Ausbruch des Puyehue-Vulkans im Juni 2011.

Foto: AP/Alvaro Vidal

Graz – Vulkanische Wolken lassen sich auf Satellitenbildern nur zweidimensional erkennen. Für den Flugverkehr, aber auch für die Klimaforschung wäre es wichtig zu wissen, wie sich die Gebilde aus Asche und Schwefeldampf in der Höhe ausdehnen. Grazer Forscher haben nun gemeinsam mit Kollegen aus Belgien, Italien und den USA eine Methode vorgestellt, wie sich die Wolken indirekt vermessen lassen.

Vulkanausstöße und explosive vulkanische Eruptionen produzieren riesige Wolken aus Ruß- und Ascheteilchen oder aus Wassertröpfchen, die Schwefelsäure enthalten. Sie können sich von der untersten Schicht der Erdatmosphäre bis zur oberen Grenze der Wetterschicht in rund 15 Kilometern Höhe und darüber hinaus bewegen. Die vulkanischen Wolken mit ihren Partikeln können zur Gefahr für die Gesundheit werden, sie sind eine Herausforderung für die Luftfahrt und können das Klima über Wochen oder sogar Jahre beeinflussen.

Radio-Okkultation

Die Kenntnis der genauen Höhenentwicklung und Ausdehnung solcher Wolken wäre wichtig, um Informationen über aschefreie Höhenregionen für den Luftverkehr und über eine mögliche Überschreitung und Ausbreitung von Schwefeldioxid bis in die Stratosphäre zu liefern. Hier haben Grazer Forscher vom Center für Klima und Globalen Wandel um Gottfried Kirchengast eine Lösung gefunden. Sie entwickelten eine Methode zur dreidimensionalen Charakterisierung der Vulkanwolken und stellten sie jüngst im Fachmagazin "Advances in Space Research" vor.

"Wir haben zum ersten Mal gezeigt, dass sich aus Radio-Okkultations-Daten – die Temperaturanomalien in der Atmosphäre sichtbar machen – die Höhe und die thermische Wirkung der vulkanischen Wolken ermitteln lassen", sagte Andrea Steiner vom Grazer Wegener Center, Koautorin der Studie. Das Prinzip der Radio-Okkultation lässt sich einfach erklären, ist in Wirklichkeit jedoch ein hochkomplexer Vorgang: So wie Licht beim Übergang vom optisch dünneren zum optisch dichteren Medium gebrochen wird, wird auch ein Radiosignal bei der Durchquerung der Atmosphäre verändert. Der Effekt – die Phasenverschiebung der Radiosignale – ist messbar und kann Auskunft über die Beschaffenheit der Atmosphäre geben.

Verbesserte Klimaprognosen

Aus den erhaltenen Signalmustern lassen sich Rückschlüsse auf Dichte, Druck und Temperatur der Atmosphäre in einem bestimmten Höhenbereich ziehen. Die Forscher haben rund 1.300 Radio-Okkultations-Profile von Eruptionen des Puyehue-Vulkans (2011) in den südchilenischen Anden und des Nabro-Vulkanausbruchs (2011) in Eritrea mit Infrarot-Bildern der Vulkanausbrüche verglichen und ausgewertet und die Ergebnisse publiziert.

Mehr Kenntnis über die dreidimensionale Ausformung der vulkanischen Wolken würde nicht nur der Luftfahrt wichtige Daten liefern, sondern auch das Monitoring von Klimaveränderungen und Klimasimulationen verbessern, zeigte sich Institutsleiter Gottfried Kirchengast überzeugt: "Wenn wir die Temperaturwirkung vulkanischer Wolken in der Atmosphäre besser verstehen und ihre zeitliche Entwicklung und Ausformung genauer beobachten, können wir auch natürliche Klimaschwankungen gemeinsam mit menschgemachten Klimatrends zuverlässiger beschreiben", so Kirchengast. (APA, 16.12.2017)