erupcje wulkaniczne mogą mieć ogromny wpływ na klimat Ziemi. Na przykład popiół wulkaniczny i gazy z erupcji Mount Tambora w Indonezji w 1815 roku przyczyniły się do tego, że rok 1816 był „rokiem bez lata”, z niepowodzeniami upraw i głodem na półkuli północnej. W 1991 roku erupcja Góry Pinatubo na Filipinach ochłodziła klimat na około 3 lata.
Wielkie erupcje wulkanów, takie jak Tambora i Pinatubo, wysyłają do atmosfery pyły popiołu i gazu. Aerozole siarczanowe z tych pióropuszy rozpraszają światło słoneczne, odbijając część z nich z powrotem w Przestrzeń Kosmiczną. To rozpraszanie ogrzewa stratosferę, ale chłodzi troposferę (najniższą warstwę atmosfery ziemskiej) i powierzchnię ziemi.
„ważne jest, czy są one wtryskiwane do stratosfery.”
nowe badania opublikowane w Nature Communications wykazały, że zmiany klimatu mogą zwiększyć efekt chłodzenia dużych erupcji, takich jak te, które zwykle występują kilka razy w każdym stuleciu. Badanie wykazało jednak również, że skutki chłodzenia mniejszych, częstszych erupcji mogą zostać dramatycznie zmniejszone.
„naprawdę ważne jest, czy są one wstrzykiwane do stratosfery—to znaczy powyżej 16 kilometrów w tropikach w obecnych warunkach klimatycznych i bliżej 10 kilometrów na wysokich szerokościach geograficznych”, wyjaśnił Thomas Aubry, geofizyk z Uniwersytetu Cambridge w Wielkiej Brytanii i główny autor nowego badania. „Jeśli zostaną wstrzyknięte na tych wysokościach, mogą pozostać w atmosferze przez kilka lat. Jeśli są wstrzykiwane na niższych wysokościach, zasadniczo zostaną wypłukane przez opady w troposferze. Efekt klimatyczny potrwa tylko kilka tygodni.”
Siła erupcji wulkanicznej wpływa na wysokość, na której gazy wchodzą do atmosfery, a silniejsze erupcje wstrzykują więcej aerozoli do stratosfery. Wyporność gazów przyczynia się również do wzniesienia, na którym osadzają się w atmosferze. Zmiany klimatyczne mogą mieć wpływ na tę pływalność: gdy atmosfera się ociepli, staje się mniej gęsta, zwiększając wysokość, na której aerozole osiągają neutralną pływalność.
Modelowanie Mount Pinatubo
Aubry i jego współpracownicy wykorzystali modele zarówno klimatu, jak i pióropuszy wulkanicznych, aby symulować, co dzieje się z aerozolami emitowanymi przez erupcję wulkanu w obecnym klimacie i jak to może się zmienić pod koniec wieku przy ciągłym globalnym ociepleniu. W ich modelach wszystkie erupcje miały miejsce na górze Pinatubo.
odkryli, że w przypadku erupcji o umiarkowanej wielkości wysokość, na której osadzają się aerozole siarczanowe w atmosferze, pozostała taka sama w cieplejszym klimacie. Ale efekt chłodzenia takich erupcji został zmniejszony o około 75%. Ta rozbieżność ma mniej wspólnego z emisjami wulkanicznymi, a Więcej z atmosferą: przewiduje się, że wysokość stratosfery wzrośnie wraz ze zmianami klimatu. Aerozole z umiarkowanych erupcji wulkanicznych będą zatem bardziej narażone na pozostanie w troposferze i zostaną usunięte przez deszcz, zmniejszając ich siłę działania.
wulkaniczne pióropusze wzrosną około 1.5 kilometrów wyżej w stratosferze w cieplejszym klimacie.
W przypadku dużych erupcji modele wskazywały, że pióropusze wulkaniczne wzrosną około 1.5 kilometrów wyżej w stratosferze w cieplejszym klimacie. Ta zmiana wysokości spowoduje szybsze rozprzestrzenianie się aerozoli po świecie. Ten wzrost rozprzestrzeniania się aerozolu wynika głównie z przewidywanego przyspieszenia cyrkulacji Brewera-Dobsona, który przenosi powietrze w troposferze w górę do stratosfery, a następnie w kierunku biegunów. Zmiana cyrkulacji Brewera-Dobsona wiąże się ze zmianami klimatycznymi.
oprócz wzmocnienia globalnego efektu chłodzenia aerozoli, wzrost rozprzestrzeniania się aerozolu zmniejsza szybkość, z jaką cząstki siarczanu wpadają na siebie i rosną. To dodatkowo zwiększa ich efekt chłodzenia, umożliwiając im lepsze odbijanie światła słonecznego.
„jeśli chodzi o wielkość tych małych i błyszczących cząstek, to są one bardzo skuteczne w rozpraszaniu światła słonecznego”, wyjaśniła Anja Schmidt, Naukowiec ds. atmosfery na Uniwersytecie w Cambridge i współautorka pracy. „Zdarza się, że w tym symulowanym scenariuszu globalnego ocieplenia cząstki te rosną blisko rozmiaru, w którym są bardzo wydajne pod względem rozpraszania.”
” stwierdzamy, że wymuszanie radiacyjne (ilość energii usuniętej z układu planetarnego przez aerozol wulkaniczny) byłoby o 30% większe w ciepłym klimacie w porównaniu z dzisiejszym klimatem”, powiedział Aubry. „Następnie sugerujemy, że wzmocniłoby to chłodzenie powierzchniowe o 15%.”
Stefan Brönnimann, klimatolog z Uniwersytetu w Bernie, który nie był zaangażowany w nowe badania, powiedział, że badanie jest interesujące, ponieważ „skłania nas do myślenia o procesach zaangażowanych w nowy sposób.”
Brönnimann zauważył jednak, że symulacje ograniczyły ich modele do erupcji Góry Pinatubo latem. Byłoby interesujące, aby zobaczyć, czy wnioski nadal trzymać erupcji na różnych szerokościach geograficznych i w różnych porach roku, powiedział.
Zmiana stratosfery
trudno powiedzieć, czy wzmocnione chłodzenie z dużych erupcji wulkanicznych, czy spadek chłodzenia z mniejszych erupcji, będzie miał wpływ netto na klimat, powiedział Aubry.
Schmidt powiedział, że obecny wzrost częstotliwości i intensywności pożarów lasów może również zmienić klimatyczne skutki erupcji wulkanicznych, ponieważ wpływają one na skład stratosfery. „W stratosferze jest naprawdę dużo zanieczyszczeń aerozolowych, prawdopodobnie w skali, jakiej nigdy wcześniej nie widzieliśmy.”
– Michael Allen ([email protected]), Science Writer
cytowanie:
Allen, M. (2021), Climate change will alter cooling effects of volcanic eruptions, Eos, 102, https://doi.org/10.1029/2021EO163297. Opublikowano 20 września 2021 roku.