Was halten Wissenschaftler vom Ausbruch des Vulkans Tonga?

Der gewaltige Ausbruch eines Unterwasservulkans im Südpazifik hat in der weltweiten öffentlichen Meinung für Aufruhr gesorgt. Kommen Sie und hören Sie zu, wie Wissenschaftler aus verschiedenen Bereichen den Verlauf und die Auswirkungen von Vulkanausbrüchen aus professioneller Sicht interpretieren.

Am 15. Januar kam es in den Gewässern vor Tonga, einem Inselstaat im Südpazifik, zu einem großflächigen Vulkanausbruch, der eine Tsunami-Katastrophe auslöste, die die gesamte Pazifikregion erschütterte. Dieser „unerwartete“ Vulkanausbruch rückte den südpazifischen Inselstaat mit einer Gesamtbevölkerung von 100.000 Einwohnern schlagartig in den Mittelpunkt der weltweiten Aufmerksamkeit.

Einige Experten spekulieren, dass dieser Vulkanausbruch der stärkste auf der Erde in den letzten 30 Jahren war. Die durch den Vulkanausbruch verursachten Folgekatastrophen führten nicht nur dazu, dass Tonga eine Zeit lang „den Kontakt zum Rest des Landes verloren“ hatte, sondern könnten auch weiterhin unvorhersehbare Auswirkungen auf die globale ökologische und klimatische Umwelt haben.

Da Vulkanausbrüche plötzlich auftreten und in der Geschichte selten sind, werden auf den Vorfall groß angelegte humanitäre Rettungsaktionen sowie Diskussionen und Fragen der Öffentlichkeit und von Fachleuten zu damit verbundenen wissenschaftlichen Themen folgen. Der Reporter interviewte Fachleute aus verschiedenen Bereichen, darunter Geologie, Klima und Ozeanographie, um den Verlauf und die Auswirkungen von Vulkanausbrüchen aus wissenschaftlicher Sicht zu interpretieren.

Warum können Unterwasservulkanausbrüche dazu führen, dass „Wasser und Feuer verschmelzen“?

Wie wir alle wissen, können Wasser und Feuer nicht koexistieren. Beim Ausbruch des Tonga-Vulkans gelang es dem riesigen Pazifischen Ozean jedoch nicht nur nicht, den Vulkan zu „löschen“, sondern er trug sogar zur Kraft des Ausbruchs bei. Wie kam es zu diesem Phänomen der „Verschmelzung von Wasser und Feuer“?

Zunächst muss geklärt werden, was genau der Unterwasservulkan ausstößt. Auf den ersten Blick sieht es zwar aus wie „Feuerspucken“, tatsächlich handelt es sich jedoch nicht um Feuer, sondern um Magma, eine geschmolzene Substanz wie geschmolzener Stahl.

Magma kommt aus der Asthenosphäre der Erde. Es handelt sich um den geschmolzenen Zustand von Gestein. Es fließt und hat eine Temperatur von mehreren Tausend Grad Celsius. Aufgrund der hohen Temperaturen und des hohen Drucks ist unter der Erdkruste eine große Menge Magma gespeichert. Wenn sich Platten häufig bewegen, bricht Magma unter hohem Druck durch die Erdkruste und tritt nach außen aus, was zu einem Vulkanausbruch führt.

Feuer entsteht durch die heftige Oxidationsreaktion zwischen dem brennbaren Material und der Luft. Das Prinzip der Feuerlöschung mit Wasser besteht erstens darin, die Temperatur zu senken und zweitens den Sauerstoff zu isolieren. Ohne Sauerstoff können die Brennstoffe nicht weiter oxidieren und die Verbrennung stoppt auf natürliche Weise.

Magma ist anders. Sein Ausbruch wird durch den hohen Druck im Untergrund verursacht und erfordert keine brennbaren Materialien oder Verbrennungsmaterialien. Wenn das heiße Magma mit dem kalten Meerwasser in Kontakt kommt, führt die hohe Temperatur dazu, dass sich das nahe gelegene Meerwasser schnell in Wasserdampf verwandelt. Dies ist die dramatische Szene, in der „Wasser und Feuer verschmelzen“.

