Ursachen und Mechanismus

Entscheidend für den Einfluss von Vulkaneruptionen auf das Klima sind zwei ganz unterschiedliche Faktoren:

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  Der Chemismus des Ursprungsmagmas: So genannte saure Magmen, reich an Silikaten, enthalten mehr leichtflüchtige Gase als basaltische Magmen wie Schwefeldioxid, Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid, Stickoxide und Wasserdampf. Dieser Chemismus hängt ab von der plattentektonischen Situation: Saure Magmen werden über den Abtauchzonen ozeanischer Platten gebildet, z.B. über dem Zirkumpazifischen Feuerring mit den Anden und der nordamerikanischen Kordillere im Osten und den Inselbögen Japans, der Philippinen und Indonesiens im Westen. Durch den hohen Fluidgehalt sind solche Magmen hoch explosiv und ihre Ausbruchssäulen reichen viel höher in die Atmosphäre als bei Basaltvulkanen wie dem Ätna oder dem Kilauea. Eine Ausnahme bilden die sehr seltenen großen basaltischen Deckenergüsse. Andere Gase als die der Schwefelfraktion spielen im Allgemeinen eine deutlich geringere Rolle für das Klima.
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  Die geographische Lage bzw. der Aufbau der Atmosphäre: Ihre unterste Schicht, die Troposphäre, reicht in höheren Breiten nur in 7 bis 10 km Höhe, während sie nahe dem Äquator 15 bis 18 km erreicht. Deshalb ist es in höheren Breiten viel wahrscheinlicher, dass die Ausbruchssäulen von Eruptionen die Grenzzone (Tropopause) durchstoßen und in die darüber liegende Schicht, die Stratosphäre, eindringen. Dies ist entscheidend, denn die Stratosphäre ist im Gegensatz zur Troposphäre weitgehend trocken. Deswegen können sich Aerosolwolken dort viel länger halten — über mehrere Jahre. In der feuchten Troposphäre werden sie schnell ausgewaschen.

Die durch photochemische Reaktion entstandenen Aerosolteilchen bilden bis zu mehrere Kilometer dicke Schleier, die mit der stratosphärischen Zirkulation driften und die Erde mehrfach umrunden können. Abbildung 2 zeigt dies am Beispiel des Chichón 1982. Ihr Einfluss auf den Temperaturhaushalt der Atmosphäre ist komplex. Zunächst absorbieren die Aerosolschleier Sonnenstrahlung, was logischerweise die Wärmestrahlung reduziert, die auf die Erdoberfläche fällt. Zusätzlich wird aber auch die zurückgeworfene Erdstrahlung absorbiert und dadurch die untere Stratosphäre aufgeheizt.

Dies zieht wiederum starke Änderungen der atmosphärischen Zirkulation nach sich, mit entsprechenden Folgen für das Temperaturbild. Je nach den Zirkulationsveränderungen variieren die spezifischen regionalen Effekte erheblich. So waren nach dem Ausbruch des Pinatubo die Wintertemperaturen in Europa, Sibirien und Nordamerika höher als normal, in Alaska, Grönland, dem Mittleren Osten und China dagegen deutlich niedriger. Das global gemittelte Temperatursignal zeigte dennoch eine klare Abkühlung. Eine weitere Folge ist der vorübergehend reduzierte Ozongehalt der Stratosphäre.

Wie erwähnt ist die klimatische Auswirkung normaler basaltischer Ausbrüche viel geringer. Ausbruchsvolumen und -geschwindigkeit sind zu klein, um Ausbruchssäulen zu erzeugen, welche die Stratosphäre erreichen. Anders ist die Lage bei Ereignissen wie dem Ausbruch der Laki-Spalte auf Island: Durch Konvektionsströme heißer Luft über flächenhaften, sehr heißen Lavaergüssen kann hier Schwefeldixod bis in die Stratosphäre transportiert werden.

In viel größerem Ausmaß muss dies bei der Bildung der großen Flutbasalte in Sibirien, im Paraná-Becken in Südamerika, in der Karroo-Wüste in Südafrika, in der indischen Dekkan-Provinz und auf dem Columbia-Plateau in Nordamerika der Fall gewesen sein. Sie bedecken bis zu mehrere hunderttausend Quadratkilometer; derartige Ereignisse treten aber im Durchschnitt auch nur einmal in Zehnermillionen von Jahren auf. Beim Dekkan-Ereignis wurden möglicherweise auch große Mengen Kohlendioxid freigesetzt, die dann eine globale Erwärmung und Labilität der Atmosphäre bewirkt hätten.