von Prof. Dr. Christian von Savigny
Wissenschaftliche Neugier verbindet Kolleg*innen
Generell fand ich Vulkaneruptionen und deren Einfluss auf Atmosphäre und Klima schon immer spannend. Wissenschaftlich ergab sich der Bezug zu Vulkanausbrüchen dadurch, dass ich für eine neue kanadische Satellitenmission eine Methode entwickelt habe, um die Menge an Aerosolen in der Stratosphäre, das heißt der Atmosphärenschicht zwischen etwa 15 und 50 Kilometer Höhe, zu bestimmen. Da Vulkanausbrüche eine der wichtigsten Quellen für Aerosole in der Stratosphäre sind, war die Beschäftigung mit vulkanischen Effekten auf die Atmosphäre naheliegend, die letztlich zur Beantragung der DFG Forschungsgruppe VolImpact geführt hat.
Ein wesentlicher Aspekt des VolImpact-Projekts ist die Synergie zwischen globalen Satellitenmessungen vulkanischer Aerosole und der Modellierung mit globalen Klimamodellen. Alle beteiligten Wissenschaftler*innen sind entweder Expertinnen beziehungsweise Experten für globale Beobachtungen oder für Modellsimulationen. Dieser Aspekt war entscheidend bei der Suche nach Projektpartnern. Letztlich spielen aber auch frühere gemeinsame Projekte und persönliche Kontakte sowie gemeinsame Arbeitserfahrungen eine wichtige Rolle bei der Zusammensetzung des Teams.
Vulkanausbrüche können die Erdoberfläche abkühlen
In VolImpact geht es im Wesentlichen darum, die vielfältigen Effekte von Vulkaneruptionen auf Atmosphäre und Klima besser zu verstehen. Insgesamt besteht das Verbundprojekt aus fünf Teilprojekten, die sich beispielsweise mit dem Einfluss vulkanischer Aerosole auf Wolken, auf den Strahlungshaushalt des Erdsystems, oder auch auf den Wasserkreislauf beschäftigen.
Wie die Eruption des Mount Pinatubo im Juni 1991 eindrücklich demonstrierte, können Vulkanausbrüche zu einer deutlichen Abkühlung der Erdoberfläche führen. Grund hierfür ist die verstärkte Rückstreuung von Sonnenstrahlung durch die vulkanischen Aerosole ins All. Die vieldiskutierten Maßnahmen des absichtlichen Eintrags von Aerosolen in die Stratosphäre (Stichworte Geoengineering oder Solar Radiation Management) zielen darauf ab, diesen Effekt zu nutzen, um dem Klimawandel entgegenzuwirken. VolImpact beschäftigt sich zwar nicht direkt mit solchen Geoengineering-Maßnahmen, die Untersuchungen tragen aber dazu bei, die relevanten physikalischen Prozesse besser zu verstehen.
In allen Teilprojekten sind bereits wichtige wissenschaftliche Erkenntnisse gewonnen worden. Zwei Erkenntnisse möchte ich hier beispielhaft erwähnen. Wir haben festgestellt, dass Vulkanausbrüche oft zu einer Verringerung der Größe stratosphärischer Schwefelsäureaerosole führen und nicht – wie erwartet – zu einer Vergrößerung. Das ist eine wichtige Entdeckung, da die Größe der Aerosolpartikel eine entscheidende Rolle für die physikalischen (Stichwort Strahlungsenergiebilanz) und chemischen (Stichwort katalytischer Ozonabbau) Effekte der Aerosole spielt. Darüber hinaus zeigten die Untersuchungen erstmals, dass Vulkanausbrüche indirekt – aufgrund komplexer dynamischer Kopplungsprozesse in der Atmosphäre – zu starken Veränderungen der Temperatur in der oberen Atmosphäre, also in 80 bis 100 Kilometer Höhe, führen können.
