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Vulkanausbruch in Tonga: Einzigartige Schwerewellen von großem Wert

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Nach dem heftigen Ausbruch des Unterwasservulkans Hunga Tonga-Hunga Haʻapai in Tonga am 14. und 15. Januar 2022 wurden nicht nur ein Tsunami und eine massive Druckwelle ausgelöst, es trat in der Stratosphäre ein Muster von Schwerewellen auf, wie es bislang bei keinem anderen Vulkanausbruch beobachtet wurde. Forscher und Forscherinnen sehen nach erster Einschätzung keine langfristigen Folgen durch das einzelne relativ kurze Schwerewellen-Ereignis. Das Naturphänomen ermögliche aber, Modellrechnungen zu überprüfen.

Die sich konzentrisch über 10.000 km ausbreitenden Schwerewellen wurden sichtbar durch Analyse von Daten, die der Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) des Satelliten Aqua der NASA liefert und die kontinuierlich auf dem Jülicher Supercomputer JUWELS ausgewertet werden. Die Software dafür hat Dr. Lars Hoffmann entwickelt, Resultate werden täglich auf einer frei zugänglichen Website veröffentlicht. Er erklärt, mit Hilfe der Daten könnten Forscherinnen und Forscher prüfen, ob ihre Klima- und Wettermodelle die Bildung und Ausbreitung von Schwerewellen korrekt wiedergeben.

„Mit den Daten aus der Natur verbessern wir die Prognosekraft der Simulationsrechnungen für eine treffendere Vorhersage“, erläutert Dr. Hoffmann. „Bei aller Begeisterung über die wissenschaftlichen Beobachtungen sollten wir aber nicht vergessen, dass der Vulkanausbruch für die Menschen vor Ort ein Schicksalsschlag ist.“ Der Ausbruch verwüstete mehrere Inseln durch Wasserfluten und Ascheregen. Erste Hilfslieferungen erreichen das 2400 km nördlich vor Neuseeland liegende Königreich.

„Schwerewellen sind Luftschwingungen, sie entstehen üblicherweise wenn starke Winde auf hohe Gebirge treffen, wie die Anden oder Felsformationen in der Antarktis oder Norwegen, oder auch bei starken Gewitterstürmen als Folge von rasch aufsteigender warmer Luft“, erklärt Dr. Hoffmann. Sie breiten sich von ihrem Entstehungsort vertikal nach oben, aber auch horizontal zur Seite aus. Normalerweise brechen diese Wellen nach einigen hundert Kilometern.


(Bild: UNOSAT)

„Schwerewellen beeinflussen Winde, Temperaturen und die Zusammensetzung der mittleren und oberen Erdatmosphäre und somit das Wetter- und Klimageschehen auf der gesamten Welt“, erklärt Dr. Hoffmann weiter, „sie können sogar den Polarwirbel über der Antarktis schwächen“. Auch tragen Schwerewellen zur Wolkenbildung bei und beeinflussen die Luftzirkulation in der Stratosphäre bis in Höhen von 50 km und höher. „Es ist wichtig, Schwerewellen korrekt in Wetter- oder Klimamodelle einzurechnen, sonst erhält man ungenaue Prognosen.“

Wie die Schwerewellen entstehen, ist noch nicht geklärt. Laut einer Theorie könnten Schwerewellen bei einem sehr heftigen Vulkanausbruch durch das rasche Aufsteigen von heißer Asche und Luft in die Stratosphäre ausgelöst werden. Die Satellitenmessung des Wellenmusters in der Stratosphäre nach dem Ausbruch von Tonga sei bisher einzigartig. Als der Pinatubo 1991 mit noch größerer Wucht ausbrach, habe es keinen entsprechenden satellitengestützten Infrarot-Sensor gegeben, bei kleineren Vulkanausbrüchen der vergangenen 20 Jahre hätten die AIRS-Daten keine vergleichbaren Luftschwingungen aufgezeigt.

Der AIRS auf dem Satelliten Aqua misst Wasserdampf in der Erdatmosphäre. Daraus gewonnene Daten trugen im März 2021 dazu, dass NASA-Forscher und -Forscherinnen direkte Belege für den menschengemachten Klimawandel ausmachten. Der Jülicher Supercomputer wurde im September 2018 eingeweiht.


(anw)

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