Vulkanausbrüche stören GPS-Empfang

Es war einer der stärksten Vulkanausbrüche, die bisher gemessen wurden. Im Januar 2022 brach der Unterwasservulkan Hunga Tonga-Hunga Haʻapai im Inselstaat Tonga im pazifischen Ozean aus. Eine Forschungsgruppe hat jetzt gezeigt: Der Vulkanausbruch hat für neun bis zehn Stunden Störungen im GPS-Empfang von Hawaii bis Kenia verursacht. Ein solcher Ausbruch kann also nicht nur in der Nähe des Vulkans, sondern sogar bis um den halben Globus Störungen verursachen. Ihre Ergebnisse hat das Forschungsteam in der Fachzeitschrift „Scientific Reports“ veröffentlicht.

Zahlreiche Satelliten umkreisen die Erde und ermöglichen unter anderem moderne Kommunikation und Navigation. Dazu senden sie Radiowellen aus, die sich durch die Schicht zwischen Weltraum und Erde ausbreiten, die sogenannte Ionosphäre. In ihr befinden sich viele Ionen, also geladene Teilchen. An diesen werden die Radiowellen von Satelliten, zum Beispiel auch von GPS-Satelliten, reflektiert und gebrochen.

Die Forschungsgruppe um Atsuki Shinbori von der Nagoya Universität hat nun Daten zur Ionosphäre sowohl von Messstationen auf dem Boden als auch von Satelliten ausgewertet. Dabei haben sie sich auf die Druckwellen in der Atmosphäre konzentriert, die der Ausbruch des Unterwasservulkans Hunga Tonga-Hunga Haʻapai am 15. Januar 2022 ausgelöst hat, und die Bewegungen dieser Wellen in der Ionosphäre verfolgt.

Die Analysen zeigen sogenannte Plasmablasen über Asien, am Äquator und in niedrigen Breitengraden, so die Forschenden. Diese Gebiete aus aufsteigender heißer Luft entstehen infolge der Druckwelle des Vulkanausbruchs in der Atmosphäre und gelangen dann in die Ionosphäre. Sie enthalten somit ungeladene Teilchen und haben eine geringere Teilchendichte als die sonstige Ionosphäre. Das verändert, wie sich die Radiowellen der Satelliten durch die Ionosphäre ausbreiten. Durch die Blasen können die Radiowellen abgelenkt oder gestreut werden und kommen womöglich nicht bei GPS-Empfängern auf der Erde an. Die Plasmablasen waren außerdem größer, als bisherige Modelle es vorhergesagt haben: etwa 100 Kilometer lang, 6700 Kilometer breit und 2000 Kilometer hoch.

Ein weiteres Ergebnis der Studie hat die Forschenden überrascht: Sie konnten zeigen, dass bereits ein paar Minuten bis Stunden, bevor die Plasmablasen entstehen, die Elektronendichte in der Ionosphäre schwankt. Das sei, so Shinbori, dadurch zu erklären, dass sich Wellen in der Ionosphäre schneller fortbewegen als die Druckwellen in den unteren Atmosphärenschichten, die dann die Plasmablasen auslösen.

Laut Shinbori lässt sich dank dieser Ergebnisse künftig ermitteln, wo nach einem Vulkanausbruch Plasmawellen entstehen könnten, wenn man die Schwankungen der Elektronendichte in der Ionosphäre verfolgt. So könnten auch Vorhersagen über das Weltraumwetter verbessert und Ausfällen von GPS-Empfang vorgebeugt werden.