Revidering af historien om store, klimaændrende vulkanudbrud

For al deres ødelæggende kraft, de fleste vulkanudbrud er lokale begivenheder. Lavastrømme har en tendens til at nå højst et par miles, mens luftbåren aske og sod rejser lidt længere. Men af ​​og til, større udbrud kan sende partikler ind i stratosfæren, mere end 6 miles over jordens overflade. Udbruddet i 1991 af Mount Pinatubo i Filippinerne - verdens største udbrud i de sidste 100 år - er et glimrende eksempel på et stratosfærisk udbrud.

Når vulkanske partikler når stratosfæren holder de sig højt i lang tid, reflektere sollys og midlertidigt afkøle planeten. Ved at forstå historien om disse store udbrud, forskere kan begynde at placere korte køleepisoder og andre diskrete klimahændelser i sammenhæng med store klimamønstre.

Forskere, der arbejder ved University of Maryland, Université Grenoble Alpes i Frankrig, Ecole Normale Supérieure i Frankrig og Tokyo Institute of Technology har udtænkt en ny, mere nøjagtigt system til at identificere store stratosfæriske udbrud registreret i lagene af antarktiske iskerner.

Ved hjælp af deres metode, forskerne lavede nogle vigtige revisioner af den kendte historie om store udbrud – korrigerede registreringen af ​​flere fejlidentificerede begivenheder, mens de opdagede et par endnu ukendte stratosfæriske udbrud. Forskerne beskrev deres tilgang, som identificerer luftbårne vulkanske partikler med en specifik kemisk signatur, i et papir offentliggjort 28. januar, 2019, i journalen Naturkommunikation .

"Jeg synes, det er meget spændende, at vi er i stand til at bruge kemiske signaler til at opbygge en meget nøjagtig registrering af store, klimarelevante stratosfæriske udbrud, " sagde James Farquhar, en professor i geologi ved UMD og medforfatter til forskningsoplægget. "Denne historiske optegnelse vil være yderst nyttig for klimaforskere, der søger at forstå betydningen af ​​store udbrud i klimaoscillationer. Men der er også det grundlæggende vidunder ved at læse et kemisk fingeraftryk, der er efterladt i isen."

Til sidst, vulkanske partikler falder fra stratosfæren, sætter sig ned på jorden. Når de lander på sne, partiklerne bliver dækket af mere sne, der bliver komprimeret til is. Dette bevarer en registrering af udbruddet, der overlever, indtil isen smelter. Forskere kan bore og hente iskerner på steder som Antarktis og Grønland, afslørende udbrudrekorder, der strækker sig flere tusinde år tilbage.

Fordi partikler fra store stratosfæriske udbrud kan sprede sig over hele kloden, før de falder til jorden, tidligere metoder identificerede stratosfæriske udbrud ved at lede efter sulfatpartikellag i is fra begge halvkugler - sædvanligvis fra Antarktis og Grønland. Hvis de samme lag af sulfat dukkede op i begge kerner, aflejret på samme tid i Jordens historie, forskere ville konkludere, at partiklerne kom fra den samme store, stratosfærisk udbrud.

"For udbrud, der er intense nok til at sprøjte materiale ind i stratosfæren, der er en afslørende signatur i svovlisotopforholdet af sulfat bevaret i gamle islag, " forklarede Farquhar, som også har en ansættelse i UMD's Earth System Science Interdisciplinary Center. "Ved i stedet at fokusere på denne distinkte svovlisotopsignatur, vores nye metode gav nogle overraskende og brugbare resultater. Vi fandt ud af, at tidligere rekonstruktioner gik glip af nogle stratosfæriske begivenheder og fejlagtigt identificerede andre."

Studiets hovedforfatter, Elsa Gautier fra Université Grenoble Alpes, lavede en betydelig del af analyserne på UMD, mens han var på et Fulbright-stipendium for at arbejde med Farquhar i 2013. Efter Gautiers ledelse, forskerne udviklede deres metode ved at bruge iskerner indsamlet på et fjerntliggende sted i Antarktis kaldet Dome C. Et af de højeste punkter på den antarktiske iskappe, Dome C er hjemsted for islag, der strækker sig næsten 50 tilbage, 000 år.

Gautier og hendes kollega Joel Savarino, også på Université Grenoble Alpes, indsamlede iskerner ved Dome C, der indeholder optegnelser, der strækker sig tilbage omkring 2, 600 år, dækker en stor del af den registrerede menneskelige historie.

Forskerne brugte deres metode til at bekræfte, at mange begivenheder faktisk var blevet korrekt identificeret ved den ældre metode til at matche tilsvarende sulfatlag i iskerner fra begge halvkugler. Men nogle begivenheder, tidligere anset for at være store stratosfæriske udbrud, ikke havde den afslørende svovlisotopsignatur i deres sulfatlag. I stedet, konkluderede forskerne, disse lag må være aflejret af to eller flere mindre vulkaner, der brød ud på omtrent samme tid på høje breddegrader på begge halvkugler.

Forskerne fandt også nogle store stratosfæriske begivenheder, der indeholder isotopsignaturen, men var på en eller anden måde begrænset til den sydlige halvkugle.

"Dette er en styrke ved vores tilgang, fordi disse begivenheder ville have en klimapåvirkning, men bliver overset af andre metoder, " sagde Farquhar. "Vi har foretaget en betydelig forbedring af genopbygningen af ​​store stratosfæriske udbrud, der fandt sted i løbet af de sidste 2, 600 år. Dette er kritisk vigtigt for at forstå vulkanudbrudets rolle på klimaet og muligvis for at forstå visse begivenheder i menneskets historie, såsom udbredt hungersnød. Det kan også være med til at informere fremtidige klimamodeller, der vil tage højde for store vulkanske hændelser."

Forskningspapiret, "2600 år med stratosfærisk vulkanisme gennem sulfatisotoper, "Elsa Gautier, Joel Savarino, Joost Hoek, Joseph Erbland, Nicolas Caillon, Shohei Hattori, Naohiro Yoshida, Emanuelle Albalat, Francis Albarede og James Farquhar, blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation den 28. januar, 2019.