De supervulkaan Los Chocoyos in Guatemala, Centraal Amerika, barstte uit rond 84, 000 jaar geleden, en was een van de grootste vulkanische gebeurtenissen van de laatste 100, 000 jaar.

Recente petrologische gegevens tonen aan dat bij de uitbarsting van Los Chocoyos grote hoeveelheden zwavel en ozonafbrekende chloor- en broomgassen vrijkwamen.

De vulkaan maakte deel uit van de bekende Ring van Vuur, gelegen als een hoefijzer rond en in de Stille Oceaan. Dit is een aardbevingsgebied, en hier zijn 75% van alle bekende vulkanen (zowel actieve als slapende). De vulkanen Atitlán en Tolimán volgden de uitbarsting van Los Chocoyos, en blijf vandaag actief.

Bij een uitbarsting, supervulkanen kunnen plaatselijk enorme verwoestingen aanrichten, maar ze hebben ook grote gevolgen over de hele wereld vanwege de enorme gas- en stofemissies in de atmosfeer. En zoals een onderzoeksgroep nu laat zien, ze kunnen gedurende meerdere jaren grote veranderingen in de atmosfeer veroorzaken.

Verzwakte ozonlaag

Gebaseerd op de uitbarsting van Los Chocoyos, wetenschappers van de Universiteit van Oslo (UiO), GEOMAR en NCAR simuleerden emissies van gasvormige zwavel en halogeen naar de atmosfeer in pre-industriële tijden. Ze gebruikten het Amerikaanse aardesysteem Community Earth System Model (CESM)/Whole Atmosphere Community Climate Model (WACCM) met interactieve 'emissies' van vulkanische aerosolen en gassen in de atmosfeer.

De runs toonden aan dat verhoogde hoeveelheden sulfaat en aerosol optische diepte (AOD) van de uitbarsting vijf jaar in de atmosfeer zouden blijven bestaan, en de hoeveelheid halogeen zou bijna 15 jaar hoog blijven.

Als gevolg van deze verandering in de atmosferische chemie, de ozonlaag zou instorten. De onderzoekers vonden een vermindering van 80 % van de ozonlaag als wereldgemiddelde.

"Ozonverzwakking op deze schaal zou in de eerste vijf jaar na de uitbarsting een toename van 550% van de UV-straling kunnen veroorzaken, die zeer ernstige potentiële gevolgen kunnen hebben voor de mens en de biosfeer, " zegt Hans Brenna, eerste auteur van de studie. Hij is promovendus bij de afdeling Geowetenschappen van UiO en onderzoeker bij het Noorse Meteorologisch Instituut.

Het effect op het klimaat na zo'n enorme vulkaanuitbarsting zal tot enkele decennia aanhouden.

"Herstel tot pre-eruptie ozonniveaus en klimaat duurt 15 jaar en 30 jaar, respectievelijk, volgens de resultaten van de simulaties. Het langdurige effect van afkoeling van het aardoppervlak wordt ondersteund door een onmiddellijke toename van het zee-ijsoppervlak in het noordpoolgebied, gevolgd door een afname van het oceaanwarmtetransport op 60 ° N naar de Noordelijke IJszee. Dit effect houdt tot 20 jaar aan, " zegt Kirstin Krüger, een professor meteorologie aan de UiO.

Het effect van de uitbarsting slaat anders toe

De onderzoekers ontdekten ook dat de impact van vulkaanuitbarstingen in verschillende delen van de wereld anders zou zijn. Op het noordelijk halfrond zou de uitbarsting voor afkoeling zorgen door toegenomen atmosferische aerosolen, waardoor de neerslag zou toenemen en de primaire productie met meer dan 25 % zou afnemen. Ze ontdekten ook dat de zee-ijsbedekking in de eerste 3 jaar met 40% zou toenemen.

Op de evenaar en in de noordelijke delen van Afrika, de uitbarsting zou een verhoogde luchtvochtigheid veroorzaken en resulteren in een veel hogere primaire productie in de eerste vijf jaar na de uitbarsting. Er zou een verschuiving zijn van de lagedrukzone op de evenaar die bekend staat als de Intertropische Convergentiezone (ITCZ), die zich meer naar de zuidelijke breedtegraden zou verplaatsen. In aanvulling, de zee zou de eerste drie jaar reageren met El Niño-achtige mechanismen; die zullen ook naar het zuiden verschuiven.

"Omdat de modelonzekerheden voor klimaatrespons en atmosferische chemie bij vulkaanuitbarstingen groot zijn, simulaties als de onze zouden moeten worden ondersteund door fysieke monsters uit paleo-archieven zoals ijs- en sedimentkernen en een gecoördineerde onderlinge vergelijking van modellen, ' zegt Brenna.

Atmosferische chemie - een belangrijke discipline voor klimaatonderzoek

Atmosferische chemie is een tak van de atmosferische wetenschap waarin de chemie van de atmosfeer van de aarde en van andere planeten wordt bestudeerd. Het is een typisch interdisciplinair onderzoeksgebied en is gebaseerd op verschillende disciplines en methoden, zoals milieuchemie, meteorologie, computermodellering, natuurkunde en geologie, om er een paar te noemen. Onderzoek wordt steeds meer gekoppeld aan andere gebieden, zoals klimaatstudies.

De hoofdauteur van dit artikel, Hans Brenna, ontving in 2018 de Outstanding Student Poster en PICO (OSPP) Awards van de European Geosciences Union (EGU) voor de poster met de titel "Global ozondepletie en toename van UV-straling veroorzaakt door pre-industriële tropische vulkaanuitbarstingen."

Op basis van deze affiche, zij werden door EGU uitgenodigd om een ​​artikel te schrijven, en het staat nu in het interactieve open access tijdschrift Atmosferische scheikunde en natuurkunde .