tulivuorenpurkauksilla voi olla valtava vaikutus maapallon ilmastoon. Esimerkiksi Indonesiassa sijaitsevan Tambora-vuoren vuonna 1815 tapahtuneen purkauksen aiheuttama vulkaaninen tuhka ja kaasut vaikuttivat siihen, että vuosi 1816 oli ”vuosi ilman kesää” ja että sadot epäonnistuivat ja nälänhätää esiintyi kaikkialla pohjoisella pallonpuoliskolla. Vuonna 1991 Pinatubo-vuoren purkaus Filippiineillä viilensi ilmastoa noin 3 vuodeksi.
suuret tulivuorenpurkaukset kuten Tambora ja Pinatubo lähettävät tuhkapilviä ja kaasua korkealle ilmakehään. Näistä sulista peräisin olevat sulfaatti-aerosolit hajottavat auringonvaloa heijastaen osan siitä takaisin avaruuteen. Tämä sironta lämmittää stratosfääriä, mutta viilentää troposfääriä (Maan ilmakehän alinta kerrosta) ja maan pintaa.
”tärkeintä on, ruiskutetaanko näitä stratosfääriin.”
nyt Nature Communications-lehdessä julkaistussa uudessa tutkimuksessa on havaittu, että ilmastonmuutos voisi lisätä tällaisten suurten purkausten viilentävää vaikutusta, joita tapahtuu tyypillisesti pari kertaa vuosisadassa. Tutkimuksessa havaittiin kuitenkin myös, että pienempien, tiheämpien purkausten viilentävät vaikutukset voisivat vähentyä dramaattisesti.
”tärkeintä on, ruiskutetaanko näitä stratosfääriin—eli yli 16 kilometriä tropiikissa nykyisissä ilmasto-olosuhteissa ja lähempänä 10 kilometriä korkeilla leveysasteilla”, selitti Thomas Aubry, geofyysikko Cambridgen yliopistossa Yhdistyneessä kuningaskunnassa ja uuden tutkimuksen johtava kirjoittaja. ”Jos niitä ruiskutetaan näissä korkeuksissa, ne voivat pysyä ilmakehässä pari vuotta. Jos niitä ruiskutetaan alemmissa korkeuksissa, ne huuhtoutuvat käytännössä pois troposfäärissä sateella. Ilmastovaikutus kestää vain muutaman viikon.”
tulivuorenpurkauksen voima vaikuttaa siihen, missä korkeuksissa kaasut pääsevät ilmakehään, jolloin voimakkaammat purkaukset ruiskuttavat stratosfääriin enemmän aerosoleja. Kaasujen kelluvuus vaikuttaa myös siihen, missä korkeudessa ne asettuvat ilmakehään. Ilmastonmuutos voi vaikuttaa tähän kelluvuuteen: kun ilmakehä lämpenee, se harvenee, mikä lisää korkeutta, jolla aerosolit saavuttavat neutraalin kelluvuuden.
mallintamalla Pinatubo-vuorta
Aubry ja hänen kollegansa käyttivät malleja sekä ilmastosta että vulkaanisista plumeista simuloidakseen, mitä tapahtuu tulivuorenpurkauksen aiheuttamille aerosoleille nykyisessä ilmastossa ja miten se voisi muuttua vuosisadan loppuun mennessä ilmaston jatkuvan lämpenemisen myötä. Malliensa mukaan kaikki purkaukset tapahtuivat Pinatubo-vuorella.
he havaitsivat, että keskivaikean suuruisissa purkauksissa se korkeus, jolla sulfaatti-aerosolit asettuvat ilmakehään, pysyi samana lämpimämmässä ilmastossa. Tällaisten purkausten viilentävä vaikutus kuitenkin väheni noin 75%. Tämä ristiriita ei liity vulkaanisiin päästöihin vaan enemmänkin ilmakehään: stratosfäärin korkeuden ennustetaan kasvavan ilmastonmuutoksen myötä. Kohtalaisten tulivuorenpurkausten aerosolit jäävät siis todennäköisemmin troposfääriin ja poistuvat sateen mukana, mikä vähentää niiden voimakkuutta.
tulivuorenpurkaukset nousevat lämpimämmässä ilmastossa noin 1,5 kilometriä korkeammalle stratosfäärissä.
suurten purkausten kohdalla mallit osoittivat, että tulivuorenpurkaukset nousevat lämpimämmässä ilmastossa noin 1,5 kilometriä korkeammalle stratosfäärissä. Tämä korkeuden muutos johtaa siihen, että aerosolit leviävät nopeammin ympäri maailmaa. Aerosolin leviämisen lisääntyminen johtuu pääasiassa Brewer-Dobsonin kierron ennustetusta kiihtymisestä, jossa ilma siirtyy troposfäärissä ylöspäin stratosfääriin ja sieltä kohti napoja. Brewer-Dobsonin levikin muutos liittyy ilmastonmuutokseen.
aerosolien maailmanlaajuisen viilentävän vaikutuksen lisäksi aerosolin leviämisen lisääntyminen vähentää sulfaattihiukkasten törmäysnopeutta ja kasvua. Tämä lisää niiden viilentävää vaikutusta, koska ne heijastavat paremmin auringonvaloa.
”näiden pienten ja kiiltävien hiukkasten kokoon nähden on olemassa makea kohta, jossa ne ovat erittäin tehokkaita hajottamaan auringonvaloa takaisin”, selitti Anja Schmidt, Cambridgen yliopiston ilmakehätieteilijä ja toinen tutkimuksen tekijöistä. ”Sattuupa olemaan niin, että tässä simuloidussa ilmaston lämpenemisskenaariossa nämä hiukkaset kasvavat lähelle kokoa, jossa ne ovat erittäin tehokkaita sironnan kannalta.”
”havaitsemme, että säteilypakko (vulkaanisen aerosolin planeettajärjestelmästä poistama energiamäärä) olisi 30% suurempi lämpimässä ilmastossa verrattuna nykyiseen ilmastoon”, Aubry sanoi. ”Sitten ehdotamme, että se vahvistaisi pintajäähdytystä 15%.”
Stefan Brönnimann, Bernin yliopiston ilmastotieteilijä, joka ei ollut mukana uudessa tutkimuksessa, sanoi tutkimuksen olevan mielenkiintoinen, koska ”se saa meidät ajattelemaan mukana olevia prosesseja uudella tavalla.”
Brönnimann kuitenkin totesi, että simulaatiot rajoittivat mallinsa Pinatubo-vuoren purkauksiin kesällä. Olisi mielenkiintoista nähdä, pitävätkö johtopäätökset yhä paikkansa purkauksista eri leveysasteilla ja eri vuodenaikoina, hän sanoi.
muuttuva stratosfääri
on vaikea sanoa, vaikuttaako suurten tulivuorenpurkausten voimistunut jäähtyminen tai pienempien purkausten jäähtymisen väheneminen nettovaikutuksena ilmastoon, Aubry sanoi.
Schmidt sanoi, että metsäpalojen yleisyyden ja voimakkuuden lisääntyminen voi muuttaa myös tulivuorenpurkausten ilmastovaikutuksia, koska ne vaikuttavat stratosfäärin koostumukseen. ”Stratosfäärissä on todella paljon aerosolisaastetta, luultavasti ennennäkemättömässä mittakaavassa.
– Michael Allen ([email protected]), Science Writer
Citation:
Allen, M. (2021), Climate change will alter cooling effects of volcanic purcases, Eos, 102, https://doi.org/10.1029/2021EO163297. Julkaistu 20. syyskuuta 2021.