Supervulkanudbrud kan ændre det periodiske vindsystem i den tropiske stratosfære

Spørgsmålet om, hvad der sker i atmosfæren, når en supervulkan går i udbrud, har bekymret forskere inden for atmosfærisk kemi og meteorologi i et stykke tid. Nu, et forskerhold fra UiO, GEOMAR, NCAR, og MPI-M har arbejdet sammen og er kommet tættere på et svar. De præsenterer deres nye resultater i tidsskriftet Geofysiske forskningsbreve .

Genstanden for deres interesse skete ~75, 000 år siden i det guatemalanske højland - supervulkanudbruddet Los Chocoyos. I dag, udbrudsstedet er en enorm caldera, Atitlán calderaen (14,6°N, 91,2°W). calderaen, nu en sø, ligger omkring 1, 563 meter over havets overflade, omkranset af tre kegleformede vulkaner:Atitlán, Tolimán, og San Pedro.

Da vulkanen engang brød ud, havde den en størrelsesorden på otte, den højeste placering på Volcanic Explosivity Index (VEI).

Den smukkeste sø i verden

Den tyske opdagelsesrejsende og naturforsker Alexander vonHumbolt (1769—1859) kaldte den "den smukkeste sø i verden" (Wikipedia). Atitláns skønhed er velkendt, og i dag er det et af landskabets højdepunkter i Guatemala, og en national og international turistattraktion. Det er omgivet af små mayalandsbyer.

På trods af at vulkanen nu er død, calderaen viser, hvilken kraft udbruddet havde i fortiden, for nylig beskrevet i en undersøgelse:A history of violence:Magma incubation, timing, og tephra-fordeling af Los Chocoyos-superuptionen (Atitlán Caldera, Guatemala) af Cisneros et al (2021) i Journal of Quaternary Science.

Udbruddet er kendt som en af ​​de største vulkanske begivenheder i de sidste 100, 000 år, og må have været et inferno af magma, eksplosioner og udbrud af gasser.

Frigivelse af kemiske komponenter til atmosfæren

Analyserede prøver af aflejringer i geologiske lag efter hændelsen viser, at da udbruddet skete, det udsendte også enorme mængder svovl, klor og brom til atmosfæren. Vulkanaske efter Los Chocoyos-udbruddet findes flere steder i det guatemalanske højland og i marine aflejringer fra dybhavskerner i Stillehavet, Mexico-bugten og endda i Atlanterhavet.

Forskerholdet havde den hypotese, at så store emissioner fra udbruddet ville have flere årtiers konsekvenser for atmosfæren og det globale klima. Men hvor længe? Og hvilken styrke og volumen ville emissionerne have?

For at komme videre på disse spørgsmål måtte forskerholdet bruge simuleringsmodeller, der repræsenterer nutidens viden om klimasystemet. Med denne tilgang, det gav dem mulighed for at simulere virkningen af ​​et Los Chocoyos-lignende udbrud, og effekten af ​​enorme mængder emissioner til atmosfæren (Brenna et al 2020 ACP).

Langvarig afbrydelse af zonevindsystem

Af særlig interesse var effekten af ​​emissionen på den kvasi-bienniale oscillation (QBO), en vekslende ændring af hvert andet år af zonale vindretninger i stratosfæren i troperne. Stratosfæren er det andet lag i jordens atmosfære fra cirka 15 til 50 km højde.

"Et udbrud i denne dimension ville levere mængder af aerosoler og kemikomponenter til atmosfæren, og ifølge vores modelsimuleringer, udbruddet ville forårsage en 10-årig afbrydelse af QBO-vinden, siger Kirstin Krüger, forfatter til undersøgelsen. "Ændringen i QBO ville have startet 4 måneder efter udbruddet, med unormal østenvind, der varer ~5 år, efterfulgt af vestenvind, før det vendte tilbage til normale QBO-forhold, men med en lidt forlænget periodicitet."

Denne forstyrrelse af vindsystemet er et resultat af opvarmning af luft forårsaget af aerosoler, og en kølende effekt forårsaget af ozonnedbrydning efter udbruddet. Denne opvarmning vs. afkøling interagerer med udbredelsen af ​​atmosfæriske bølger og udviklede sig til at forstyrre QBO.

En geologisk begivenhed med stor påvirkning

Forskerne testede scenariet for emissioner på forskellige modelensembler, og på forskellige scenarier for vulkansk forcering. Resultaterne af disse supplerende undersøgelser bekræftede de første resultater. De gentog også simuleringerne med en anden model, hvilket også understøttede robustheden af ​​de første resultater.

Den nye undersøgelse, udgivet i Geofysiske forskningsbreve , kaster lys over, hvad der sker, når sådan en supervulkan går i udbrud. Det ville vare flere år, emissionerne vil have et højdepunkt, og det kan have magt til midlertidigt at ændre vindregimerne i den tropiske stratosfære.

Dagens supervulkaner

I dag er det cirka 20 supervulkaner rundt om i verden. En af de mest berømte er Yellowstone-calderaen i USA. Yellowstone er kendt for at have haft to VEI 8-udbrud i fortiden (omkring 2,1 millioner og 640, 000 år siden).