vulkanutbrott kan ha en enorm effekt på jordens klimat. Vulkanisk aska och gaser från 1815-utbrottet av Mount Tambora, Indonesien, till exempel, bidrog till att 1816 var ”året utan sommar”, med grödfel och hungersnöd över norra halvklotet. 1991 kyldes utbrottet av Mount Pinatubo på Filippinerna klimatet i cirka 3 år.
stora vulkanutbrott som Tambora och Pinatubo skickar aska och gas högt upp i atmosfären. Sulfat aerosoler från dessa plumes sprider solljus, vilket återspeglar en del av det tillbaka i rymden. Denna spridning värmer stratosfären men kyler troposfären (det lägsta lagret av jordens atmosfär) och jordens yta.
”det som verkligen betyder är om dessa injiceras i stratosfären.”
nu har ny forskning publicerad i Nature Communications funnit att klimatförändringar kan öka kylningseffekten av stora utbrott som dessa, som vanligtvis förekommer ett par gånger varje århundrade. Studien fann emellertid också att kylningseffekterna av mindre, mer frekventa utbrott kunde minskas dramatiskt.
”det som verkligen betyder något är om dessa injiceras i stratosfären—det vill säga över 16 kilometer i tropikerna under nuvarande klimatförhållanden och närmare 10 kilometer vid höga breddgrader”, förklarade Thomas Aubry, en geofysiker vid University of Cambridge i Storbritannien och huvudförfattare till den nya studien. ”Om injiceras på dessa höjder kan de stanna i atmosfären i ett par år. Om de injiceras i lägre höjder kommer de i huvudsak att tvättas ut genom nederbörd i troposfären. Klimatpåverkan kommer bara att pågå i några veckor.”
kraften i ett vulkanutbrott påverkar höjden vid vilken gaser kommer in i atmosfären, med starkare utbrott som injicerar fler aerosoler i stratosfären. Gasernas flytkraft bidrar också till höjden där de bosätter sig i atmosfären. Klimatförändringar kan påverka denna flytkraft: när atmosfären värms blir den mindre tät, vilket ökar höjden vid vilken aerosoler når neutral flytkraft.
modellering Mount Pinatubo
Aubry och hans kollegor använde modeller av både klimat och vulkaniska plumes för att simulera vad som händer med aerosoler som emitteras av ett vulkanutbrott i det nuvarande klimatet och hur det kan förändras i slutet av seklet med fortsatt global uppvärmning. I sina modeller inträffade alla utbrott vid Mount Pinatubo.
de fann att för utbrott med måttlig storlek förblev höjden vid vilken sulfat aerosoler sätter sig i atmosfären densamma i ett varmare klimat. Men kylningseffekten av sådana utbrott minskade med cirka 75%. Denna skillnad har mindre att göra med vulkaniska utsläpp och mer att göra med atmosfären: stratosfärens höjd förutspås öka med klimatförändringen. Aerosoler från måttliga vulkanutbrott kommer därför att vara mer benägna att förbli i troposfären och avlägsnas av regn, vilket minskar deras styrka.
vulkaniska plymer kommer att stiga cirka 1, 5 kilometer högre i stratosfären i ett varmare klimat.
för stora utbrott indikerade modeller att vulkaniska plymer kommer att stiga cirka 1, 5 kilometer högre i stratosfären i ett varmare klimat. Denna förändring i höjd kommer att resultera i att aerosolerna sprider sig snabbare runt om i världen. Denna ökning av aerosolspridning beror främst på en förutsagd acceleration av Brewer-Dobson-cirkulationen, som flyttar luft i troposfären uppåt i stratosfären och sedan mot polerna. Förändringen i Brewer-Dobson-cirkulationen är förknippad med klimatförändringar.
förutom att förbättra aerosolernas globala kylningseffekt minskar ökningen av aerosolspridningen den hastighet med vilken sulfatpartiklarna stöter på varandra och växer. Detta ökar deras kylningseffekt ytterligare genom att låta dem bättre reflektera solljus.
”det finns en söt plats när det gäller storleken på dessa små och glänsande partiklar där de är mycket effektiva för att sprida tillbaka solljuset”, förklarade Anja Schmidt, en atmosfärsforskare vid University of Cambridge och medförfattare av papperet. ”Det råkar vara att i detta globala uppvärmningsscenario som simuleras växer dessa partiklar nära storleken där de är mycket effektiva när det gäller spridning.”
” vi finner att strålningsdrivningen (mängden energi som avlägsnas från planetsystemet av den vulkaniska aerosolen) skulle vara 30% större i det varma klimatet jämfört med det nuvarande klimatet, säger Aubry. ”Då föreslår vi att skulle förstärka ytan kylning med 15%.”
Stefan Br Bisexnnimann, en klimatforskare vid universitetet i Bern som inte var inblandad i den nya forskningen, sa att studien är intressant eftersom ” det får oss att tänka på de processer som är involverade på ett nytt sätt.”
Br Auclunnimann noterade dock att simuleringarna begränsade sina modeller till utbrott av Mount Pinatubo på sommaren. Det skulle vara intressant att se om slutsatserna fortfarande gäller utbrott på olika breddgrader och under olika årstider, sa han.
en föränderlig Stratosfär
det är svårt att säga om den förstärkta kylningen från stora vulkanutbrott eller minskningen av kylningen från mindre utbrott kommer att ha en nettoeffekt på klimatet, sa Aubry.
Schmidt sa att nuvarande ökningar i frekvensen och intensiteten av skogsbränder också kan förändra klimatpåverkan av vulkanutbrott eftersom de påverkar stratosfärens sammansättning. ”Det finns verkligen mycket aerosolföroreningar i stratosfären, förmodligen på en skala som vi aldrig sett tidigare.”
citat:
Allen, M. (2021), klimatförändringar kommer att förändra kylningseffekterna av vulkanutbrott, Eos, 102, https://doi.org/10.1029/2021EO163297. Publicerad den 20 September 2021.