Hunga-udbrud giver ny viden om, hvordan vulkaner kan påvirke klodens klima og ozonlag

I januar 2022 eksploderede en undersøisk vulkan ud for Tonga og skabte det kraftigste vulkanudbrud i over 30 år. Men i modsætning til tidligere kendte udbrud kastede Hunga-udbruddet ikke blot aske og svovl, men også ufattelige mængder vand op i atmosfæren. Nu viser en netop udgivet international rapport, The Hunga Volcanic Eruption Atmospheric Impacts Report, at udbruddet har haft bemærkelsesværdige og langvarige effekter på stratosfæren – og ændrer vores forståelse af, hvordan vulkaner påvirker klodens klimasystem.

Lektor Freja Chabert Østerstrøm fra Institut for Miljøvidenskab ved Aarhus Universitet har deltaget i det internationale forskningssamarbejde, hvor 159 forskere fra 21 lande har analyseret det usædvanlige udbrud og dets konsekvenser for klima og atmosfærisk kemi.

“Vi har aldrig før observeret så store mængder vanddamp fra et vulkanudbrud. Mængden svarer til cirka 20 procent af vandindholdet i stratosfæren på hele den sydlige halvkugle, hvor udbruddet skete,” siger Freja Chabert Østerstrøm.

Et udbrud med uhørt kraft

Udbruddet begyndte 150 meter under havets overflade og var så voldsomt, at røgskyen nåede op i en højde af hele 58 kilometer. Det er det højeste, der nogensinde er målt i satellit-æraen. Dele af skyen rakte helt op i mesosfæren. Allerede inden for den første time spredte skyen sig til en bredde på 400 km, og den samlede diameter nåede i alt ca. 600 km.

Eksplosionen slyngede omkring 150 millioner tons vanddamp op i stratosfæren, svarende til cirka 10 procent af den samlede mængde vanddamp i hele stratosfæren. Det meste af vandet stammede fra havvand og magma, og fordi Hunga lå på den helt rette dybde under havet, var betingelserne perfekte for et såkaldt “våd-eksplosivt” udbrud.

Under normale omstændigheder fungerer grænsen mellem troposfæren og stratosfæren, kaldet tropopausen, som en kuldevæg. Den stopper vanddamp og får den til at kondensere og falde som regn, inden den når stratosfæren. Men denne gang var eksplosionen så kraftig, at vandet brød igennem kuldevæggen og nåede hele vejen op.

“Det, der gør Hunga så speciel, er kombinationen af vand og sulfatpartikler, der nåede uhørt højt op. Det har ændret hele billedet af, hvad der sker efter et vulkanudbrud. Vi troede simpelthen ikke, det var muligt,” siger Freja Chabert Østerstrøm.

Stratosfæren er normalt et tørt og stabilt lag, hvor sollys og lav temperatur holder kemiske reaktioner i skak. Men med tilførslen af store mængder vand skete der markante ændringer. Vandet ændrer temperaturen og forstærker den kemiske nedbrydning af ozon, blandt andet ved at danne hydroxylradikaler (OH), der fremskynder dannelsen af svovlsyrepartikler (sulfataerosoler) fra den 0,5 millioner tons svovldioxid, som også blev slynget op.

“Vanddamp har en dobbelt virkning. Den afkøler stratosfæren, men den ændrer også den kemiske balance og partikeldannelse. Det betyder, at mange reaktioner, der normalt kun sker over polerne, kan ske andre steder. Og det har vi set her,” siger Freja Chabert Østerstrøm.

I månederne efter udbruddet blev der registreret store ozontab uden for de polare områder. Lokalt på den sydlige halvkugle så forskerne op til 14 procent ozontab og 22 procent tab af saltsyre (HCl) i midtstratosfæren – og op til 5 procent ozontab allerede i de første to uger efter udbruddet, med helt op til 40 procent reduktion en enkelt dag.

“Det er meget usædvanligt. Og det skete, fordi vanddampen og de vulkanske partikler speeder reaktioner op, som nedbryder ozon,” siger Freja Chabert Østerstrøm.

Vulkan med lille klimaeffekt

Store vulkanudbrud forbindes normalt med global afkøling. Det skyldes, at partikler af svovlsyre dannet af svovldioxid spreder sig i stratosfæren og reflekterer sollys tilbage mod rummet. Det skete for eksempel efter Mount Pinatubo-udbruddet i 1991, som sænkede den globale temperatur midlertidigt med omkring 0,5 grader i de 2 første år efter udbruddet.

Men Hunga-udbruddet bryder med den regel. Her modvirkede vanddampen den nedkølende effekt fra svovlpartiklerne, da vand har en helt anden effekt i atmosfæren. Vanddampen absorberer varme og fungerer som en drivhusgas, hvilket giver en opvarmende effekt på Jordens overflade.

“Det er første gang, vi har set den type respons fra et vulkanudbrud,” siger Freja Chabert Østerstrøm.

Klimamodeller estimerer, at effekten har været omkring -0,05 grader i 2022-2023 og dermed svær at observere. Det understreger, hvor stor betydning vanddamp kan have i stratosfæren, og hvorfor forskerne nu må genoverveje nogle af de antagelser, der hidtil har været brugt i modeller af vulkansk påvirkning.

Ny viden om supervulkaner

En af de store overraskelser har været, hvor længe vanddampen blev i atmosfæren. Den begyndte først at forsvinde igen i begyndelsen af 2024 – næsten halvandet år efter udbruddet. 78 procent af vandet forblev på den sydlige halvkugle gennem 2022, og resterne af skyen er stadig målbar i 2025.

“Stratosfæren er ikke gearet til at håndtere så meget vand. Det ændrer den måde, vi forstår atmosfærens kemi på – og det ændrer også, hvordan vi forstår tidligere udbrud fra supervulkaner,” forklarer Freja Chabert Østerstrøm.

Hunga-udbruddet havde en så voldsom vandinjektion, at det indirekte kan give ny viden om, hvad der kan være sket under ældre, endnu større udbrud – såkaldte supervulkaner. Vi har ikke tidligere haft teknologien til at måle sådanne mængder vand, og Hunga bliver derfor et nøgleeksempel i fremtidige modeller.

“Hunga-udbruddet var helt uden fortilfælde,” siger Yunqian Zhu, som er forskningsleder ved University of Colorado Boulder og en af hovedforfatterne bag rapporten. “Det lærte os, hvor dybt vandrige vulkanudbrud kan påvirke stratosfæren – og hvor afgørende globalt samarbejde er for at kunne fange og forstå så sjældne hændelser.”

Sådan påvirker vanddamp ozonlaget

• Vanddamp er normalt fraværende i stratosfæren, som derfor er et stabilt lag.
• Når vanddamp trænger op, ændrer det temperaturen og starter nye kemiske reaktioner.
• Vand reagerer med svovldioxid (SO₂) og danner svovlsyre (H₂SO₄), som kondenserer til aerosoler.
• Aerosolerne fungerer som reaktionsflader, hvor skadelige halogenforbindelser (som HCl) kan omdannes til frie radikaler.
• Disse radikaler nedbryder ozon (O₃) og forårsager tab af det beskyttende ozonlag – ikke kun over polerne, men også i tropiske og mellem breddegrader.
• Resultatet er lavere ozonniveauer, hvilket øger UV-stråling ved jordoverfladen og ændrer atmosfærens strålingsbalance.