▲Auf den Fernerkundungsbildern des Satelliten Gaofen-1B meines Landes können wir erkennen, dass im Meeresgebiet Dutzende von Kilometern um die Insel Hongahaapai herum große Mengen roten und braunen Bimssteins schwimmen, wobei die Länge von wenigen Metern bis zu mehr als 10 Kilometern variiert. Bimsstein entsteht durch den Kontakt zwischen vulkanischer Lava und Meerwasser. Sein Hauptbestandteil ist üblicherweise Siliziumdioxid, das weich ist und ein geringes spezifisches Gewicht hat. Unter der Einwirkung der Wellen sammelt es sich und bildet große Bimssteinflächen, die nicht nur die Navigation der Schiffe beeinträchtigen, sondern auch zum Absterben der Fischbestände im Meer führen, weil Bimsstein versehentlich verschluckt wird (Bildquelle: CCTV News)

Das Medium für unterseeische Vulkanausbrüche ist ein anderes als für terrestrische Vulkanausbrüche (bei den einen ist es Meerwasser, bei den anderen Luft). Da der Widerstand der Luft geringer ist als der des Meerwassers, ist es naheliegend, dass Vulkanausbrüche gleicher Größe an Land heftiger ausfallen. Doch die Wahrheit ist: Die Ausbrüche unterseeischer Vulkane sind manchmal heftiger. Dies liegt daran, dass Magmaausbrüche Meerwasser schnell zum Kochen bringen können, wodurch in sehr kurzer Zeit hohe Temperaturen und große Mengen Gas entstehen. Daher gehen unterseeische Vulkanausbrüche häufig mit heftigen Explosionen einher.

Natürlich sind einige unterseeische Vulkanaktivitäten relativ mild. Während des Kontakts zwischen Meerwasser und Magma kocht das Meerwasser weiter und kühlt das Magma kontinuierlich ab. Schließlich kühlt das Magma ab, wird fest und bedeckt den Meeresboden. Wenn zu viel Magma ausbricht, sammelt es sich an, tritt aus dem Wasser und bildet eine Insel.

Wie schwierig ist es, vor einem Vulkanausbruch zu warnen?

Nach der aktuellen Situation gehen die meisten Wissenschaftler davon aus, dass der Vulkanausbruch auf Tonga relativ stark ist, nämlich VEI5 oder VEI6 (Volcanic Explosivity Index). Warum ist es trotz der heutigen hochentwickelten Technologie immer noch nicht möglich, vor solch starker vulkanischer Aktivität im Voraus zu warnen?

Derzeit ist es sehr schwierig, Vulkanausbrüche (insbesondere Unterwasservulkane) zu überwachen.

Vulkane sind das Produkt von Magmaaktivität. Wenn Magma tief unter der Erde enormem Druck ausgesetzt ist, bricht es an die Oberfläche aus und bildet einen Vulkan. Befindet sich der Vulkan auf dem Meeresgrund, spricht man von einem Unterwasservulkan. Schätzungsweise gibt es auf der Erde etwa 20.000 Unterwasservulkane, die meisten davon verteilt in Gebieten mit aktiver Plattentektonik und magmatischer Aktivität, wie etwa Mittelozeanischen Rücken und Inselbögen. Von diesen 20.000 Vulkanen sind einige erloschen, einige sind noch jung und aktiv und andere ruhen. Beispielsweise sind die berühmten Hawaii-Inseln eigentlich ein Archipel, das durch Vulkanausbrüche entstanden ist.

Die vulkanisch aktivste Region der Welt ist zufällig der Pazifische Ozean. In der Geologie gibt es den Begriff „Pazifischer Feuerring“. Dieser Vulkangürtel umschließt in etwa den gesamten Pazifischen Ozean und hat eine Gesamtlänge von mehr als 40.000 Kilometern. Es gibt mehr als 500 aktive Vulkane und der Tonga-Vulkan ist nur einer davon.

Es gibt sehr viele Vulkane auf der Welt und Unterwasservulkane sind in den weiten Ozeanen verstreut. Beim derzeitigen Stand der geologischen Forschung und der Meeresforschung ist es schwierig, die Aktivitäten unterseeischer Vulkane intuitiv zu überwachen, und wir können sie im Grunde nur „loslassen“.

▲Überwachung der Verbreitungskarte aktiver Vulkane in meinem Land. Die Vulkane Changbai Mountain in Jilin, Longgang und Wudalianchi in Heilongjiang, der Vulkan Jingpo Lake, Tengchong und Qiongbei in Hainan wurden in das chinesische Vulkanüberwachungsnetz aufgenommen. Zur Echtzeitüberwachung dieser aktiven Vulkane werden verschiedene Überwachungsmethoden eingesetzt, darunter Erdbeben, Schwerkraft, Deformation und Flüssigkeit (Bildquelle: Sichuan Online).

