Vulkanische Ausbrüche wurden festgestellt, um El-Niño-Ereignisse im Indischen Ozean für bis zu 8 Jahre zu dämpfen.

27. Oktober 2023 Feature

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von Hannah Bird, Phys.org

In einer neuen Studie, die in Geophysical Research Letters veröffentlicht wurde, wurden vulkanische Ausbrüche in tropischen Regionen (23° N/S vom Äquator) mit abrupten Störungen der globalen Klimazyklen im Indischen Ozean in den letzten 1 Million Jahren in Verbindung gebracht. Es wurde festgestellt, dass El Niño Southern Oscillation (ENSO) und Indian Ocean Dipole (IOD), die Ozean-Atmosphäre-Klimainteraktionen, fast ein Jahrzehnt lang gestört waren, bevor sie zu den Baselinewerten vor dem Ausbruch zurückkehrten. Die Auswirkungen nehmen mit zunehmender Ausbruchsintensität zu.

Die IOD entsteht aufgrund eines Ost-West-Kontrasts der Oberflächentemperaturen des Meeres, mit kühleren als normalen Temperaturen im östlichen Indischen Ozean und wärmeren im Westen. Während der positiven Phase kommt es in benachbarten Regionen zu erheblichen Veränderungen der Temperatur, Niederschlag und Windmuster, wobei in Ostafrika in der Regel Überschwemmungen und in Ostasien und Australien Dürren auftreten. Diese Bedingungen kehren während einer negativen IOD-Phase um.

Benjamin Tiger vom Massachusetts Institute of Technology und dem Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) Joint Program in Oceanography/Applied Ocean Sciences and Engineering, USA, und Dr. Caroline Ummenhofer, ebenfalls vom WHOI, modellierten Simulationen mit dem Community Earth System Model Last Millennium Ensemble (CESM-LME) und Eingabedaten von einigen der größten historischen Ausbrüche, einschließlich Samalas (1258), Kuwae (1452), Tambora (1815), Huaynaputina (1600) und Pinatubo (1991).

Sie stellten fest, dass starke vulkanische Ausbrüche in den Tropen im Ausbruchsjahr zu einer negativen IOD führten, gefolgt von einer positiven Phase im nächsten Jahr, und dass die Auswirkungen ausreichend signifikant waren, um den allgemeinen Kühlungstrend in den Tropen nach dem Ausbruch aufzuwiegen. Diese positiven und negativen IOD-Anomalien dauern 7-8 Jahre nach dem Ausbruch an, bevor das Signal zu den Bedingungen vor dem Ausbruch zurückkehrt.

Dieses Muster wird weiterhin von der Phase eines zeitgleich auftretenden Klimazyklus, der Interdecadal Pacific Oscillation (IPO), beeinflusst, der 20-30 Jahre dauert und sich über einen größeren Bereich erstreckt, der beide Hemisphären umfasst. Während positiver Phasen ist der tropische Pazifische Ozean wärmer und nördliche Regionen kühler, mit umgekehrten Bedingungen in negativen Phasen.

Die Forscher stellten fest, dass eine negative IPO-Phase zu einer stärkeren negativen IOD führte und dasselbe für eine positive IPO/IOD galt, wobei die Meerestemperatur im tropischen Pazifik während des IPO einen entscheidenden Einfluss auf die Stärke der ursprünglichen IOD-Reaktion hatte.

Unterdessen korrelieren ENSO-Schwankungen (bei denen sich die Oberflächentemperatur des Pazifischen Ozeans um bis zu 3°C ändert und zu Klimaverschiebungen führt) mit einer Erwärmung von El Niño nach großen tropischen Ausbrüchen, insbesondere in den borealen Wintermonaten (Dezember-Februar) des ersten Jahres nach dem Vulkanausbruch, gefolgt von überwiegend La Niña-Bedingungen.

Dies kann durch einen verstärkten Temperaturgradienten zwischen Land und Meer in Afrika und dem Indischen Ozean erklärt werden, der die westlichen Passatwinde beeinflusst sowie eine Region mit aufsteigendem kühlerem Wasser im östlichen Pazifik. Tiger und Dr. Ummenhofer stellten auch fest, dass die Reaktion von ENSO um 2 Monate hinter der positiven IOD zurückblieb. In der Zwischenzeit identifizierten die Simulationen eine negative IOD, die mit starken La Niña-Bedingungen in den Jahren 3-5 nach dem Ausbruch zusammenfiel.

Ein weiterer Faktor, der die Oberflächentemperatur des Meeres und damit die Klimareaktionen beeinflusst, ist die Tiefe der Thermokline (ein abrupter Temperaturgradient) in den Indischen und Pazifischen Ozeanen. Ausbrüche unter positiven IPO-Bedingungen haben eine flachere Thermokline in der Indo-Pazifik-Warmpool-Region und eine tiefere Thermokline im Westen des Indischen Ozeans und im Ostpazifik, und umgekehrt unter negativen IPO-Bedingungen.

Im ersten Fall wird die Thermokline im östlichen Indischen Ozean abgeflacht, was den Temperaturgradienten der Meeresoberfläche schwächt und somit die post-eruptionsbedingte IOD neutralisiert. Währenddessen wird bei den letzteren Thermoklinenbedingungen der Temperaturgradient der Meeresoberfläche verstärkt, was das Indische-Ozean-Becken auf stärkere negative IPO-Ereignisse nach dem Ausbruch vorbereitet. Diese Auswirkungen sind im ersten Jahr nach dem Ereignis am deutlichsten und nehmen danach ab.

Es ist auch wichtig, den Zeitpunkt eines Ausbruchs zu beachten. Ein Ausbruch im borealen Frühling (März-Mai) hat wahrscheinlich den größten Einfluss auf die IOD/ENSO-Reaktion im selben Jahr, während Ausbrüche, die später auftreten, möglicherweise eine verzögerte oder neutralisierte klimatische Auswirkung haben.

In addition to affecting climate, the aerosols released from volcanic eruptions impact global radiative forcing, the balance between incoming and outgoing solar radiation. This results in atmospheric cooling post-eruption that can last months or years, so the forcing on IOD/ENSO must be strong in order to outweigh the impact of reduced temperatures.

These findings are important for regions prone to volcanic eruptions to conduct risk assessments and prepare for the resulting extreme climate events, potentially helping to alleviate some of the impacts on the environment and local communities.

Journal information: Geophysical Research Letters

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