Ein spektakulärer und explosiver Vulkanausbruch im Januar 2022 erzeugte die höchste Dampf- und Aschewolke in der aufgezeichneten Geschichte.
Die hoch aufragende Säule, die aus Hunga Tonga-Hunga Ha’apai entstand, erreichte eine enorme Höhe von 57 Kilometern (35 Meilen) über dem Meeresspiegel.
Diese Höhe macht es zum allerersten Vulkanausbruch, der die Stratosphäre vollständig durchdrungen hat, um die Mesosphäre zu durchbrechen.
„Das ist ein außergewöhnliches Ergebnis, da wir noch nie zuvor eine so große Wolke gesehen haben“, sagt der Atmosphärenforscher Simon Proud von der Universität Oxford.
Das sollte vielleicht keine Überraschung sein: Der Ausbruch war einer der größten Vulkanausbrüche, die die Menschheit je erlebt hat. Aber die genaue Messung der Höhe seiner Wolke erforderte einige clevere Detektivarbeit.
Die Höhe einer Vulkanfahne wird normalerweise auf der Grundlage des Temperaturprofils geschätzt, das von Satelliten gemessen wird, die Infrarotbeobachtungen durchführen. Da thermische Emission oder Wärme Infrarotstrahlung erzeugt, können diese Satelliten Vulkanfahnen erkennen.
Wenn sich Wolken durch die Troposphäre ausbreiten (das ist die atmosphärische Schicht, die der Erde am nächsten liegt, in der wir leben), verlieren sie Wärme, sodass die Temperatur an der Spitze der Wolke zur Schätzung der Höhe verwendet werden kann.
Sobald die Wolke jedoch die Stratosphäre in einer durchschnittlichen Höhe von etwa 12 Kilometern erreicht, verliert diese Strategie an Genauigkeit, da sich das Temperaturprofil der Wolke erneut ändert und diesmal wärmer wird. Also verfolgte ein Forscherteam unter der Leitung von Proud einen anderen Ansatz.
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Die Forscher stützten sich noch auf Daten von Satelliten, aber die Messung basierte auf Parallaxe. Wenn Sie jemals ein Auge nach dem anderen geschlossen und beobachtet haben, wie sich Objekte in Ihrer Nähe im Vergleich zu ihrem Hintergrund von einer Seite zur anderen zu verschieben scheinen, haben Sie Parallaxe in Aktion gesehen.
Es ist der Unterschied zwischen der scheinbaren Position zweier Objekte, die entlang unterschiedlicher Blickrichtungen gesehen werden, und es ist die Grundlage der Tiefenwahrnehmung beim binokularen Sehen. Unser Gehirn verarbeitet die Informationen von jedem Auge und berechnet die Entfernung zu Objekten im Blickfeld. Wir können Parallaxe verwenden, um alle Arten von Entfernungen zu berechnen.
Um Parallaxenmessungen der Hunga-Tonga-Hunga-Ha’apai-Eruption zu erhalten, verwendeten die Forscher Daten von drei geostationären Wettersatelliten, die das Ereignis von verschiedenen Positionen in der erdnahen Umlaufbahn aus beobachteten und alle 10 Minuten Bilder machten.
Daraus errechneten Proud und sein Team, dass die Wolke eine Höhe von 57 Kilometern erreichte. Interessanterweise kommt dies der 58-Kilometer-Höhe sehr nahe, die NASA-Wissenschaftler im Januar anhand von Daten von zwei geostationären Satelliten berechnet haben.
Zuvor war der Mount Pinatubo auf den Philippinen die höchste je registrierte Vulkanfahne; sein Ausbruch im Jahr 1991 erzeugte eine Wolke, die sich bis zu 40 Kilometer in die Höhe erstreckte.
Die viel größere Höhe der Hunga-Tonga-Plume ist jedoch ein wenig verwirrend, da der Ausbruch des Mount Pinatubo ähnlich stark war: Beide Eruptionen wurden als 6 auf der Skala des Volcanic Explosivity Index (VEI) registriert.
Darauf gibt es jedoch eine einfache Antwort. Wenn die Hunga-Tonga-Fahne mit den Techniken des Mount Pinatubo gemessen worden wäre, wäre die maximale Höhe auf etwa 39 Kilometer festgelegt worden.
Selbst wenn die Wolke des Mount Pinatubo höher als gemessen reichte, wissen wir immer noch nicht, welche Mechanismen zum Erreichen dieser Höhe verwendet werden. Das könnte also ein lustiges Thema sein, das es zu erkunden gilt.
Wir wissen auch nicht, wie sich eine Vulkanfahne dieser Höhe auf die Mesosphäre auswirken würde; Da keine andere Vulkanfahne beobachtet wurde, die diese Höhe erreichte, waren die Auswirkungen nur indirekt.
An der Spitze der Hunga-Tonga-Fahne wurde eine trübe Substanz beobachtet; was das ist und wie lange es dort oben herumhängen wird, ist unbekannt.
Das bedeutet, dass noch mehr getan werden muss, um uns zu helfen, dieses faszinierende und verheerende Ereignis zu verstehen.
„Wir möchten diese Technik auch auf andere Eruptionen anwenden und einen Datensatz von Schwadenhöhen entwickeln, der von Vulkanologen und Atmosphärenwissenschaftlern verwendet werden kann, um die Ausbreitung von Vulkanasche in der Atmosphäre zu modellieren“, sagt Atmosphärenphysiker Andrew Prata von der Universität Oxford.
„Weitere wissenschaftliche Fragen, die wir verstehen möchten, sind: Warum ist die Tonga-Fahne so hoch gestiegen? Welche Klimaauswirkungen wird dieser Ausbruch haben? Und woraus genau bestand die Wolke?“
Die Forschung wurde in veröffentlicht Wissenschaft.