Blaue Sonne und grüne Sonnenuntergänge
In einem Teilprojekt haben wir uns unter anderem mit ungewöhnlichen optischen Phänomenen befasst, die durch Vulkanausbrüche verursacht werden können, beispielsweise dem Auftreten von blauen Sonnen, grünen Sonnenuntergängen oder der Möglichkeit, aus historischen Gemälden quantitative Information über die Menge an vulkanischen Aerosolen abzuleiten. Diese Untersuchungen waren ursprünglich nicht vorgesehen und waren durch Augenzeugenberichte in historischen Quellen motiviert, sowie der Tatsache, dass viele dieser Phänomene wissenschaftlich nicht gut verstanden sind. Wir haben für diese Studien diverse historische Quellen gelesen, ich würde aber nicht behaupten, dass wir dadurch zu Historikern geworden sind.
Mit KI und Satelliten Prognosen zur Ausbreitung von Vulkanwolken erstellen
Ein zentraler und übergeordneter Aspekt des Projektes ist es, sowohl die Satellitenmessmethoden als auch die Möglichkeiten der Simulation von Vulkaneruptionen mit globalen Klimamodellen so zu verbessern, dass sie bei der nächsten großen Vulkaneruption genutzt werden können. Auf der Modellierungsseite werden im Rahmen von VolImpact Modelle der ICON-Modellfamilie (ICOsahedral Non‐hydrostatic Modelle) so erweitert, dass die verschiedenen Aspekte von Vulkaneruptionen angemessen berücksichtigt werden können. Was die Satellitenmessungen betrifft, wurden im Rahmen des Projekts bereits einige neue Datenprodukte zu Vulkanasche oder stratosphärischen Aerosolen entwickelt und der wissenschaftlichen Gemeinde zur Verfügung gestellt. Gegenwärtig untersuchen wir, wie die Empfindlichkeit aktueller Satelliteninstrumente bei starken Vulkaneruptionen verbessert werden kann. Wir beschäftigen uns auch mit der Frage, ob aktuelle und zukünftige Satelliteninstrumente in der Lage wären, ein mögliches Geoengineering-Experiment mit künstlich in die Stratosphäre eingebrachten Schwefelverbindungen zu überwachen. Darüber hinaus wurde in einem Teilprojekt ein KI-basiertes System entwickelt, um aus einer Vielzahl von Modellsimulationen mit Vulkaneruptionen bei unterschiedlichen geographischen Breiten und zu unterschiedlichen Jahreszeiten, im Falle eines zukünftigen Vulkanausbruchs zeitnah Prognosen über die Ausbreitung der Vulkanwolke und deren klimatische Auswirkungen bereitzustellen.
Weitere Informationen finden Sie in den Pressemitteilungen der Universität Greifswald
- Blaue Sonne – blauer Mond: „Anomale Streuung“ lässt die Himmelskörper in einem anderen Licht erscheinen
- Abendrot oder Abendgrün? Vulkanausbrüche können außergewöhnliche optische Auswirkungen haben
- Greifswald im Mondschein: Lassen sich die Gemälde von Caspar David Friedrich für die Klimaforschung nutzen?
- Wie starke Vulkanausbrüche die Temperatur in 100 km Höhe beeinflussen
Das Verbundprojekt VolImpact ist eine Forschungsgruppe, die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert wird. Die Förderung erfolgte über zwei jeweils dreijährige Phasen, wobei die zweite Phase 2022 begann und Mitte 2025 enden wird. Das gesamte Fördervolumen belief sich auf mehr als 5 Millionen Euro. Insgesamt sind mehr als 40 Forschende an den Universitäten Bremen, Greifswald, Hamburg, und Leipzig, sowie am Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg, am Karlsruhe Institut für Technologie (KIT), am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel und am NASA Langley Research Center in Hampton, U.S.A., in die Forschungsaktivitäten involviert. Bisher sind im Rahmen des Projekts ungefähr 80 begutachtete Veröffentlichungen in anerkannten internationalen Fachzeitschriften erschienen.
Weiterführende Information unter: https://volimpact.org.
Autor*innen Info
Prof. Dr. Christian von Savigny, Leiter der Arbeitsgruppe Umweltphysik
