Treibhaus-Effekt durch Vulkanausbrüche: Wie Vulkane das Klima verändern

Gewaltige Vulkanausbrüche, bei denen neben Lava massenhaft Asche und Gase ausgestoßen werden, können das Klima verändern. Das ist gut belegt durch die Eruption des Tambora-Vulkan in Indonesien von 1815, die Europa und Nordamerika im Folgejahr einen Sommer mit Schneefällen und Frost im Flachland noch im Juli bescherte. Vulkane können das Weltklima nicht nur ein paar Jahre kühlen, sondern lange Epochen über Jahrmillionen aufheizen. Davon berichten Ryan McKenzie von der Yale-Universität in New Haven und seine Kollegen im Fachblatt „Science“.

Vulkan-Ketten, die permanent aktiv waren

Allerdings braucht es dazu nicht nur ein paar große Eruptionen, sondern riesige Vulkan-Bögen und -Ketten, wie sie sich heute durch Indonesien oder entlang der amerikanischen Pazifikküste ziehen. Und die müssen – in langen „geologischen“ Zeitmaßstäben – permanent aktiv sein und Lava, Gas und Asche in die Luft schleudern.

In der Erdgeschichte gab es mehrere solcher Phasen, wie McKenzie und Kollegen berichten. Sie berufen sich auf Zirkone, ausgesprochen robuste Minerale, die bevorzugt im Magma unter Vulkanbögen entstehen. Da sie sich der Verwitterung hartnäckig widersetzen, sind sie sowohl in vulkanischen Gesteinen als auch in Sedimentbecken zu finden, wo sich der Schutt längst abgetragener Gebirge sammelt. Zirkone sind für Geoforscher besonders interessant, weil sie radioaktive Elemente enthalten und damit ihr Alter gut bestimmt werden kann. Vor allem jene Ereignisse der Erdgeschichte, die Jahrmillionen zurückliegen, können mit dieser „Geo-Uhr“ gut datiert werden.

Große Mengen Kohlendioxid in die Athmosphäre geblasen

Als das Team um McKenzie die Alter von rund 120 000 Zirkon-Proben aus eigenen Analysen und aus den Veröffentlichungen anderer Forscher miteinander verglichen, entdeckten sie einen erstaunlichen Zusammenhang: In den Sedimenten aus den Epochen mit auffällig warmem Treibhausklima, wie vor 540 bis vor 485 Millionen Jahren (Zeitalter des Kambriums) sowie vor 200 bis vor 66 Millionen Jahren (Jura und Kreidezeit), stecken sehr viele junge, gerade zu dieser Zeit entstandene Zirkone. In den Epochen, in denen es häufiger Gletscher an den Polen und in Gebirgen gab, wie vor rund 700 und vor etwa 300 Millionen Jahren sowie in den letzten 65 Millionen Jahren gibt es dagegen sehr viele alte Zirkone in den Sedimentschichten jener Zeit.

Die Wissenschaftler erklären das folgendermaßen: Demnach sollten in den langen Treibhausklima-Epochen der Erde vor allem die großen Vulkan-Bögen und -Ketten sehr aktiv gewesen sein und große Mengen Kohlendioxid in die Atmosphäre geblasen haben. Der so entstandene Treibhaus-Effekt zog lange Phasen mit warmer Witterung nach sich.

Ausgeprägter Vulkanismus an den Rändern der Ozeane

In solchen Warmzeiten verwittern die Vulkangesteine rasch, entziehen der Atmosphäre dabei viel Kohlendioxid und verhindern so, dass der laufende Nachschub aus den Vulkanen die Kohlendioxid-Konzentration immer weiter in die Höhe treibt. Lassen die Eruptionen nach, verwittern die noch vorhandenen Vulkangesteine weiter und reduzieren so den Kohlendioxid-Gehalt in der Luft. Dadurch kühlt das Klima ab und die Forscher finden in diesen Eiszeitaltern kaum noch junge Zirkone, weil die Vulkanbögen viel ruhiger als in den warmen Epochen sind.

Offensichtlich scheint ausgeprägter Vulkanismus an den Rändern der Ozeane ein Treiber langfristiger Klimaentwicklung zu sein, schreibt Lee Kump von der Pennsylvania State University in einem Kommentar, der ebenfalls in „Science“ erschien. Er warnt jedoch davor, der Altersverteilung der Zirkone zu viel Gewicht zu geben und daraus etwa den früheren Gehalt von Kohlendioxid in der Luft abzuleiten. Schließlich sei die Datengrundlage eben doch lückenhaft.

Zudem setzten die Forscher voraus, dass andere Formen des Vulkanismus, die nicht so viele Zirkone produzieren, zum Beispiel an mittelozeanischen Rücken, bedeutungslos wären. Ob das wirklich zutrifft, ist bisher nicht geklärt.