Wie Vulkanausbrüche das Klima beeinflussen können

Warum ausgerechnet Schwefeldioxid das Klima kühlt

Vulkane stoßen bei einem Ausbruch vor allem Wasserdampf, Kohlendioxid und Schwefeldioxid aus. Wasserdampf und Kohlendioxid sind aber bereits in so großen Mengen in der Atmosphäre vorhanden, dass ein einzelner Ausbruch ihre Konzentration kaum verändert.

Die stärkste kurzfristige Klimawirkung geht stattdessen vom Schwefeldioxid aus, sofern der Ausbruch explosiv genug ist, um das Gas bis in die Stratosphäre zu schleudern. Diese Luftschicht beginnt je nach Breitengrad in etwa 6 bis 20 Kilometern Höhe und reicht bis in rund 50 Kilometer Höhe hinauf.

Nicht jeder explosive Ausbruch wirkt sich aufs Klima aus. Der Ausbruch des Mount St. Helens 1980 etwa war zwar explosiv, setzte aber mit rund 2 Millionen Tonnen deutlich weniger Schwefeldioxid frei als Pinatubo und bestand zudem überwiegend aus Asche, weshalb er keine langfristige Klimawirkung hatte.

Umgekehrt stoßen Vulkane wie Kilauea auf Hawaii oder der Ätna große Mengen Schwefeldioxid aus, die aber meist in den unteren Luftschichten bleiben und das Klima nur bei einer deutlichen Verstärkung der Emissionen beeinflussen.

Vulkanasche spielt für die Klimawirkung meist nur eine untergeordnete Rolle, da sie schwerer ist und meist schon nach wenigen Tagen bis Wochen wieder zu Boden sinkt. Sie kann Schwefeldioxid aber auch chemisch binden und so die Aerosolbildung verringern.

Schwefeldioxid, das die Stratosphäre erreicht, wandelt sich dort dagegen innerhalb weniger Wochen in feine Schwefelsäure-Tröpfchen um, die Sonnenlicht reflektieren.

Nach Angaben der US-Weltraumbehörde NASA und des Klimaforschers Alan Robock bleiben diese sogenannten Sulfat-Aerosole ein bis vier Jahre in der Stratosphäre nachweisbar, wobei ihre Konzentration bereits nach rund einem Jahr deutlich abnimmt.

Pinatubo 1991: der am besten dokumentierte Fall

Der Ausbruch des philippinischen Vulkans Pinatubo am 15. Juni 1991 gilt als der am besten dokumentierte Fall, weil ihn Satelliten so umfassend verfolgten wie keinen Ausbruch zuvor. Nach NASA-Angaben schleuderte er rund 17 bis 20 Millionen Tonnen Schwefeldioxid in die Stratosphäre. Die Aerosolwolke umrundete die Erde innerhalb weniger Wochen und war gut ein Jahr lang global nachweisbar.

Unabhängige Studien beziffern die globale Abkühlung in den Monaten danach auf 0,2 bis 0,5 Grad Celsius. Frühe Auswertungen kamen auf bis zu 0,5 Grad, gemessen um Mitte 1992. Spätere Studien liegen niedriger: Eine 2002 im Fachjournal Science veröffentlichte Analyse fand rund 0,3 Grad, eine Modellstudie im Journal of Climate maß 2003 rund 0,35 Grad. Eine Neuauswertung von Satellitendaten aus dem Jahr 2024 kommt auf 0,2 bis 0,3 Grad über etwa 13 Monate. Die genaue Größenordnung wird also bis heute weiter präzisiert, der grundsätzliche Effekt ist aber in mehreren unabhängigen Studien belegt.

Tambora 1815 und das "Jahr ohne Sommer"

Deutlich größer war der Ausbruch des indonesischen Vulkans Tambora am 10. April 1815, der größte bekannte historische Vulkanausbruch. Rekonstruktionen aus Vulkangestein und aus Eisbohrkernen kommen übereinstimmend auf etwa 53 bis 58 Millionen Tonnen Schwefeldioxid, die in die Stratosphäre gelangten, etwa das Dreifache der Pinatubo-Menge.

Modellrechnungen zufolge sank die globale Jahresmitteltemperatur bis Ende 1815 um rund 0,7 Grad. Auf der Nordhalbkugel lag die Abkühlung in den Sommermonaten über Land laut Baumring-Rekonstruktionen sogar bei 0,8 bis 1,3 Grad.

Die Folgen reichten bis ins Jahr 1816, das in weiten Teilen Nordamerikas und Europas als "Jahr ohne Sommer" in die Geschichte einging. Kühles, nasses Wetter ließ Ernten ausfallen, was Hungersnöte auslöste.

Je nach Studie schwanken die Schätzungen der Todesopfer zwischen rund 71.000 direkten Opfern in der Region und insgesamt bis zu 105.000 weltweit, Hungersnöte mit eingerechnet.

Wichtige Testfälle für die Klimaforschung

Beide Ausbrüche liefern bis heute wertvolle Testfälle für Klimamodelle. Die US-Bundesbehörde USGS verweist etwa auf Pinatubo als Vorbild für Pläne, das Klima künstlich mit Schwefel-Aerosolen in der Stratosphäre abzukühlen, warnt aber vor ungleich verteilten regionalen Folgen, anders als beim eher zufällig verteilten Effekt eines echten Vulkanausbruchs.

Dass selbst der bestdokumentierte Fall, Pinatubo, mehr als drei Jahrzehnte später noch neu vermessen wird, zeigt: Bei der Klimawirkung von Vulkanen gibt es weiterhin Forschungsbedarf.