Hvordan fremtidige vulkanudbrud vil påvirke Jordens ozonlag

Det næste store vulkanudbrud kan sætte gang i kemiske reaktioner, der vil alvorligt skade planetens allerede belejrede ozonlag.

Omfanget af skader på ozonlaget som følge af en stor, eksplosivt udbrud afhænger af kompleks atmosfærisk kemi, herunder niveauerne af menneskeskabte emissioner i atmosfæren. Ved hjælp af sofistikeret kemisk modellering, forskere fra Harvard University og University of Maryland undersøgte, hvad der ville ske med ozonlaget som reaktion på store vulkanudbrud i resten af ​​dette århundrede og i flere forskellige scenarier for drivhusgasemissioner. Forskningen blev offentliggjort for nylig i Geofysiske forskningsbreve .

Jordens stratosfære er stadig ved at komme sig efter den historiske frigivelse af chlorfluorcarboner (CFC'er) og andre ozonnedbrydende kemikalier. Selvom CFC'er blev udfaset af Montreal-protokollen for 30 år siden, niveauet af klorholdige molekyler i atmosfæren er stadig forhøjet. Eksplosive vulkanudbrud, der injicerer store mængder svovldioxid i stratosfæren, letter den kemiske omdannelse af klor til mere reaktive former, der ødelægger ozon.

Forskere har længe vidst, at når koncentrationen af ​​klor fra menneskeproducerede CFC'er er høje, ozonnedbrydning vil resultere efter et vulkanudbrud. Når niveauet af klor fra CFC'er er lavt, vulkanudbrud kan faktisk øge tykkelsen af ​​ozonlaget. Men præcis hvornår denne overgang sker - fra udbrud, der nedbryder ozon til udbrud, der øger ozonlagets tykkelse - har længe været usikkert. Tidligere forskning har sat vinduet for overgangen et sted mellem 2015 og 2040.

Harvard-forskerne fandt ud af, at vulkanudbrud kunne resultere i ozonnedbrydning indtil 2070 eller senere, på trods af faldende koncentrationer af menneskeskabte CFC'er.

"Vores modelresultater viser, at ozonsøjlens sårbarhed over for store vulkanudbrud sandsynligvis vil fortsætte sent ind i det 21. århundrede, væsentligt senere end tidligere skøn, sagde David Wilmouth, der ledede forskningen og er projektforsker ved Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences og Institut for Kemi og Kemisk Biologi.

Så, hvorfor sker dette skift så meget senere end tidligere antaget?

"Tidligere skøn tog ikke hensyn til visse naturlige kilder til halogengasser, såsom meget kortlivede bromcarboner, der stammer fra havplankton og mikroalger, sagde Eric Klobas, hovedforfatter og Harvard kemisk fysik ph.d.-kandidat.

Regnskab for disse emissioner finjusterer tidspunktet for skiftet fra udbrud, der forårsager ozonnedbrydning, til udbrud, der øger tykkelsen af ​​ozonlaget. Disse naturlige kilder til brom bliver særligt vigtige i den nedre stratosfære, efter at koncentrationerne af human-emitterede CFC'er er faldet.

"Vi fandt ud af, at koncentrationen af ​​brom fra naturlig, meget kortlivede organiske forbindelser er kritisk vigtige, sagde Klobas. Selv små, del-per-billion ændringer i mængden af ​​brom fra disse kilder kan betyde forskellen mellem et vulkanudbrud i slutningen af ​​det 21. århundrede, der resulterer i udtømning af ozonkolonnen eller forbedring af ozonkolonnen."

Forskerne undersøgte derefter, hvordan en vulkansk begivenhed på størrelse med Mount Pinatubo-udbruddet, som skød omkring 20 millioner tons svovldioxid ind i stratosfæren i 1991, ville påvirke ozonlaget i 2100. Holdet modellerede fire forskellige scenarier for drivhusgasemissioner, lige fra meget optimistisk til det, der almindeligvis betragtes som det værst tænkelige scenario.

Holdet fandt, at den mest optimistiske fremskrivning af fremtidige drivhusgaskoncentrationer resulterede i den største ozonnedbrydning fra et vulkanudbrud. Omvendt i det pessimistiske scenario, hvor drivhusgasemissionerne fortsætter med at stige hurtigt gennem det 21. århundrede, et udbrud på størrelse med Mount Pinatubo ville faktisk føre til en lille stigning i ozon. Forskerne fandt ud af, at de koldere stratosfæriske temperaturer og højere metanniveauer i dette scenarie ville bremse vigtige ozonnedbrydende kemiske reaktioner.

Men, her er kickeren:alle ovenstående scenarier antog, at vulkanudbruddet kun ville sprøjte svovl ind i stratosfæren, som udbruddet af Pinatubo-bjerget i 1991 i Filippinerne. Hvis udbruddet også skulle sprøjte halogenholdige kemikalier som hydrogenchlorid (HCl) ind i stratosfæren, resultaterne kan være uhyggelige.

"Hvis vulkanske halogener, som almindeligvis er til stede i store mængder i vulkanudbrud, skulle opdeles væsentligt i stratosfæren - i ethvert scenarie for drivhusgasemissioner, på ethvert tidspunkt i fremtiden - det ville potentielt forårsage alvorlige tab af stratosfærisk ozon, sagde Klobas.

I et sådant tilfælde, USA kunne se et langvarigt og signifikant fald i ozonlagets tykkelse - op mod 15 til 25 procent i det højeste modellerede halogen-scenarie. Selv små reduktioner i tykkelsen af ​​ozonlaget, som beskytter Jordens overflade mod DNA-ødelæggende ultraviolet stråling, kan have en negativ indvirkning på menneskers sundhed og andet liv på denne planet.

"Disse udbrud er meget usædvanlige begivenheder, men muligheden eksisterer, som det fremgår af den historiske optegnelse, " sagde Wilmouth.