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Grosse Vulkanausbrüche schleudern beträchtliche Mengen an Schwefeldioxid in die Atmosphäre, dieren sich in Aerosole umwandeln, sich in der Stratosphäre verteilen und so die Erdoberfläche für einige Jahre abkühlen. Ein internationales Forscherteamarbeiten im Rahmen des Era.NET RUS Plus Projekts ELVECS daran, mithilfe der Kombination aus der Analyse von Jahrringen an Bäumen und Klimamodellen innovative Ansätze zu entwickeln, mit denen die Auswirkungen von Vulkanausbrüchen auf das Klima besser quantifiziert werden können.

Lay summary

Der Ausbruch des Vulkans Pinatubo im Juni 1991 gilt als einer der gewaltigsten seiner Art im 20. Jahrhundert. Dabei wurden etwa 20 Millionen Tonnen SO2 in die Stratosphäre geschleudert, was zu einer globalen Abkühlung von durchschnittlich 0.4°C führte.

ELVECS untersucht solch kurzfristige Episoden starker Abkühlung der Temperaturen sowie Niederschlagsanomalien durch Vulkanausbrüche der vergangenen 1500 Jahre, und zwar für Ereignisse die grösser waren als jene des Pinatubo. Dazu verwenden die Wissenschaftler die sogenannte Dendroklimatologie, bei der Klimainformationen aus Jahrringen von Bäumen gewonnen werden, sowie numerische Simulationen des Klimas. Bisher lieferten die beiden Ansätze teils widersprüchliche Ergebnisse, was eine Quantifizierung der Auswirkungen grosser Vulkanausbrüche auf das Klima stark erschwerte. Die in Modellen simulierte Abkühlung der Oberflächentemperaturen war bis viermal stärker und dauerhafter als die aus Jahrringen berechneten Werte. Diese Unterschiede bewogen Geophysiker, die Eignung der Jahrringe für die Berechnung der Klimaauswirkungen von Vulkanausbrüchen zu bezweifeln oder die Abbildung von derart extremen Ereignissen in Modellberechnungen in Frage zu stellen.

Ziel des Forscherteams (Schweiz, Russland, Frankreich) ist es, die beiden Ansätze zu versöhnen und Wege aufzuzeigen, mit denen sich die Auswirkungen künftiger Vulkanausbrüche auf unsere Gesellschaft präziser einschätzen lassen. Dazu wird eine neue Jahrringdichte und Isotopen-Rekonstruktion der Sommertemperaturen und Niederschläge für die Nordhalbkugel geschaffen. Die Klimaphysiker ihrerseits berechnen die Veränderungen mit einem Klimamodell. Im Modell kann der Ort des Vulkans, die Jahreszeit des Ausbruchs sowie die Menge an ausgeworfenem SO2 berücksichtigt und in einem mikrophysikalischen Modul integriert werden, so dass der Lebenszyklus vulkanischer Aerosole simuliert wird, von ihrer Entstehung durch die Oxidation von Schwefeldioxid bis hin zu ihrer Ablagerung auf der Erdoberfläche.