Крупные извержения вулканов в будущем могут повлиять на глобальные температуры и осадки более резко, чем в прошлом, из-за изменения климата, согласно новому исследованию, проведенному Национальным центром атмосферных исследований (NCAR).
Авторы исследования сосредоточились на катастрофическом извержении горы Тамбора в Индонезии в апреле 1815 года, которое, как считается, спровоцировало так называемый «год без лета» в 1816 году. Они обнаружили, что если бы подобное извержение произошло в 2085 году, температура упала бы сильнее, хотя и не настолько, чтобы компенсировать будущее потепление, связанное с изменением климата. Повышенное похолодание после будущего извержения также более серьезно нарушит круговорот воды, уменьшив количество осадков, выпадающих во всем мире.
Причина различий в реакции климата между 1815 и 2085 годами связана с океанами, которые, как ожидается, станут более стратифицированными по мере потепления планеты и, следовательно, менее способны смягчать климатические воздействия, вызванные извержениями вулканов.
«Мы обнаружили, что океаны играют очень большую роль в замедлении, а также удлинении поверхностного охлаждения, вызванного извержением 1815 года», - сказал ученый NCAR Джон Фасулло, ведущий автор нового исследования. «Вулканический толчок - это просто похолодание, которое длится около года. Но океаны меняют шкалу времени. Они не только ослабляют первоначальное похолодание, но и растягивают его на несколько лет."
Исследование будет опубликовано 31 октября в журнале Nature Communications. Работа частично финансировалась Национальным научным фондом, спонсором NCAR. Другие спонсоры включают НАСА и Министерство энергетики США. Соавторами исследования являются Роберт Томас, Саманта Стивенсон, Бетт Отто-Блиснер и Эстер Брэди, все из NCAR, а также Юджин Валь из Национального управления океанических и атмосферных исследований.
Подробный взгляд на смертельное прошлое
Извержение вулкана Тамбора, крупнейшее за последние несколько столетий, выбросило огромное количество диоксида серы в верхние слои атмосферы, где он превратился в частицы сульфата, называемые аэрозолями. Слой светоотражающих аэрозолей охладил Землю, запустив цепь реакций, которые привели к экстремально холодному лету 1816 года, особенно в Европе и на северо-востоке Северной Америки. «Год без лета» обвиняют в повсеместном неурожае и болезнях, в результате которых во всем мире погибло более 100 000 человек.
Чтобы лучше понять и количественно оценить климатические последствия извержения вулкана Тамбора, а также изучить, как эти последствия могут отличаться для будущего извержения, если изменение климата продолжится по его текущей траектории, исследовательская группа обратилась к сложной компьютерной модели, разработанной ученых из NCAR и более широкого сообщества.
Ученые изучили два набора симуляций из Модели Сообщества Земля. Первый был взят из ансамблевого проекта CESM Last Millennium Ensemble Project, который моделирует климат Земли с 850 по 2005 год, включая извержения вулканов в исторических записях. Второй набор, который предполагает, что выбросы парниковых газов не уменьшаются, был создан путем запуска CESM вперед и повторения гипотетического извержения вулкана Тамбора в 2085 году.
Моделирование исторической модели показало, что два уравновешивающих процесса помогли регулировать температуру Земли после извержения Тамборы. Когда аэрозоли в стратосфере начали блокировать часть солнечного тепла, это охлаждение усилилось за счет увеличения площади земли, покрытой снегом и льдом, которые отражали тепло обратно в космос. В то же время океаны служили важным противовесом. По мере того как поверхность океанов охлаждалась, более холодная вода опускалась, позволяя более теплой воде подниматься и выделять больше тепла в атмосферу.
К тому времени, когда сами океаны существенно остыли, аэрозольный слой начал рассеиваться, позволяя большему количеству солнечного тепла снова достичь поверхности Земли. В этот момент океан взял на себя противоположную роль, сохраняя атмосферу более прохладной, поскольку океану требуется гораздо больше времени, чтобы снова прогреться, чем суше.
«В ходе нашей модели мы обнаружили, что Земля фактически достигла своей минимальной температуры в следующем году, когда аэрозоли почти исчезли», - сказал Фасулло. «Оказывается, аэрозолям не нужно было оставаться в течение всего года, чтобы в 1816 году был еще год без лета, поскольку к тому времени океаны существенно остыли».
Океаны в изменившемся климате
Когда ученые изучали, как климат 2085 года отреагирует на гипотетическое извержение, имитирующее извержение горы Тамбора, они обнаружили, что на Земле произойдет аналогичное увеличение площади суши, покрытой снегом и льдом.
Однако способность океана сдерживать охлаждение существенно уменьшится в 2085 году. В результате величина охлаждения поверхности Земли в будущем может возрасти на 40 процентов. Ученые предупреждают, однако, что точную величину трудно определить количественно, поскольку у них было лишь относительно небольшое количество симуляций будущего извержения.
Причина изменения связана с более стратифицированным океаном. По мере потепления климата температура поверхности моря повышается. Более теплая вода на поверхности океана менее способна смешиваться с более холодной и плотной водой внизу.
В прогонах модели это увеличение стратификации океана означало, что вода, которая была охлаждена после извержения вулкана, оказалась в ловушке на поверхности, а не смешивалась глубже в океан, уменьшая выделение тепла в атмосферу.
Ученые также обнаружили, что будущее извержение окажет большее влияние на количество осадков, чем историческое извержение вулкана Тамбора. Более низкие температуры поверхности моря уменьшают количество воды, испаряющейся в атмосферу, и, следовательно, также уменьшают глобальное среднее количество осадков.
Хотя исследование показало, что реакция Земли на извержение, подобное Тамборе, будет более острой в будущем, чем в прошлом, ученые отмечают, что среднее охлаждение поверхности, вызванное извержением 2085 года (около 1,1 градуса Цельсия), будет этого будет недостаточно, чтобы компенсировать потепление, вызванное антропогенным изменением климата (около 4,2 градуса Цельсия к 2085 году).
Соавтор исследования Отто-Блиснер сказал: «Реакция климатической системы на извержение вулкана Тамбора в Индонезии в 1815 году дает нам представление о потенциальных сюрпризах в будущем, но с тем поворотом, на который наша климатическая система может отреагировать. совсем по-другому."