Nieuwe analyse van aswolken die zijn ontstaan ​​door grote vulkaanuitbarstingen laat zien dat de tijdelijke afkoelingseffecten veranderen naarmate de omgeving heter wordt.

Op 15 juni 1991 barstte de vulkaan Mount Pinatubo in de Filippijnen uit met een catastrofale explosie die zo hevig was dat de vulkaan op zichzelf instortte. Zijn gas- en aswolk reikte tot ongeveer 40 km de lucht in en in de weken die volgden, ging de wolk de stratosfeer binnen en verspreidde zich over de hele wereld. In het daaropvolgende jaar daalde de gemiddelde temperatuur op aarde met ongeveer 0,5 graden Celsius.

Een vulkaan is een opening in de aardkorst waardoor heet, gesmolten gesteente naar de oppervlakte kan ontsnappen. Het zorgt er ook voor dat gas en as kunnen ontsnappen uit het binnenste van de aarde met hoge temperaturen.

Vulkaanuitbarstingen spelen een belangrijke rol bij het afkoelen van de planeet. De zwavelgassen van de vulkanische pluimen combineren met andere gassen in de atmosfeer, en deze aerosolen verstrooien zonnestraling en reflecteren deze in de ruimte. Maar wetenschappers zijn bezorgd dat klimaatverandering uitbarstingen minder effectief kan maken bij het verlagen van de mondiale temperatuur. Deze terugkoppeling, waarin klimaatverandering het vermogen van vulkaanuitbarstingen om stijgende temperaturen te bestrijden zou kunnen belemmeren of versterken, is momenteel niet opgenomen in toekomstige klimaatscenario's.

Het VOLCPRO-project was bedoeld om twee verschillende soorten uitbarstingen te onderzoeken om te zien of de opwarming van de aarde hun koeleffect in gevaar zou brengen.

Thomas Aubry, een onderzoeker aan de Universiteit van Cambridge in het Verenigd Koninkrijk en Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) fellow bij VOLCPRO, vroeg zich af of een uitbarsting als Mount Pinatubo hetzelfde verkoelende effect zou hebben gehad als het honderd jaar later zou plaatsvinden in een wereld waar de wereldwijde temperatuurstijging - door de effecten van klimaatverandering - ongecontroleerd doorgaat.

Uitbarsting met hoge intensiteit

Het eerste type uitbarsting, vergelijkbaar met de berg Pinatubo, staat bekend als een uitbarsting met hoge intensiteit. Dit type stoot aspluimen en deeltjes uit die 25 km of hoger in de atmosfeer reiken en bevat miljarden tonnen zwavelgassen. Relatief zeldzaam, een uitbarsting van dit krachtige type doet zich om de paar decennia voor - de berg Pinatubo was een van de grootste uitbarstingen die de wereld in een eeuw had gezien.

Het tweede type is kleiner, maar komt vaker voor. "We vroegen ons af hoe klimaatverandering deze twee verschillende soorten uitbarstingen zal beïnvloeden, de kleine versus de grote," zei Aubry.

Het VOLCPRO-team modelleerde historische uitbarstingen die hun invloed op het klimaat lieten zien, en simuleerde vervolgens wat er zou gebeuren als diezelfde uitbarstingen in de toekomst zouden plaatsvinden, wanneer het klimaat is veranderd en de mondiale temperaturen heter zijn.

Hun simulaties waren gebaseerd op het geavanceerde klimaatmodel van het Britse Met Office. "Binnen dat (U.K. Met Office) -model hebben we een ander model toegevoegd dat de opkomst van een vulkanische pluim kan simuleren en hoe hoog deze vulkanische kolom kan stijgen, afhankelijk van bijvoorbeeld de windconditie tijdens de uitbarstingsdag of de temperatuur in de atmosfeer op de dag, enzovoort," zei Aubry.

Voor de grote uitbarstingen ontdekten ze dat de afkoeling zou worden versterkt door de opwarming van de aarde, "wat best goed nieuws is", zei Aubry. "Meer opwarming van de aarde, meer vulkanische afkoeling."

