Grote vulkaanuitbarstingen in de toekomst hebben het potentieel om de mondiale temperatuur en neerslag dramatischer te beïnvloeden dan in het verleden als gevolg van klimaatverandering, volgens een nieuwe studie onder leiding van het National Center for Atmospheric Research (NCAR).

De auteurs van het onderzoek concentreerden zich op de catastrofale uitbarsting van de Indonesische berg Tambora in april 1815, waarvan wordt gedacht dat het in 1816 het zogenaamde "jaar zonder zomer" heeft veroorzaakt. Ze ontdekten dat als een soortgelijke uitbarsting plaatsvond in het jaar 2085, temperaturen zouden dieper dalen, hoewel niet genoeg om de toekomstige opwarming als gevolg van klimaatverandering te compenseren. De verhoogde afkoeling na een toekomstige uitbarsting zou ook de waterkringloop ernstiger verstoren, het verminderen van de hoeveelheid neerslag die wereldwijd valt.

De reden voor het verschil in klimaatrespons tussen 1815 en 2085 is te wijten aan de oceanen, die naar verwachting meer gelaagd zullen worden naarmate de planeet warmer wordt, en daarom minder in staat om de klimaateffecten veroorzaakt door vulkaanuitbarstingen te matigen.

"We ontdekten dat de oceanen een zeer grote rol spelen bij het matigen, terwijl het ook verlengt, de oppervlaktekoeling veroorzaakt door de uitbarsting van 1815, " zei NCAR-wetenschapper John Fasullo, hoofdauteur van de nieuwe studie. "De vulkanische kick is precies dat - het is een verkoelende kick die een jaar of zo aanhoudt. Maar de oceanen veranderen de tijdschaal. Ze werken niet alleen om de aanvankelijke afkoeling te dempen, maar ook om deze over meerdere jaren te verspreiden."

Het onderzoek wordt op 31 oktober gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie . Het werk werd gedeeltelijk gefinancierd door de National Science Foundation, NCAR-sponsor. Andere financiers zijn NASA en het Amerikaanse ministerie van Energie. De co-auteurs van de studie zijn Robert Tomas, Samantha Stevenson, Bette Otto Bliesner, en Esther Brady, heel NCAR, evenals Eugene Wahl, van de National Oceanic and Atmospheric Administration.

Een gedetailleerde blik op een dodelijk verleden

Mount Tambora's uitbarsting, de grootste in de afgelopen eeuwen, spuwde een enorme hoeveelheid zwaveldioxide in de bovenste atmosfeer, waar het veranderde in sulfaatdeeltjes, aerosolen genaamd. De laag lichtreflecterende aerosolen koelde de aarde af, een kettingreactie in gang zetten die leidde tot een extreem koude zomer in 1816, vooral in Europa en het noordoosten van Noord-Amerika. Het "jaar zonder zomer" wordt verantwoordelijk gehouden voor wijdverbreide misoogsten en ziekten, veroorzaakt meer dan 100, 000 doden wereldwijd.

Om de klimaateffecten van de uitbarsting van Mount Tambora beter te begrijpen en te kwantificeren, en om te onderzoeken hoe die effecten kunnen verschillen voor een toekomstige uitbarsting als de klimaatverandering doorgaat op het huidige traject, het onderzoeksteam wendde zich tot een geavanceerd computermodel dat is ontwikkeld door wetenschappers van NCAR en de bredere gemeenschap.

De wetenschappers keken naar twee sets simulaties van het Community Earth System Model. De eerste is afkomstig van het CESM Last Millennium Ensemble Project, die het klimaat op aarde van het jaar 850 tot 2005 simuleert, inclusief vulkaanuitbarstingen in het historische record. Het tweede stel, die ervan uitgaat dat de uitstoot van broeikasgassen onverminderd voortduurt, werd gecreëerd door CESM naar voren te laten lopen en een hypothetische uitbarsting van Mount Tambora in 2085 te herhalen.

