De vraag wat er in de atmosfeer gebeurt als een supervulkaan uitbarst, houdt wetenschappers in de atmosferische chemie en meteorologie al een tijdje bezig. Nutsvoorzieningen, een onderzoeksteam van UiO, GEOMAR, NCAR, en MPI-M hebben samengewerkt en zijn dichter bij een antwoord gekomen. Ze presenteren hun nieuwe bevindingen in het tijdschrift Geofysische onderzoeksbrieven .

Het object van hun interesse gebeurde ∼75, 000 jaar geleden in de hooglanden van Guatemala - de supervulkaanuitbarsting Los Chocoyos. Vandaag, de uitbarstingsplaats is een enorme caldera, de Atitlán Caldera (14,6°N, 91,2°W). de caldera, nu een meer, leugens over 1, 563 meter boven zeeniveau, omgeven door drie kegelvormige vulkanen:Atitlán, Tolimán, en San Pedro.

Toen de vulkaan eenmaal uitbarstte, had hij een kracht van acht, de hoogste ranking op de Volcanic Explosivity Index (VEI).

Het mooiste meer ter wereld

De Duitse ontdekkingsreiziger en natuuronderzoeker Alexander vonHumbolt (1769-1859) noemde het "het mooiste meer ter wereld" (Wikipedia). De schoonheid van het meer van Atitlán is bekend, en vandaag is het een van de landschapshoogtepunten in Guatemala, en een nationale en internationale toeristische attractie. Het wordt omringd door kleine Maya-dorpjes.

Ondanks dat de vulkaan nu dood is, de caldera getuigt van de kracht die de uitbarsting in het verleden had, onlangs beschreven in een studie:A history of geweld:Magma incubation, timing, en tephra-verdeling van de Los Chocoyos-superuitbarsting (Atitlán Caldera, Guatemala) door Cisneros et al (2021) in Journal of Quaternary Science.

De uitbarsting staat bekend als een van de grootste vulkanische gebeurtenissen van de afgelopen 100, 000 jaar, en moet een inferno van magma zijn geweest, explosies en uitbarstingen van gassen.

Vrijkomen van chemische componenten in de atmosfeer

Geanalyseerde monsters van afzettingen in geologische lagen na de gebeurtenis laten zien dat toen de uitbarsting plaatsvond, het stootte ook enorme hoeveelheden zwavel uit, chloor en broom naar de atmosfeer. Vulkanische as wordt na de uitbarsting van Los Chocoyos op verschillende plaatsen in de hooglanden van Guatemala gevonden en in mariene afzettingen van diepzeekernen in de Stille Oceaan, de Golf van Mexico en zelfs in de Atlantische Oceaan.

Het onderzoeksteam had de hypothese dat zulke grote emissies van de uitbarsting multi-decadale gevolgen zouden hebben voor de atmosfeer en het mondiale klimaat. Maar voor hoe lang? En welke sterkte en omvang zouden de emissies hebben?

Om verder te komen op deze vragen moest het onderzoeksteam gebruik maken van simulatiemodellen die de huidige kennis van het klimaatsysteem weergeven. Met deze aanpak, het stelde hen in staat om de impact van een Los Chocoyos-achtige uitbarsting te simuleren, en het effect van enorme hoeveelheden emissies naar de atmosfeer (Brenna et al 2020 ACP).

Langdurige verstoring van het zonale windsysteem

Van bijzonder belang was het effect dat de emissie zou hebben op de quasi-tweejaarlijkse oscillatie (QBO), een afwisselende verandering van om de twee jaar van zonale windrichtingen in de stratosfeer in de tropen. De stratosfeer is de tweede laag in de aardatmosfeer van ongeveer 15 tot 50 km hoogte.

"Een uitbarsting op deze dimensie zou hoeveelheden aerosolen en chemische componenten aan de atmosfeer leveren, en volgens onze modelsimulaties, de uitbarsting zou een verstoring van ∼10 jaar van de QBO-wind veroorzaken, " zegt Kirstin Krüger, auteur van de studie. "De verandering in de QBO zou 4 maanden na de uitbarsting zijn begonnen, met abnormale oostenwinden die ∼5 jaar aanhouden, gevolgd door westenwind, voordat het terugkeerde naar de normale QBO-omstandigheden, maar met een iets langere periodiciteit."

Deze verstoring van het windsysteem is het gevolg van opwarming van de lucht door aerosolen, en een verkoelend effect veroorzaakt door aantasting van de ozonlaag na de uitbarsting. Deze verwarming versus koeling staat in wisselwerking met de voortplanting van atmosferische golven en evolueerde om de QBO te verstoren.

Een geologische gebeurtenis met grote impact

De onderzoekers testten het emissiescenario op verschillende modelensembles, en op verschillende vulkanische forceringscenario's. De resultaten van deze aanvullende onderzoeken bevestigden de eerste resultaten. Ze herhaalden de simulaties ook met een tweede model, wat ook de robuustheid van de eerste resultaten bevestigde.

De nieuwe studie, gepubliceerd in Geofysische onderzoeksbrieven , werpt licht op wat er gebeurt als zo'n supervulkaan uitbarst. Het zou een aantal jaren duren, de uitstoot zal een piek hebben, en het kan de kracht hebben om de windregimes in de tropische stratosfeer tijdelijk te veranderen.

Supervulkanen van vandaag

Vandaag zijn het ongeveer 20 supervulkanen over de hele wereld. Een van de meest bekende is de Yellowstone Caldera in de VS. Het is bekend dat Yellowstone in het verleden twee VEI 8-uitbarstingen heeft gehad (zo'n 2,1 miljoen en 640, 000 jaar geleden).