Satelittenquantifizierung der verstärkten Methanoxidation angewandt auf die stratosphärische Spur nach dem Ausbruch von Hunga Tonga–Hunga Ha’apai

Eine gewaltige Unterwasserexplosion mit Klimasignalen

Anfang 2022 schleuderte der Vulkan Hunga Tonga–Hunga Ha’apai eine kolossale Wolke hoch über die Wolken, die wegen ihrer Wucht Schlagzeilen machte. Diese Studie zeigt, dass der Ausbruch zugleich ein seltenes natürliches Experiment in der Atmosphäre schuf: Sie macht sichtbar, wie Methan — ein wichtiges Treibhausgas — zerstört wird und wie künftige Versuche, Methan aus der Luft zu entfernen, aus dem Weltraum beobachtet werden könnten. Indem die Autoren ein kurzlebiges Gas, Formaldehyd, weit oben in der Atmosphäre verfolgten, entdeckten sie einen unerwartet starken Schub an Methanabbau und einen überraschenden chemischen Motor, der ihn antreibt.

Warum Methan in der Luft wichtig ist

Methan fängt über Jahrzehnte deutlich mehr Wärme ein als Kohlendioxid und ist heute für etwa ein halbes Grad globale Erwärmung verantwortlich. Die gute Nachricht ist, dass Methan in der Luft nicht lange verbleibt — ungefähr zehn Jahre —, sodass Emissionsminderungen oder eine Beschleunigung seines natürlichen Abbaus den Planeten binnen eines Jahrzehnts abkühlen könnten. Die Herausforderung besteht darin, dass sich nicht alle Methanquellen beseitigen lassen und natürliche Emissionen aus Feuchtgebieten und sich erwärmenden Landschaften zunehmen. Daher prüfen Wissenschaftler, ob es möglich wäre, den Methanabbau in der offenen Atmosphäre gezielt zu verstärken, etwa durch Zugabe von Chemikalien, die den Abbau beschleunigen. Jede solche Maßnahme bräuchte jedoch verlässliche Methoden, um nachzuweisen, wie viel zusätzliches Methan tatsächlich zerstört wird.

Eine vulkanische Spur als natürliches Testfeld

Der Ausbruch von Hunga Tonga–Hunga Ha’apai schleuderte Material bis in etwa 55 Kilometer Höhe, weit in die Stratosphäre — viel höher als bei typischen vulkanischen Eruptionen. Satelliten registrierten schnell gewaltige Mengen Wasserdampf, Schwefelgase und feine Partikel, die sich rund um den Globus ausbreiteten. Die Autoren konzentrierten sich auf ein anderes Signal: einen ungewöhnlich starken Anstieg von Formaldehyd in rund 30 Kilometern Höhe, weit oberhalb der Schicht, in der dieses Gas normalerweise vorkommt. Anhand von Daten des Instruments TROPOMI und anderer Satelliten zeigten sie, dass dieses Formaldehyd eng mit der vulkanischen Aerosolwolke verknüpft war und mindestens zehn Tage anhielt, obwohl Sonneneinstrahlung einzelne Formaldehyd‑Pakete normalerweise innerhalb weniger Stunden zerstören sollte. Die einzige Erklärung für so hohe Konzentrationen war, dass im Inneren der Spur ständig neues Formaldehyd produziert wurde.

Die Spuren des Methanabbaus verfolgen

Formaldehyd ist ein kurzlebiges Zwischenprodukt in der Reaktionskette, die Methan in Kohlendioxid und Wasser verwandelt. In entlegenen Regionen ohne starke lokale Verschmutzung oder Feuer stammt nahezu alles Formaldehyd aus Methan. Durch sorgfältige Quantifizierung des zusätzlichen Formaldehyds und der Geschwindigkeit, mit der die Sonneneinstrahlung es entfernt, konnten die Forschenden zurückrechnen, wie schnell Methan in der Spur zerstört worden sein muss. Ihre Analyse legt nahe, dass etwa 900 Tonnen Methan pro Tag oxidiert wurden, mit lokalen Spitzenverlusten von bis zu 60 Nanomol pro Mol pro Tag (parts per billion per day) — enorm im Vergleich zu normalen stratosphärischen Bedingungen. Eine derart große Zerstörung deutet darauf hin, dass der Ausbruch eine hohe Dosis Methan in große Höhen injiziert hat und ein ungewöhnlich starker chemischer Auslöser am Werk war.

Ein verborgener Chlormotor in vulkanischer Asche

Um den raschen Methanverlust zu erklären, untersuchten die Forschenden weitere Satellitenmessungen innerhalb der Spur, darunter chlorgebundene Gase und Ozon. Sie kamen zu dem Schluss, dass der Methanabbau weitgehend von sehr reaktiven Chloratomen getrieben wurde und nicht allein von den bekannteren Hydroxylradikalen. Bekannte Chlor‑Recyclingwege und Zyklen mit Brom konnten nicht genug Chlor erzeugen, um die Beobachtungen zu erklären, besonders über viele Tage. Stattdessen schlagen die Autoren vor, dass feine vulkanische Aschepartikel, die mit Sulfat und Meeressalz beschichtet sind und Eisen enthalten, wie mikroskopische chemische Reaktoren wirkten. Unter Sonneneinstrahlung können Eisen und Chlorid auf diesen Partikeln Schübe reaktiven Chlors erzeugen. Rechnungen mit realistischer Eisenmenge und Partikeloberfläche deuten darauf hin, dass diese „Eisen‑Chlorid‑Photochemie“ plausibel die notwendige Chlorproduktion auch hoch in der Stratosphäre aufrechterhalten konnte.

Ein neuer Weg, den Methanabbau aus dem All zu beobachten

Über die Erklärung einer ungewöhnlichen vulkanischen Spur hinaus demonstriert diese Arbeit ein neues Werkzeug, um zu überwachen, wie schnell Methan aus der Atmosphäre entfernt wird. Da die Methode Formaldehyd im ultravioletten Bereich verfolgt, funktioniert sie gut über Ozeanen — dort, wo viele vorgeschlagene Methoden zur Methanentfernung wirken würden, aber wo direkte Methanmessungen aus dem All schwierig sind. Die Autoren zeigen, dass ihr satellitenbasiertes Formaldehyd‑Verfahren empfindlich genug war, den durch Hunga Tonga verursachten Methanverlust zu detektieren, obwohl dieser deutlich kleiner war als einige der diskutierten, zukünftigen technischen Eingriffe. Kurz gesagt zeigt die Studie einen verborgenen chemischen Mechanismus bei einer spektakulären Eruption und bietet eine praktische Möglichkeit zu überprüfen, ob künftige Maßnahmen zur Entfernung von Methan aus der Luft tatsächlich wirken.

Zitation: van Herpen, M.M., De Smedt, I., Meidan, D. et al. Satellite quantification of enhanced methane oxidation applied to the stratospheric plume following Hunga Tonga-Hunga Ha’apai eruption. Nat Commun 17, 3746 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-72191-4

Schlüsselwörter: Methan, Vulkanausbruch, Satellitenbeobachtungen, Atmosphärenchemie, Klimaschutz