Чи можуть виверження вулканів призвести до значного похолодання?

Нове дослідження показує, що частинки, які блокують сонячне світло внаслідок сильного виверження, не охолодять температуру поверхні Землі настільки сильно, як передбачалося раніше. Приблизно 74 000 років тому вулкан Тоба в Індонезії вибухнув із силою, яка в 1000 разів перевищувала виверження вулкана Сент-Хеленс у 1980 році. Загадкою є те, що сталося після цього, а саме, до якої міри цей екстремальний вибух міг знизити глобальну температуру.

Екіпаж на борту Міжнародної космічної станції сфотографував виверження вулкана Етна на Сицилії в жовтні 2002 року. Попелястий випад був зареєстрований на відстані понад 550 миль. Однак, коли справа доходить до вибухової сили, жодне виверження сучасності не може зрівнятися з супервиверженням, якого не було десятки тисяч років.НАСА

Коли справа доходить до найпотужніших вулканів, дослідники давно припускають, як глобальне похолодання після виверження, яке іноді називають вулканічною зимою, потенційно може становити загрозу для людства. Попередні дослідження погоджувалися з тим, що відбудеться деяке похолодання на всій планеті, але розходились щодо того, наскільки. Оцінки коливалися від 3,6 до 14 градусів за Фаренгейтом (від 2 до 8 градусів за Цельсієм).

У новому дослідженні в Journal of Climate команда з Інституту космічних досліджень імені Годдарда (GISS) НАСА та Колумбійського університету в Нью-Йорку використовувала сучасне комп’ютерне моделювання для моделювання супервивержень, таких як подія Тоба. Вони виявили, що охолодження після виверження, ймовірно, не перевищить 2,7 градуса за Фаренгейтом (1,5 градуса за Цельсієм) навіть для найпотужніших вибухів.

«Відносно помірні зміни температури, які ми виявили найбільш сумісними з доказами, могли пояснити, чому жодне супервиверження не дало чітких доказів глобальної катастрофи для людей або екосистем», — сказав провідний автор Закарі Макгроу, дослідник NASA GISS і Колумбійського університету. .

Щоб вважатися супервиверженням, вулкан повинен випустити понад 240 кубічних миль (1000 кубічних кілометрів) магми. Ці виверження надзвичайно потужні – і рідкісні. Останнє супервиверження відбулося понад 22 000 років тому в Новій Зеландії. Найвідомішим прикладом може бути виверження, яке вибухнуло Єллоустонський кратер у Вайомінгу близько 2 мільйонів років тому.

Маленькі частинки, великі питання

Макгроу та його колеги вирішили зрозуміти, що спричинило розбіжності в оцінках температури за моделлю, тому що «моделі є основним інструментом для розуміння змін клімату, які відбулися занадто давно, щоб залишати чіткі записи про їх серйозність». Вони зупинилися на змінній, яку важко визначити: розмірі мікроскопічних частинок сірки, які вводяться в атмосферу на милі.

У стратосфері (приблизно на висоті від 6 до 30 миль) діоксид сірки з вулканів вступає в хімічну реакцію, щоб конденсуватися в рідкі частинки сульфату. Ці частинки можуть впливати на температуру поверхні Землі двома способами протидії: відбиваючи вхідне сонячне світло (спричиняючи охолодження) або захоплюючи вихідну теплову енергію (своєрідний парниковий ефект потепління).

Протягом багатьох років це явище охолодження також викликало питання про те, як люди можуть повернути глобальне потепління – концепція, яка називається геоінженерією – шляхом навмисного впорскування аерозольних частинок у стратосферу для сприяння ефекту охолодження.

Дослідники показали, якою мірою діаметр частинок вулканічного аерозолю вплинув на температуру після виверження. Чим менші та щільніші частинки, тим більша їх здатність блокувати сонячне світло. Але оцінити розмір частинок складно, оскільки попередні супервиверження не залишили надійних фізичних доказів. В атмосфері розмір частинок змінюється в міру їх коагуляції та конденсації. Навіть коли частинки падають назад на Землю і зберігаються в крижаних ядрах, вони не залишають чіткого фізичного запису через змішування та ущільнення.

Змоделювавши супервиверження в діапазоні розмірів частинок, дослідники виявили, що супервиверження можуть бути неспроможними змінити глобальну температуру значно більше, ніж найбільші виверження сучасності. Наприклад, виверження вулкана Пінатубо на Філіппінах у 1991 році призвело до падіння глобальної температури приблизно на пів градуса протягом двох років.

Луїс Міллан, дослідник атмосфери з Лабораторії реактивного руху NASA в Південній Каліфорнії, який не брав участі в дослідженні, сказав, що таємниці охолодження супервиверження запрошують до додаткових досліджень. Він сказав, що шлях вперед полягає в тому, щоб провести всебічне порівняння моделей, а також більше лабораторних і модельних досліджень факторів, що визначають розмір частинок вулканічного аерозолю.

Враховуючи триваючу невизначеність, Міллан додав: «Для мене це ще один приклад того, чому геоінженерія за допомогою введення аерозолю в стратосферу — дуже далекий шлях від того, щоб бути життєздатним варіантом». Дослідження під назвою «Сильне глобальне похолодання після вулканічних супервивержень? Відповідь залежить від невідомого розміру аерозолю», було опубліковано в Journal of Climate.