Bei Unterwasservulkanen besteht die derzeit gängige Methode darin, die nächste mögliche aktive Periode und Zeit auf Grundlage vorhandener Eruptionsdaten zu berechnen. Allerdings ist die wissenschaftliche Genauigkeit dieser Daten nicht hoch und die Methode ist relativ primitiv.

Aus diesem Grund ist derzeit unklar, wann der Ausbruch des Tonga-Vulkans enden wird, da vulkanische Aktivitäten in geologischen und nicht in menschlichen Zeiträumen stattfinden. Es sind Ausbrüche möglich, die Tage, Wochen oder sogar Monate andauern. Wir können lediglich sagen, dass die Intensität nachfolgender Eruptionen nachlassen könnte. Dies ist vergleichbar mit dem Grund, warum Nachbeben nach einem Erdbeben noch Jahre oder sogar Jahrzehnte andauern.

Werden Vulkanausbrüche zu einem globalen Abkühlungsjahr ohne Sommer führen?

Nach dem Ausbruch des Vulkans Tonga haben einige Spekulationen über die Auswirkungen der Vulkanasche auf das Klima die Menschen beunruhigt - große Mengen Vulkanasche können sich nach dem Eintritt in die Stratosphäre lange Zeit nicht absetzen, was zu einem „Sonnenschutzeffekt“ und einem „Jahr ohne Sommer“ führt, in dem die globale Temperatur sinkt. Gibt es für diese Aussage eine wissenschaftliche Grundlage? Vulkanausbrüche gehen tatsächlich mit niedrigeren globalen Temperaturen einher. Doch bislang wird der Tonga-Vulkan keinen nennenswerten Einfluss auf die globale Temperatur haben.

Vulkane führen tatsächlich zu einer „Abkühlung“ der Erde, vor allem weil sie schwefelhaltige Aerosole in die Atmosphäre ausstoßen. Wenn diese Aerosole die Stratosphäre erreichen, reflektieren sie mehr Sonnenlicht und erzeugen so einen Kühleffekt in der Atmosphäre. In den letzten 100 Jahren kam es in niedrigen Breiten zu drei großflächigen Vulkanausbrüchen, nämlich am Vulkan Agung in Indonesien (2019), am Vulkan El Chichon in Mexiko (1982) und am Vulkan Pinatubo auf den Philippinen (1991). Im Winter nach ihren Ausbrüchen waren die Temperaturen in den meisten Teilen meines Landes mit Ausnahme von Nordostchina und Xinjiang relativ niedrig.

Doch wenn es um die Auswirkungen auf das Klima geht, ist das Ausmaß des Vulkanausbruchs ein Schlüsselfaktor, der berücksichtigt werden muss. Der Ausbruch des Vulkans Pinatubo auf den Philippinen, der zu einem Rückgang der globalen Durchschnittstemperatur um 0,5 °C führte, hatte einen VEI von 6. Bei seinem Ausbruch im Jahr 1991 wurden 20.000 Kilotonnen Schwefeldioxid freigesetzt. Der geschätzte VEI für diesen Vulkanausbruch auf Tonga liegt bei 5–6, die am ersten Tag des Ausbruchs freigesetzte Menge an Schwefeldioxid betrug jedoch nur 62 Kilotonnen, was keinen signifikanten Einfluss auf die globalen Temperaturen haben wird.

▲ Beobachtungen des chinesischen Satelliten Fengyun-4B zufolge verblieben die meisten Mineralpartikel in der Vulkanaschewolke rund um den Vulkanausbruchspunkt und setzten sich allmählich ab, während sich helle Wolken allmählich von der Vulkanwolke lösten und sich langsam nach Westen ausbreiteten. Nach der Analyse besteht dieser Teil der Wolke hauptsächlich aus sauren Gasen wie Schwefeldioxid (Fotoquelle: CCTV News)

Eine Reihe von Studien hat gezeigt, dass Vulkanausbrüche im Allgemeinen das globale und ostasiatische Klima in den nächsten ein bis zwei Jahren nachhaltig beeinflussen und einen gewissen Abkühlungseffekt verursachen. In meinem Land könnten Vulkanausbrüche außerdem die Intensität des ostasiatischen Sommermonsuns im folgenden Jahr abschwächen und dadurch dazu führen, dass sich der Sommerregengürtel meines Landes nach Süden verlagert, was wiederum die Niederschläge während der Hochwassersaison beeinträchtigen würde.