De historische modelsimulaties onthulden dat twee compenserende processen hielpen bij het reguleren van de temperatuur op aarde na de uitbarsting van Tambora. Toen aerosolen in de stratosfeer een deel van de zonnewarmte begonnen te blokkeren, deze afkoeling werd versterkt door een toename van de hoeveelheid land bedekt met sneeuw en ijs, die warmte terugkaatste naar de ruimte. Tegelijkertijd, de oceanen vormden een belangrijk tegenwicht. Toen het oppervlak van de oceanen afkoelde, het koudere water zonk, waardoor warmer water opstijgt en meer warmte afgeeft aan de atmosfeer.

Tegen de tijd dat de oceanen zelf aanzienlijk waren afgekoeld, de aërosollaag begon te verdwijnen, waardoor meer van de warmte van de zon weer het aardoppervlak kan bereiken. Op dat punt, de oceaan nam de tegenovergestelde rol op zich, de atmosfeer koeler houden, omdat de oceanen veel langer nodig hebben om weer op te warmen dan het land.

"In ons model loopt, we ontdekten dat de aarde het jaar daarop zijn minimumtemperatuur bereikte, toen de spuitbussen bijna op waren, "Zei Fasullo. "Het blijkt dat de spuitbussen niet een heel jaar hoefden te blijven hangen om in 1816 nog een jaar zonder zomer te hebben, omdat tegen die tijd de oceanen aanzienlijk waren afgekoeld."

De oceanen in een veranderd klimaat

Toen de wetenschappers bestudeerden hoe het klimaat in 2085 zou reageren op een hypothetische uitbarsting die de berg Tambora nabootste, ze ontdekten dat de aarde een vergelijkbare toename van het landoppervlak bedekt met sneeuw en ijs zou ervaren.

Echter, het vermogen van de oceaan om de afkoeling te matigen zou in 2085 aanzienlijk afnemen. de omvang van de afkoeling van het aardoppervlak zou in de toekomst wel 40 procent groter kunnen zijn. De wetenschappers waarschuwen, echter, dat de exacte omvang moeilijk te kwantificeren is, omdat ze slechts een relatief klein aantal simulaties van de toekomstige uitbarsting hadden.

De reden voor de verandering heeft te maken met een meer gelaagde oceaan. Naarmate het klimaat warmer wordt, de temperatuur van het zeeoppervlak stijgt. Het warmere water aan het oppervlak van de oceaan kan zich dan minder goed vermengen met het koudere, dichter water beneden.

In de modelruns, deze toename van oceaanstratificatie betekende dat het water dat afgekoeld was na de vulkaanuitbarsting aan de oppervlakte vast kwam te zitten in plaats van zich dieper in de oceaan te vermengen, het verminderen van de warmte die vrijkomt in de atmosfeer.

De wetenschappers ontdekten ook dat de toekomstige uitbarsting een groter effect zou hebben op de regenval dan de historische uitbarsting van de berg Tambora. Koelere oppervlaktetemperaturen verminderen de hoeveelheid water die in de atmosfeer verdampt en, daarom, ook de wereldwijde gemiddelde neerslag verminderen.

Hoewel uit de studie bleek dat de reactie van de aarde op een Tambora-achtige uitbarsting in de toekomst acuter zou zijn dan in het verleden, de wetenschappers merken op dat de gemiddelde oppervlaktekoeling veroorzaakt door de uitbarsting van 2085 (ongeveer 1,1 graden Celsius) lang niet genoeg zou zijn om de opwarming veroorzaakt door door de mens veroorzaakte klimaatverandering te compenseren (ongeveer 4,2 graden Celsius in 2085).

Studie co-auteur Otto-Bliesner zei:"De reactie van het klimaatsysteem op de uitbarsting van de Indonesische berg Tambora in 1815 geeft ons een perspectief op mogelijke verrassingen voor de toekomst, maar met de twist dat ons klimaatsysteem heel anders kan reageren."