Dwutlenek siarki w erupcji wulkanu a modele zmian klimatu

Duże erupcje wulkanów mogą wysyłać do stratosfery cząsteczki, które blokują promienie słoneczne, powodując gwałtowny spadek temperatury na świecie. Na przykład erupcja wulkanu Pinatubo spowodowała znaczny spadek temperatury na świecie. Dowody te wskazują na silny związek między wielkimi erupcjami wulkanów a zmianami klimatu. W tym artykule przeanalizujemy rolę dwutlenku siarki w erupcji wulkanu i modelach zmian klimatu.

Wpływ ochłodzenia wulkanicznego na temperatury mórz i lądów

Erupcje wulkanów mogą wpływać na temperatury globalne, ponieważ wysyłają do stratosfery cząsteczki blokujące światło słoneczne. Jednym z takich przykładów jest erupcja wulkanu Pinatubo na Filipinach, która spowodowała spadek temperatury powierzchni Ziemi o 0,5 stopnia Celsjusza. W rzeczywistości duże erupcje mogą mieć dramatyczne skutki, jak na przykład erupcja Mount Pinatubo w 1992 r., która spowodowała spadek temperatury na ponad rok. Średni czas pomiędzy dużymi erupcjami wynosi od 3 do 130 lat.

Wpływ erupcji wulkanicznych na temperatury globalne zależy od rodzaju chmury popiołu i jej właściwości. Erupcja Pinatubo wyemitowała chmury popiołu, które sięgały do 35 kilometrów w głąb atmosfery i ochłodziły część globu o 0,4°C na prawie dwa lata. Według zdjęć satelitarnych mniejsze erupcje mogą również spowolnić tempo wzrostu temperatury powierzchni Ziemi. Według zdjęć satelitarnych chmura popiołu z Calbuco sięgnęła co najmniej 14 km.

Badania wykazują, że erupcje wulkanów umiarkowanej wielkości mogą obniżyć średnie globalne temperatury powierzchni morza o 0,2 do 0,3 stopnia Celsjusza. Ponieważ większość erupcji ogranicza się do kilku szerokości geograficznych, efekt ochłodzenia wulkanicznego jest ograniczony. Jednakże, gdy globalne temperatury powierzchni ulegają obniżeniu, ciśnienie w oceanie musi zostać obniżone, aby utrzymać stałą całkowitą masę powietrza. Spowoduje to powstanie anomalnych wiatrów i gradientów ciśnienia na poziomie morza, co z kolei doprowadzi do zmiany klimatu w skali globalnej.

Mimo że efekt ochłodzenia był niewielki w górnej części oceanu podczas erupcji Pinatubo, głębiny oceanu nadal doświadczają stopniowego ocieplenia. Wzrost temperatury powoduje zmniejszenie zawartości ciepła w górnym oceanie, podczas gdy efekt ocieplenia zwiększa się wraz ze wzrostem wymuszenia radiacyjnego ze strony wulkanu. Zwiększone ocieplenie jest dodatkowo pogłębiane przez zatapianie się słonej wody na wysokich szerokościach północnych. Efekt ochłodzenia jest więc silnym i trwałym sygnałem ochłodzenia.

Ponieważ temperatura oceanu obniża się szybciej po ochłodzeniu wulkanicznym, spadek zawartości ciepła może występować częściej niż raz na dekadę. Sugeruje to, że ochłodzenie wulkaniczne może również powodować ocieplenie oceanu. Jest to złożony problem, który wymaga dalszych badań i modelowania. Aby zrozumieć wpływ ochłodzenia wulkanicznego na temperaturę mórz i lądów, należy zbadać, w jaki sposób wulkany wpływają na globalny klimat. Istnieją dowody na to, że sygnał ochłodzenia może docierać do głębin oceanu.

Chociaż niektóre dowody sugerują związek między tymi dwoma zjawiskami, nie jest jasne, czy ochłodzenie wulkaniczne może obniżyć temperatury globalne. Erupcja El Chichon w 1982 roku zmieniła to rozumienie, obniżając globalne temperatury o 3 do 5 razy w porównaniu z erupcją Mt. St. Jednak naukowcy nadal nie są pewni, jaki mechanizm stoi za tym zjawiskiem. Ważne jest, aby zauważyć, że naukowcy zajmujący się gazami wulkanicznymi nadal udoskonalają swoje badania i opracowują nowe modele, aby móc przewidywać globalny klimat.

Dwutlenek siarki w erupcji wulkanu wpływa na klimat

Dwutlenek siarki produkowany przez wybuchające wulkany może wpływać na klimat i wzorce pogodowe w okolicy. Jest on o wiele bardziej skuteczny w ochładzaniu klimatu niż inne gazy, takie jak para wodna, która ochładza powierzchnię Ziemi. Gazowy dwutlenek siarki jest rodzajem aerozolu, który łączy się z wodą i odbija promieniowanie słoneczne, ochładzając klimat otaczającego obszaru. Co więcej, kropelki dwutlenku siarki są wystarczająco duże, aby spaść na Ziemię, dzięki czemu można wpływać na zmiany klimatu w skali globalnej.

Dwutlenek siarki jest gazem atmosferycznym o krótkim okresie przebywania w troposferze. W związku z tym jego stężenie powyżej niskiego poziomu tła jest bardzo zmienne. Gaz ten następnie utlenia się, tworząc aerozole siarczanowe, które są bardzo drażniące dla ludzi. Jest on jednym z dwóch źródeł aerozoli siarczanowych w stratosferze. Naukowcy badają wpływ dwutlenku siarki na klimat i środowisko, aby zrozumieć, w jaki sposób wulkany wpływają na atmosferę.

