Jak wpłynęłaby na klimat duża erupcja wulkaniczna?

W ostatnich tygodniach odnotowano serię trzęsień ziemi w okolicach Mount Agung, wysokiego na ponad 3 km wulkanu położonego na wschodzie indonezyjskiej wyspy Bali. W obawie przed erupcją władze ewakuowały ponad 50 tysięcy osób.

Mt. Agung wybuchł po raz ostatni w 1963 roku, zabijając ponad 1000 osób. Jak to zwykle bywa podczas tak potężnych erupcji, wybuch wyrzucił do stratosfery (na wysokość co najmniej 16-18 km) znaczne ilości dwutlenku siarki. Ten, reagując z wodą, tworzy aerozol kwasu siarkowego, który skutecznie odbija światło słoneczne, a rozprzestrzeniając się wokół globu powoduje ochłodzenie klimatu Ziemi. To właśnie erupcje wulkaniczne, obok zmian prądów oceanicznych (takich jak np. oscylacja El Niño-La Niña, ENSO) są głównym czynnikiem zmienności klimatu w skali wieloletniej.

Rysunek 1. Wybuch stratowulkanu Mt. Raung na indonezyjskiej wyspie Jawa w lipcu 2015 roku. Widoczne są białe chmury i brązowawy pióropusz aerozolu. Źródło: NASA

Ochłodzenie globalnego klimatu związane z erupcją Mt. Agung w 1963 roku wyniosło około 0,2-0,3°C. Po takich erupcjach aerozol kwasu siarkowego jest stopniowo, w ciągu kilku lat, usuwany z atmosfery, a jego efekt chłodzący stopniowo zanika. Skala ochłodzenia oraz okres powrotu klimatu do stanu wyjściowego zależą od skali i przebiegu erupcji, w szczególności ilości wyemitowanego podczas niej dwutlenku siarki, oraz wysokości, na którą zostaje on wyrzucony.

W drugiej połowie XX wieku miały miejsce jedynie dwie inne erupcje o porównywalnej skali: El Chichón w 1982 roku i Mt. Pinatubo w 1991 roku. Podobnie jak erupcja Mt. Agung w 1963 roku, odcisnęły one swój ślad na klimacie, przede wszystkim temperaturze, powodując jej przejściowy spadek, ale także na zawartości ciepła w oceanach, zmianach poziomu morza, cyklu węglowym, opadach i przepływach wody.

Naukowcy uważnie analizowali zebrane podczas tych rzadkich zdarzeń dane. Wielkie erupcje wulkaniczne stanowią jeden z podstawowych testów jakości działania modeli klimatu i ich zdolności do odtwarzania odpowiedzi systemu klimatycznego na zmiany bilansu energetycznego, w tym przypadku – zmniejszenia strumienia energii słonecznej w wyniku działania aerozoli siarczanowych. Ostatnia wielka erupcja miała miejsce 26 lat temu, kiedy systemy pomiarowe nie były tak zaawansowane jak obecnie dostępne, np. satelity NASA A-Train, czy mierzące warunki w oceanach na różnych głębokościach boje nurkujące sieci ARGO. Pomiary uzyskane z użyciem nowoczesnych urządzeń mogłyby dostarczyć nadzwyczaj cennych danych, pozwalających nam lepiej zrozumieć wpływ wybuchów wulkanów na klimat Ziemi, a w oparciu o te informacje lepiej zrozumieć jego działanie i udoskonalić modele klimatu.

Rysunek 2: Zdjęcie satelitarne (na górze) oraz wyniki pomiarów z użyciem satelitarnego lidaru zamontowanego na międzynarodowej stacji kosmicznej (na dole). Na zdjęciu satelitarnym obszary ciepłe (ląd i ocean) mają kolor biały, a obiekty chłodniejsze (chmury i wyniesiono wysoko do atmosfery wyziewy wulkaniczne) – są ciemnoszare lub czarne. Współczynnik rozpraszania wstecznego mówi o tym, jak dużo promieniowania wysyłanego przez laser umieszczony na stacji jest odbijane z powrotem i rejestrowane przez odbiornik (również na stacji). Najprościej mówiąc, im większa koncentracja aerozolu, tym większa wartość współczynnika rozpraszania.

Zbiegiem okoliczności, trzy wielkie erupcje, do których doszło po 1950 roku, przypadły na ciepłą fazę oscylacji ENSO, czyli okres występowania zjawiska El Niño. Gdy ma ono miejsce powierzchnia tropikalnego Pacyfiku jest szczególnie ciepła, co powoduje wzrost średniej temperatury powierzchni Ziemi o około 0,1-0,2°C.

