При всей своей разрушительной силе большинство извержений вулканов являются локальными событиями. Потоки лавы, как правило, достигают не более нескольких миль, в то время как переносимые по воздуху пепел и сажа распространяются немного дальше. Но иногда более крупные извержения могут выбрасывать частицы в стратосферу на высоту более 6 миль над поверхностью Земли. Извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 году - крупнейшее извержение в мире за последние 100 лет - яркий пример стратосферного извержения.
Когда вулканические частицы достигают стратосферы, они остаются в воздухе в течение длительного времени, отражая солнечный свет и временно охлаждая планету. Понимая историю этих крупных извержений, исследователи могут начать помещать короткие эпизоды похолодания и другие отдельные климатические явления в контекст крупномасштабных климатических моделей.
Исследователи, работающие в Университете Мэриленда, Университете Гренобль-Альпы во Франции, Высшей нормальной школе во Франции и Токийском технологическом институте, разработали новую, более точную систему для идентификации крупных стратосферных извержений, зарегистрированных в слоях Антарктические ледяные керны.
Используя свой метод, исследователи внесли несколько важных изменений в известную историю больших извержений, исправив записи о нескольких ошибочно идентифицированных событиях, обнаружив несколько пока неизвестных стратосферных извержений. Исследователи описали свой подход, который идентифицирует переносимые по воздуху вулканические частицы с определенной химической сигнатурой, в статье, опубликованной 28 января 2019 года в журнале Nature Communications.
«Я нахожу очень захватывающим то, что мы можем использовать химические сигналы для создания высокоточных записей крупных, имеющих отношение к климату стратосферных извержений», - сказал Джеймс Фаркуар, профессор геологии UMD и соавтор исследовательской работы.«Эта историческая запись будет очень полезна для ученых-климатологов, стремящихся понять роль крупных извержений в климатических колебаниях. Но есть также основное чудо чтения химического отпечатка, оставленного во льду».
В конце концов, вулканические частицы падают из стратосферы, оседая на землю внизу. Когда они приземляются на снег, частицы покрываются большим количеством снега, который спрессовывается в лед. Это сохраняет запись об извержении, которая сохраняется до тех пор, пока не растает лед. Исследователи могут бурить и извлекать ледяные керны в таких местах, как Антарктида и Гренландия, обнаруживая записи об извержениях, которые насчитывают несколько тысяч лет.
Поскольку частицы от больших стратосферных извержений могут распространяться по земному шару, прежде чем упасть на землю, предыдущие методы идентифицировали стратосферные извержения, ища слои сульфатных частиц во льду из обоих полушарий - обычно из Антарктиды и Гренландии. Если бы в обоих ядрах появились одни и те же слои сульфата, отложившиеся в одно и то же время в истории Земли, исследователи пришли бы к выводу, что частицы образовались в результате одного и того же крупного стратосферного извержения.
«Для извержений, которые достаточно интенсивны, чтобы выбрасывать материал в стратосферу, есть контрольная сигнатура в соотношении изотопов серы в сульфатах, сохранившихся в древних ледяных слоях», - объяснил Фаркуар, который также работает в Земной системе UMD. Научный междисциплинарный центр. «Вместо того, чтобы сосредоточить внимание на этой отчетливой сигнатуре изотопа серы, наш новый метод дал некоторые удивительные и полезные результаты. Мы обнаружили, что предыдущие реконструкции пропускали некоторые стратосферные события и ошибочно идентифицировали другие».
Ведущий автор исследования, Эльза Готье из Университета Гренобль-Альп, провела значительную часть анализов в UMD во время получения стипендии Фулбрайта для работы с Фаркуаром в 2013 году. Следуя указаниям Готье, исследователи разработали свой метод с использованием льда. керны, собранные в отдаленном месте в Антарктиде под названием Купол С. Одна из самых высоких точек на антарктическом ледяном щите, Купол С, является домом для слоев льда, возраст которых составляет почти 50 000 лет.
Готье и ее коллега Жоэль Саварино, также из Университета Гренобль-Альп, собрали ледяные керны в Куполе C, которые содержат записи примерно 2600-летней давности, охватывающие большую часть записанной истории человечества.
Исследователи использовали свой метод, чтобы подтвердить, что многие события действительно были правильно идентифицированы с помощью более старого метода сопоставления соответствующих слоев сульфата в ледяных кернах обоих полушарий. Но некоторые события, ранее считавшиеся крупными стратосферными извержениями, не имели явных признаков изотопов серы в своих сульфатных слоях. Вместо этого исследователи пришли к выводу, что эти слои должны были быть отложены двумя или более меньшими вулканами, которые извергались примерно в одно и то же время в высоких широтах в обоих полушариях..
Исследователи также обнаружили несколько крупных стратосферных событий, которые содержат изотопную сигнатуру, но каким-то образом были ограничены южным полушарием.
«Это сильная сторона нашего подхода, потому что эти события могут оказать влияние на климат, но другие методы упускают их из виду», - сказал Фаркуар.«Мы значительно улучшили реконструкцию крупных стратосферных извержений, произошедших за последние 2600 лет. Это критически важно для понимания роли вулканических извержений в климате и, возможно, для понимания некоторых событий в истории человечества, таких как голода. Это также может помочь в разработке будущих климатических моделей, которые будут учитывать крупные вулканические явления».