De volgende grote vulkaanuitbarsting zou chemische reacties op gang kunnen brengen die de toch al belegerde ozonlaag van de planeet ernstig zouden beschadigen.

De omvang van de schade aan de ozonlaag die het gevolg is van een grote, explosieve uitbarsting hangt af van complexe atmosferische chemie, inclusief de niveaus van door de mens veroorzaakte emissies in de atmosfeer. Met behulp van geavanceerde chemische modellering, onderzoekers van Harvard University en de University of Maryland onderzochten wat er zou gebeuren met de ozonlaag als reactie op grootschalige vulkaanuitbarstingen in de rest van deze eeuw en in verschillende scenario's voor de uitstoot van broeikasgassen. Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in Geofysische onderzoeksbrieven .

De stratosfeer van de aarde is nog steeds aan het herstellen van de historische uitstoot van chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK's) en andere ozonafbrekende chemicaliën. Ook al werden CFK's 30 jaar geleden uitgefaseerd door het Montreal Protocol, niveaus van chloorhoudende moleculen in de atmosfeer zijn nog steeds verhoogd. Explosieve vulkaanuitbarstingen die grote hoeveelheden zwaveldioxide in de stratosfeer injecteren, vergemakkelijken de chemische omzetting van chloor in meer reactieve vormen die ozon vernietigen.

Onderzoekers weten al lang dat wanneer de chloorconcentraties van door mensen geproduceerde CFK's hoog zijn, ozonafbraak zal het gevolg zijn van een vulkaanuitbarsting. Wanneer het chloorgehalte van CFK's laag is, vulkaanuitbarstingen kunnen de dikte van de ozonlaag zelfs vergroten. Maar wanneer deze overgang precies plaatsvindt - van uitbarstingen die de ozonlaag aantasten tot uitbarstingen die de dikte van de ozonlaag vergroten - is lang onzeker geweest. Eerder onderzoek heeft het venster van de overgang ergens tussen 2015 en 2040 geplaatst.

De onderzoekers van Harvard ontdekten dat vulkaanuitbarstingen tot 2070 of daarna kunnen leiden tot aantasting van de ozonlaag. ondanks dalende concentraties van door de mens gemaakte CFK's.

"Onze modelresultaten laten zien dat de kwetsbaarheid van de ozonkolom voor grote vulkaanuitbarstingen waarschijnlijk laat in de 21e eeuw zal voortduren, aanzienlijk later dan eerdere schattingen, " zei David Wilmouth, die het onderzoek leidde en projectwetenschapper is aan de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences en het Department of Chemistry and Chemical Biology.

Dus, waarom vindt deze verschuiving zoveel later plaats dan eerder werd gedacht?

"Eerdere schattingen hielden geen rekening met bepaalde natuurlijke bronnen van halogeengassen, zoals zeer kortlevende broomkoolstoffen afkomstig van zeeplankton en microalgen, " zei Eric Klobas, hoofdauteur en PhD-kandidaat in de chemische fysica van Harvard.

Door deze emissies in rekening te brengen, wordt de timing van de verschuiving van uitbarstingen die de ozonlaag aantasten naar uitbarstingen die de dikte van de ozonlaag vergroten, nauwkeurig afgesteld. Deze natuurlijke bronnen van broom worden vooral belangrijk in de lagere stratosfeer nadat de concentraties van door de mens uitgestoten CFK's zijn afgenomen.

"We ontdekten dat de concentratie van broom uit natuurlijke, zeer kortlevende organische verbindingen zijn van cruciaal belang, "zei Klobas. "Zelfs klein, Deel per biljoen veranderingen in de hoeveelheid broom uit deze bronnen kunnen het verschil betekenen tussen een vulkaanuitbarsting aan het einde van de 21e eeuw die resulteert in uitputting van de ozonkolom of verbetering van de ozonkolom."

De onderzoekers onderzochten vervolgens hoe een vulkanische gebeurtenis ter grootte van de uitbarsting van Mount Pinatubo, die in 1991 ongeveer 20 miljoen ton zwaveldioxide de stratosfeer in schoot, zou de ozonlaag in 2100 beïnvloeden. Het team modelleerde vier verschillende scenario's voor de uitstoot van broeikasgassen, variërend van zeer optimistisch tot wat algemeen wordt beschouwd als het worstcasescenario.

Het team ontdekte dat de meest optimistische projectie van toekomstige broeikasgasconcentraties resulteerde in de meeste ozonafbraak door een vulkaanuitbarsting. Omgekeerd, in het pessimistische scenario waarin de uitstoot van broeikasgassen in de 21e eeuw snel blijft toenemen, een uitbarsting ter grootte van de berg Pinatubo zou in feite leiden tot een lichte toename van ozon. De onderzoekers ontdekten dat de koudere stratosferische temperaturen en hogere methaanniveaus in dit scenario belangrijke ozonafbrekende chemische reacties zouden afremmen.

Maar, hier is de kicker:alle bovenstaande scenario's gingen ervan uit dat de vulkaanuitbarsting alleen zwavel in de stratosfeer zou injecteren, zoals de uitbarsting van Mount Pinatubo in 1991 op de Filippijnen. Als de uitbarsting ook halogeenhoudende chemicaliën zoals waterstofchloride (HCl) in de stratosfeer zou injecteren, de resultaten kunnen slecht zijn.

"Als vulkanische halogenen, die vaak in grote hoeveelheden aanwezig zijn bij vulkaanuitbarstingen, zouden zich substantieel in de stratosfeer verdelen - in elk scenario voor de uitstoot van broeikasgassen, op elk moment in de toekomst - het zou mogelijk ernstige verliezen van ozon in de stratosfeer veroorzaken, ' zei Klobas.

In zo'n geval, de Verenigde Staten zouden een langdurige en significante afname van de dikte van de ozonlaag kunnen zien - meer dan 15 tot 25 procent in het gemodelleerde scenario met het hoogste halogeen. Zelfs kleine verminderingen van de dikte van de ozonlaag, die het aardoppervlak afschermt tegen DNA-vernietigende ultraviolette straling, kan een negatieve invloed hebben op de menselijke gezondheid en ander leven op deze planeet.

"Deze uitbarstingen zijn hoogst ongebruikelijke gebeurtenissen, maar de mogelijkheid bestaat, zoals blijkt uit het historisch verslag, ' zei Wilmout.