W 1883 roku erupcja Krakatau w Indonezji spowodowała znaczne ochłodzenie powierzchni Ziemi, a erupcja z 1815 roku na wyspie Tambora w Nowej Zelandii spowodowała ochłodzenie powierzchni Ziemi o 1,3 stopnia F przez trzy lata. Skutki tej erupcji były odczuwalne również w Europie, gdzie rok 1816 stał się znany jako „rok bez lata”. Na półkuli północnej chmura gazów wulkanicznych spowodowała głód i obniżenie temperatury.

Ostatnie badania wulkanów wykazały, że każdego roku emitują one od 20 do 25 milionów ton dwutlenku siarki. Jest to więcej niż szacowano pod koniec lat 90. na podstawie pomiarów naziemnych. Nowe badania obejmują dane dotyczące wielu wulkanów, w tym także tych, których naukowcy nigdy nie odwiedzili. Pomimo wysokich poziomów dwutlenku siarki wytwarzanego przez emisje wulkaniczne, liczba ta pozostaje znacznie niższa od ilości zanieczyszczeń emitowanych przez ludzi.

Chociaż wyniki te sugerują, że dwutlenek siarki nie jest skutecznym rozwiązaniem problemu globalnego ocieplenia, to jednak warto zauważyć, że wpływ dwutlenku siarki na klimat jest znacznie mniejszy niż początkowo sądzono. Co więcej, erupcje te często powodują wielomiesięczne ochłodzenie, któremu może przeciwdziałać chłodzenie spowodowane przez cząsteczki siarczanów. Naukowcy dodają kilka zastrzeżeń, takich jak konieczność okresowego uzupełniania emisji dwutlenku siarki w celu utrzymania globalnych temperatur.

Poprzednie badania wykazały, że erupcja Pinatubo uwolniła do stratosfery 15 milionów ton dwutlenku siarki, czyli liczbę przekraczającą 20 Tg. Naukowcy stwierdzili, że erupcja ta spowodowała globalne ochłodzenie o maksymalnie 0,5 stopnia Celsjusza. Z kolei erupcja Tongataby nie powinna mieć znaczącego wpływu na klimat. Może jednak wpłynąć na lokalną pogodę i klimat.

Modele symulujące zmiany klimatu po wybuchu wulkanu

Modelarze od dawna są zaintrygowani tym, jak wulkany wpływają na klimat Ziemi. Erupcje wulkanów mają duży wpływ na klimat, a reakcje klimatyczne sięgają od dekad po okresy międzyroczne. Chociaż klimat gwałtownie reaguje na wybuchy wulkanów, istnieją też pewne zasadnicze różnice między tymi zjawiskami. Pierwszą z nich jest to, że symulacje modeli klimatycznych wykazują znacznie mniejszą reakcję na wybuch wulkanu niż rekonstrukcje, co stanowi kluczową różnicę między tymi dwoma zjawiskami.

Wybuchy wulkanów nie tylko powodują zmiany w atmosferze, ale mają również znaczenie dla klimatu i zakłócają jego funkcjonowanie. Duże erupcje powodują wyrzucanie do atmosfery popiołu, pyłu, gazów siarkowych i chlorowców. Emisje te oddziałują na klimat, powodując ocieplenie stratosfery i wpływając na tworzenie się ozonu. Ponadto obniżają one średnie globalne temperatury powierzchni ziemi i hamują cykl hydrologiczny. Modele zmian klimatu po wybuchu wulkanu mogą pomóc nam zrozumieć skutki takich dużych erupcji.

Duża aktywność wulkaniczna może trwać tylko kilka dni, ale masowe wyrzuty gazów mogą mieć długotrwałe skutki. Na przykład erupcja wulkanu Pinatubo spowodowała ochłodzenie klimatu na trzy lata, a wulkan na Filipinach w 1886 r. spowodował globalne zamglenie. Pióropusze popiołu i gazowych ciał stałych w stratosferze krążyły nad kulą ziemską przez trzy tygodnie. Zjawiska te mają ogromny wpływ na klimat i mogą zmieniać globalne wzorce klimatyczne. Jednak zakres tych skutków jest nadal przedmiotem dyskusji.

Jedną z głównych różnic między modelami opartymi na ciągłych zaburzeniach wywołanych erupcją wulkanów a czystymi długoterminowymi efektami SMVE jest to, że wielkoskalowa erupcja megawulkaniczna może mieć inny wpływ na Antarktydę niż na resztę świata. Ponadto modele te nie badają różnic między skutkami dużych erupcji tropikalnych w zimie i w lecie. W rzeczywistości niektóre z najbardziej spójnych wyników są obserwowane w regionach położonych na wysokich i średnich szerokościach geograficznych.

Niedawne badania wykazały, że pojedynczy 1% wzrost emisji CO2 może spowodować czterokrotny wzrost stężenia CO2 na Ziemi w ciągu czterech dekad. Dzięki temu naukowcy mogą porównać wpływ CO2 na temperaturę na Ziemi. Wyniki modelu opierają się na danych wejściowych wprowadzonych do modelu. Przed naukowcami jeszcze długa droga, zanim będziemy mogli przewidzieć, jak zmiany klimatu wpłyną na naszą planetę.

W dłuższej perspektywie najbardziej znaczące efekty reakcji wulkanu na ochłodzenie obserwuje się w obszarach, gdzie rozszerza się lód morski. Podobna reakcja na ochłodzenie obserwowana jest nad Arktyką w regionach tropikalnych. W rezultacie zasięg lodu morskiego w tym regionie ulega znacznemu zmniejszeniu. To ochłodzenie jest wynikiem połączenia zmian wywołanych przez ocean i ucieczki atmosferycznych gazów cieplarnianych.