, die Auswirkungen sind einfach zu gering.“
Jenkinset al. (2023) Tonga-Ausbruch erhöht die Wahrscheinlichkeit einer vorübergehenden Oberflächentemperaturanomalie über 1.5 ° C, Naturklimawandel, doi:10.1038/s41558-022-01568-2
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