Ist es ein Segen oder ein Fluch für die Meeresökologie?

Nach dem Ausbruch des Unterwasservulkans Tonga fielen riesige Mengen Vulkanasche, Magma und Sulfide ins Meer und trieben mit den Meeresströmungen weiter. Welche Auswirkungen werden sie auf das Meeresleben haben? Wird es die ökologische Umwelt unserer Küstengebiete schädigen?

Wenn ein Unterwasservulkan ausbricht, erhitzt sich das umgebende Meerwasser schnell und kocht, was dem nahegelegenen Meeresleben einen verheerenden Schlag versetzt. das aus dem Vulkan ausgestoßene Magma bedeckt den Meeresboden und führt zum Tod zahlreicher Unterwasserlebewesen. Die große Menge an Sulfid in der Lava ist auch für das Meeresleben in größerer Entfernung giftig.

Die indirekten Auswirkungen von Vulkanausbrüchen sind langfristig und großflächig. Da große Mengen Vulkanasche das Sonnenlicht blockieren, wird die Photosynthese der Algen im Meerwasser geschwächt. Algen sind Primärproduzenten mariner Ökosysteme. Sie produzieren Sauerstoff und liefern durch Photosynthese organische Stoffe, um andere Meerestiere oder Mikroorganismen zu ernähren. Nimmt die Algenpopulation ab, verringert sich auch die Biomasse des Meeresgebiets, was zu grundlegenden Veränderungen oder sogar zum Zusammenbruch der Gemeinschaftsstruktur im Ökosystem des Gebiets führen kann.

Vulkanausbrüche können außerdem zu einer stärkeren Trübung des Meerwassers in einem bestimmten Gebiet führen, was nicht nur die Photosynthese der Algen weiter beeinträchtigt, sondern auch dazu führt, dass die trüben Partikel an den Korallenriffen haften bleiben oder diese bedecken, wodurch die Atem- und Filterlöcher der Rifforganismen blockiert werden und Korallenpolypen und andere Rifforganismen abgetötet werden.

▲Infolge des Tsunamis, der durch den Ausbruch des Unterwasservulkans von Tonga verursacht wurde, kenterten oder sanken in Japan insgesamt etwa 30 Fischerboote, und vielerorts wurden Fischerei- und Aquakulturgeräte beschädigt (Fotoquelle: Global Times).

Aus einer anderen Perspektive führen Vulkanausbrüche zu einem Anstieg der Meerwassertemperaturen und einer Zunahme giftiger und schädlicher Substanzen, was die genetische Mutation von Meeresorganismen beschleunigen kann.

Vor ein paar Tagen war auf allen Bildschirmen die Nachricht von einer „Rekordernte wilder Gelber Umbrinen“ zu hören. Einige Internetnutzer glaubten, dass dies mit dem Ausbruch des Unterwasservulkans auf Tonga zusammenhängt. Tatsächlich gibt es für diesen Verdacht keine ausreichende wissenschaftliche Grundlage. Der Große Gelbe Umber ist eine der wichtigsten Fischarten in den Küstengewässern Chinas und wurde nicht durch Vulkanausbrüche aus dem Meer vertrieben. Die Tatsache, dass ein Fischerboot so viele Gelbe Umbrinen in einem Netz fangen kann, ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass mein Land seit vielen Jahren ein Moratorium für die Sommerfischerei und verstärkte Maßnahmen zum Schutz der Meeresumwelt verhängt. Darüber hinaus haben sich die Fangkapazitäten der Fischereifahrzeuge und die Möglichkeiten zur Radarerkennung und -verfolgung von Fischschwärmen erheblich verbessert und die Fischschwärme verbringen den Winter zufällig in den Überwinterungsgebieten (Gewässer, in denen sich Fische und Garnelen zum Überwintern versammeln).

Ob die Ansammlung von Fischschwärmen mit dem Erdbeben und dem Tsunami zusammenhängt, die durch den Ausbruch des Unterwasservulkans von Tonga verursacht wurden, ist nicht sehr wahrscheinlich. Allerdings können wir nicht völlig ausschließen, dass die Erdbeben- und Tsunamiwellen, die in die chinesischen Küstengewässer übertragen wurden, dazu geführt haben, dass sich die Gelben Umbrinen versammelten und innerhalb kurzer Zeit einen größeren Fischschwarm bildeten.

Produziert von: Science Central Kitchen

Produziert von: Beijing Science and Technology News | Pekinger Wissenschafts- und Technologiemedien

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