Jak wybuchy wulkanów wytrąciły klimat z równowagi

Ziemia znajduje się od około 12 000 lat w erze holoceńskiej, cieplejszym okresie po epoce lodowcowej. W czasie tej epoki wystąpiło jednak około 22 gwałtownie pojawiających się chłodniejszych faz, które trwały do kilku wieków i prowadziły do rozszerzania się lodowców.

"Do tej pory nie było przekonującego wyjaśnienia tego zjawiska. Zawsze czegoś brakowało", mówi wspierana przez SNF Alice Paine z Uniwersytetu w Bazylei. Przypuszczano między innymi wpływ dryfujących na południe gór lodowych, wahania aktywności słonecznej lub zmiany prądów morskich.

Doktorantka wraz z międzynarodowym zespołem dokładniej zbadała inną ideę: aktywność wulkanów. Jej opublikowane w czasopiśmie naukowym Nature Communications badanie dowodzi, że erupcje były bardzo prawdopodobnie przyczyną długotrwałych okresów zimna. Naukowcy dostarczają również przekonujące wyjaśnienie mechanizmu stojącego za tym zjawiskiem.

Jednoczesne wybuchy wulkanów i wzrost lodowców

Zespół zebrał z różnych źródeł wszystkie informacje dotyczące silnych wybuchów wulkanów w holocenie. Było ich 51, wiele w zachodnim rejonie Pacyfiku wzdłuż tzw. Pacyficznego Pierścienia Ognia. W tym regionie znajduje się wiele aktywnych wulkanów, ponieważ tam płyty skorupy ziemskiej zderzają się i przesuwają jedne nad drugimi, co może wywołać potężne, eksplozje erupcji.

Czas wystąpienia wydarzeń wulkanicznych mógł być określony z niezwykle dużą dokładnością za pomocą rdzeni lodowych z Arktyki i Antarktydy oraz poprzez datowanie materiałów organicznych zaklętych w osadach popiołu. Zaktualizowane datowanie skał wulkanicznych dostarczyło dodatkowych informacji.

Naukowcy porównali te informacje z występowaniem dłużej trwających okresów zimna w holocenie. Datowanie tych faz przeprowadzono głównie na podstawie informacji o maksymalnym zasięgu lodowców. Dokonano tego poprzez analizę moren, materiału skalnego, który ciągną języki lodowcowe.

Rezultat: Ponad osiemdziesiąt procent rozszerzeń lodowców miało miejsce w tym samym okresie co przynajmniej jeden z wybuchów wulkanów. "Dzięki połączeniu wyników naszej analizy statystycznej z istniejącymi rekonstrukcjami paleoklimatycznymi jesteśmy bardzo pewni, że to nie jest przypadek. Ponadto analiza łączy również wszystkie dotychczasowe dane na temat mechanizmów", mówi Paine.

Warunki temperaturowe zostają wytrącone z równowagi

Zgodnie z tymi danymi wybuch wulkanu czasami tak zaburza równowagę energetyczną Ziemi, że klimat globalny się zmienia: Podczas erupcji cząsteczki siarki są wyrzucane do atmosfery, które odbijają padające światło słoneczne. To powoduje ochłodzenie powierzchni Ziemi na półkuli północnej.

Arktyczny lód morski rozszerza się, w wyniku czego ocean oddaje mniej ciepła do atmosfery. To zmienia bieg prądów morskich. Ponadto deszczowy układ niskiego ciśnienia wokół równika przesuwa się na południe - a zimna strefa się powiększa.

"Wszystkie te efekty wzmacniają się nawzajem, działa to na zasadzie kuli śniegowej", mówi Paine. W pewnym momencie robi się na tyle zimno, że lodowce zaczynają rosnąć, zwłaszcza na wyższych wysokościach, takich jak w Szwajcarii.

Aby do tego doszło, muszą być jednak spełnione pewne warunki brzegowe. Jeśli wybuch wulkanu jest na przykład zbyt słaby, cząsteczki siarki nie dochodzą do górnej atmosfery. Z kolei, jeśli jest zbyt silny, kolumna pyłu może się pod ciężarem zapaść, w wyniku czego stosunkowo mało siarki dociera do wyższej atmosfery.

Paine podkreśla: Zjawiska tego nie należy mylić z tym, co wydarzyło się w 1816 roku, w "roku bez lata". Wówczas erupcja wulkanu Tambora w dzisiejszej Indonezji spowodowała spadek temperatury o kilka stopni, co na całym świecie doprowadziło do nieurodzajów i głodu. Efekt jednak trwał tylko rok, aż cząsteczki pyłu znowu zniknęły z atmosfery.

W przypadku długoterminowych faz chłodu jest to inaczej. "Cząsteczki siarki tylko wprawiają w ruch kulę śniegową. Ich skutki dla Ziemi trwają dziesięciolecia, a nawet wieki, długo po tym, jak cząsteczki znowu zostaną wymyte z atmosfery."

Prognozy są trudne

Wielkim pytaniem jest, czy taka wywołana przez wulkany faza zimna mogłaby wystąpić także w najbliższej przyszłości. "W przypadku badanych przez nas wydarzeń, klimat znajdował się niejako w naturalnym stanie", zauważa badaczka. Obecnie jednak znajduje się bowiem przez ludzki wpływ w stanie nigdy nie odnotowanym wcześniej.

Niektórzy naukowcy wierzą, że dzięki temu klimat łatwiej mógłby się załamać przy wydarzeniach takich jak wybuchy wulkanów. Inni są zdania, że dzisiaj wybuch wulkanu to nic więcej niż kropla wody na rozgrzanym kamieniu - w obliczu obecnie zachodzących masywnych zmian atmosfery. "Im bardziej zmienia się nasz klimat, tym bardziej skomplikowane stają się procesy", mówi Paine. "Tu jest jeszcze ogromna luka w wiedzy do wypełnienia."

Kontakt dla prasy:

Alice R. Paine

Wydział Nauk o Środowisku

Uniwersytet w Bazylei

Bernoullistrasse 32

4056 Basel

Tel.: +41 61 207 2880

E-Mail: alice.paine@unibas.ch

Informacja redakcji: prawa do zdjęcia należą do odpowiedniego wydawcy.