Voor al hun vernietigende kracht, de meeste vulkaanuitbarstingen zijn lokale gebeurtenissen. Lavastromen hebben de neiging om hooguit een paar kilometer te reiken, terwijl as en roet in de lucht een beetje verder reizen. Maar af en toe, grotere uitbarstingen kunnen deeltjes in de stratosfeer lanceren, meer dan 6 mijl boven het aardoppervlak. De uitbarsting van de berg Pinatubo in de Filippijnen in 1991 - 's werelds grootste uitbarsting in de afgelopen 100 jaar - is een goed voorbeeld van een stratosferische uitbarsting.

Als vulkanische deeltjes de stratosfeer bereiken, blijven ze lang in de lucht, zonlicht weerkaatsen en de planeet tijdelijk afkoelen. Door de geschiedenis van deze grote uitbarstingen te begrijpen, onderzoekers kunnen beginnen met het plaatsen van korte afkoelingsperioden en andere discrete klimaatgebeurtenissen in de context van grootschalige klimaatpatronen.

Onderzoekers van de Universiteit van Maryland, de Université Grenoble Alpes in Frankrijk, de Ecole Normale Supérieure in Frankrijk en het Tokyo Institute of Technology hebben een nieuwe, nauwkeuriger systeem voor het identificeren van grote stratosferische uitbarstingen die zijn geregistreerd in de lagen van Antarctische ijskernen.

Met behulp van hun methode, de onderzoekers hebben enkele belangrijke herzieningen aangebracht in de bekende geschiedenis van grote uitbarstingen - het record van verschillende verkeerd geïdentificeerde gebeurtenissen gecorrigeerd terwijl ze een paar tot nu toe onbekende stratosferische uitbarstingen ontdekten. De onderzoekers beschreven hun aanpak, die vulkanische deeltjes in de lucht identificeert met een specifieke chemische handtekening, in een paper gepubliceerd op 28 januari, 2019, in het journaal Natuurcommunicatie .

"Ik vind het heel opwindend dat we chemische signalen kunnen gebruiken om een ​​zeer nauwkeurige registratie van grote, klimaatrelevante stratosferische uitbarstingen, " zei James Farquhar, een professor in de geologie aan de UMD en een co-auteur van het onderzoekspaper. "Dit historische record zal zeer nuttig zijn voor klimaatwetenschappers die de rol van grote uitbarstingen in klimaatschommelingen willen begrijpen. Maar er is ook het fundamentele wonder van het lezen van een chemische vingerafdruk die in ijs is achtergelaten."

Eventueel, vulkanische deeltjes vallen uit de stratosfeer, zich op de grond beneden vestigen. Als ze op sneeuw landen, de deeltjes worden bedekt door meer sneeuw die wordt verdicht tot ijs. Dit bewaart een record van de uitbarsting die overleeft totdat het ijs smelt. Onderzoekers kunnen ijskernen boren en ophalen op plaatsen als Antarctica en Groenland, onthullende uitbarstingsrecords die enkele duizenden jaren teruggaan.

Omdat deeltjes van grote uitbarstingen in de stratosfeer zich over de aarde kunnen verspreiden voordat ze op de grond vallen, eerdere methoden identificeerden stratosferische uitbarstingen door te zoeken naar sulfaatdeeltjeslagen in ijs van beide halfronden - meestal van Antarctica en Groenland. Als dezelfde sulfaatlagen in beide kernen verschenen, tegelijkertijd in de geschiedenis van de aarde afgezet, onderzoekers zouden concluderen dat de deeltjes uit dezelfde grote, stratosferische uitbarsting.

"Voor uitbarstingen die intens genoeg zijn om materiaal in de stratosfeer te injecteren, er is een veelbetekenend kenmerk in de zwavelisotoopverhoudingen van sulfaat bewaard in oude ijslagen, " legde Farquhar uit, die ook een aanstelling heeft in het Earth System Science Interdisciplinair Centrum van UMD. "Door in plaats daarvan te focussen op deze duidelijke zwavelisotoopsignatuur, onze nieuwe methode leverde enkele verrassende en bruikbare resultaten op. We ontdekten dat eerdere reconstructies sommige stratosferische gebeurtenissen misten en andere ten onrechte identificeerden."

De hoofdauteur van de studie, Elsa Gautier van de Université Grenoble Alpes, deed een aanzienlijk deel van de analyses bij UMD terwijl hij in 2013 een Fulbright-beurs ontving om met Farquhar te werken. In navolging van Gautier's leiding, de onderzoekers ontwikkelden hun methode met behulp van ijskernen verzameld op een afgelegen plek in Antarctica, Dome C genaamd. Een van de hoogste punten op de Antarctische ijskap, Dome C is de thuisbasis van ijslagen die bijna 50 teruggaan, 000 jaar.

Gautier en haar collega Joel Savarino, ook aan de Université Grenoble Alpes, verzamelde ijskernen bij Dome C die records bevatten die ongeveer 2 teruggaan, 600 jaar, die een groot deel van de opgetekende menselijke geschiedenis bestrijken.

De onderzoekers gebruikten hun methode om te bevestigen dat veel gebeurtenissen inderdaad correct waren geïdentificeerd door de oudere methode om overeenkomstige sulfaatlagen in ijskernen van beide halfronden op elkaar af te stemmen. Maar sommige gebeurtenissen, waarvan vroeger werd gedacht dat het grote uitbarstingen in de stratosfeer waren, hadden niet de veelbetekenende zwavelisotoopsignatuur in hun sulfaatlagen. In plaats daarvan, concludeerden de onderzoekers, deze lagen moeten zijn afgezet door twee of meer kleinere vulkanen die ongeveer tegelijkertijd op hoge breedtegraden op beide halfronden zijn uitgebarsten.

De onderzoekers vonden ook enkele grote stratosferische gebeurtenissen die de isotoopsignatuur bevatten, maar waren op de een of andere manier beperkt tot het zuidelijk halfrond.

"Dit is een sterk punt van onze aanpak, omdat deze gebeurtenissen een klimaatimpact zouden hebben, maar door andere methoden worden gemist, " zei Farquhar. "We hebben een aanzienlijke verbetering aangebracht in de reconstructie van grote stratosferische uitbarstingen die zich de afgelopen 2 hebben voorgedaan, 600 jaar. Dit is van cruciaal belang voor het begrijpen van de rol van vulkaanuitbarstingen op het klimaat en mogelijk voor het begrijpen van bepaalde gebeurtenissen in de menselijke geschiedenis, zoals wijdverbreide hongersnoden. Het kan ook helpen om toekomstige klimaatmodellen te informeren die rekening zullen houden met grote vulkanische gebeurtenissen."

Het onderzoeksrapport, "2600 jaar stratosferisch vulkanisme door sulfaatisotopen, "Elsa Gautier, Joël Savarino, Joost Hoek, Joseph Erbland, Nicolas Caillon, Shohei Hattori, Naohiro Yoshida, Emmanuelle Albalat, Francis Albarede en James Farquhar, werd gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie op 28 januari, 2019.