Jakich zmian globalnej temperatury moglibyśmy więc oczekiwać, gdyby w najbliższych miesiącach nastąpił duży wybuch wulkanu? Choć metody prognozowania erupcji wulkanicznych w ostatnich dekadach poczyniły znaczne postępy, wciąż nie potrafimy dokładnie przewidzieć kiedy dokładnie nastąpi wybuch, jaka będzie jego siła, ani jak długo będzie trwał. Ponieważ są to kluczowe czynniki decydujące o wpływie erupcji na klimat, nie jesteśmy w stanie prognozować wpływu erupcji na klimat naszej planety. Możemy jednak przygotować możliwe scenariusze.

Centrum Prognozowania Klimatu NOAA w swojej najnowszej prognozie z 2 października szacuje prawdopodobieństwo rozwinięcia się w zimie zjawiska La Niña na 55-60%. La Niña jest przeciwieństwem El Niño i powoduje spadek globalnej temperatury względem warunków neutralnych.

Jednym z rozważanych scenariuszy może więc być wybuch wulkanu, do którego doszłoby w czasie panującego na Pacyfiku zjawiska La Niña. Korzystając z modeli klimatu można oszacować, jak bardzo spowodowane erupcją wulkaniczną ochłodzenie, nakładające się na również działające chłodząco zjawisko La Niña, będą w stanie obniżyć średnią temperaturę powierzchni Ziemi.

Przyjrzyjmy się wynikom symulacji, w których najpierw obliczono wpływ na klimat trzech wielkich erupcji wulkanicznych: Mt. Agung w 1963 roku, El Chichón w 1982 roku oraz Mt. Pinatubo w 1991 roku, a następnie przedstawiono go w podziale na sytuacje występowania zjawisk El Niño (czerwona linia na rys. 2) i La Niña (niebieska linia na rys. 2).

Rysunek 3: Po lewej: anomalie średniej globalnej temperatury obliczone za pomocą modeli CESM (Community Earth System Model Large Ensemble) podczas trzech erupcji wulkanicznych: Mt. Agung w 1963 roku, El Chichón w 1982 roku oraz Mt. Pinatubo w 1991 roku. Odchylenia od średniej względem 5-letniego okresu bazowego poprzedzającego erupcję. Czarna linia pokazują średnią dla wszystkich przypadków, czerwona dla stanu El Niño (widać jego kompensujący ochłodzenie wulkaniczne wpływ) a niebieska dla stanu La Niña (widać wzmocnienie ochłodzenia). Cieniowanie pokazuje 95% zakres niepewności. Po prawej: scenariusze zmian średniej globalnej temperatury po wybuchu podobnym do Mt. Agung, który nastąpiłby w 2017 roku, stworzone poprzez dodanie anomalii temperatury z lewego panelu do wiązki symulacji temperatury modeli CESM. Temperatura na podstawie serii pomiarowej BEST. Zaadaptowane z Lehner I Fasullo, 2017

Tak jak można się spodziewać, wielka erupcja wulkaniczna pokrywająca się czasowo ze zjawiskiem La Niña, poskutkowałaby znacząco większym obserwowanym spadkiem temperatury powierzchni Ziemi (średnie ochłodzenie ok. 0,3°C), niż gdyby doszło do niej w warunkach neutralnych ENSO (średnie ochłodzenie ok. 0,2°C). Z kolei kiedy erupcja taka przypada na okres występowania zjawiska El Niño, oba te czynniki w większości kompensują swoje działanie (średnie ochłodzenie to ok. 0,1°C). Niezależnie od tego, na jaką fazę ENSO przypadłaby erupcja, po około 3-5 latach, gdy aerozole siarkowe zostają usunięte z atmosfery, średnia temperatura powierzchni Ziemi powraca do poziomu wyjściowego.

Nie jesteśmy w stanie przewidzieć wybuchów wulkanów, więc prognozy zmiany klimatu ich na ogół nie uwzględniają. Ponieważ jednak wybuchy wulkaniczne cały czas zachodzą (choć są to zwykle słabsze erupcje), nowsze projekcje klimatu zawierają hipotetyczne przyszłe erupcje (analogicznie do hipotetycznych emisji gazów cieplarnianych związanych z działalnością człowieka). Dzięki temu możemy na przykład powiedzieć, że gdyby do wielkiej erupcji (zbliżonej skalą do Mt. Agung z 1963 roku) doszło w tym lub przyszłym roku, to – jeśli na Pacyfiku utworzy się zjawisko La Niña – powinniśmy spodziewać się w latach 2018-2019 spadku globalnej temperatury o ok. 0,3°C.

Idziemy o zakład, że w takiej sytuacji w mediach popularnych i na blogach pojawią się artykuły twierdzące, że "globalne ocieplenie skończyło się w 2017 roku”, "mityczny efekt cieplarniany został obalony” itp.

Marcin Popkiewicz na podst. Global climate impacts of a potential volcanic eruption of Mt. Agung, konsultacja merytoryczna prof. Szymon Malinowski

Opublikowano: 2017-10-30 18:50
Tagi

efekt aerozolowy wulkany

Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień przeglądarki oznacza akceptację polityki cookies.