In een warmere atmosfeer zullen de pluimen van uitbarstingen met hoge intensiteit nog hoger stijgen, waardoor de kleine vulkanische deeltjes verder kunnen reizen. Deze waas van aerosolen zal een groter gebied bedekken, meer zonnestraling reflecteren en het tijdelijke verkoelende effect van deze vulkanen versterken.

Het tegenovergestelde gold voor de kleinere, frequentere vulkaanuitbarstingen. In die gevallen verhinderden de hogere temperaturen de verkoelende effecten van de uitbarstingen.

Voordat ze echter aandringen om hun bevindingen op te nemen in de wereldwijde klimaatveranderingsprojecties van wetenschappers, wil Aubry andere vulkanen en andere modellen onderzoeken om hun resultaten te versterken.

VOLCPRO richtte zich op tropische vulkanen, omdat uitbarstingen rond de evenaar het klimaat wereldwijd beïnvloeden omdat de vulkanische deeltjes zich gemakkelijk naar beide halfronden verspreiden. Door vulkanen dichter bij de polen op te nemen, kunnen de onderzoekers bepalen hoe andere uitbarstingen reageren op hogere temperaturen. Ze willen ook meer klimaatmodellen opnemen, niet alleen die van het VK, om ervoor te zorgen dat hun bevindingen robuust zijn.

Vulkanische as

Ondertussen werkt Elena Maters, een voormalige MSCA-fellow die nu aan de Universiteit van Cambridge in het Verenigd Koninkrijk werkt, om erachter te komen wat er met vulkanische as in de atmosfeer gebeurt en hoe dit de wolkenvorming en, uiteindelijk, het klimaat beïnvloedt.

Vulkanische as bevordert de ijsvorming in de atmosfeer, die uiteindelijk het water in wolken vervangt. Wolken zijn een van de grootste vraagtekens in klimaatonderzoek, en hoe meer we begrijpen hoe ze worden gevormd en hoe ze zich gedragen, hoe nauwkeuriger onze modellen.

"De algemene veronderstelling is dat vloeibaar water zal veranderen in ijs onder nul (graden)", legt Maters uit. Dat is niet altijd het geval en kleine druppeltjes kunnen als vloeistof achterblijven tot rond de min 35 graden Celsius. Maar deeltjes in de atmosfeer creëren "katalytische oppervlakken die het voor watermoleculen gemakkelijker maken om een ​​ijskristal te vormen."

Mineraal stof, afkomstig van zand afkomstig uit woestijngebieden over de hele wereld, zoals de Sahara en de Gobi-woestijn, is de dominante bron van vaste deeltjes in de atmosfeer. Er zijn echter veel andere bronnen, waaronder vulkanische as.

Het INoVA-project wilde bepalen in hoeverre vulkanische as de ijsvorming bevordert.

"Op een jaargemiddelde is er ongeveer 10 keer minder vulkanische as (dan mineraal stof) in de atmosfeer," zei Maters. "Maar je kunt grote uitbarstingen hebben die snel, in een kwestie van uren tot dagen, enorme hoeveelheden deeltjes kunnen vrijgeven, en dit is verwaarloosd in veel klimaatmodellering en zelfs in gevallen waarin naar de effecten van vulkanen wordt gekeken."

IJsvorming

Als onderdeel van INoVA onderzochten Maters en collega's de werkzaamheid van vulkanische as bij het bevorderen van ijsvorming. Ze vergeleken dit met het alomtegenwoordige mineraalstof en testten welke soorten het meest succesvol waren.

Vulkanische as is meestal glas, met een besprenkeling van mineralen zoals veldspaat en ijzeroxide. De samenstelling van de as hangt onder meer af van de samenstelling van het magma dat eronder kolkt en de snelheid waarmee het explosief uit de vulkaan wordt uitgestoten.

Eerdere studies vergeleken slechts een handvol assoorten, zei Maters, wiens onderzoek zich richt op vulkanische asreactiviteit en chemie. "Je kunt niet twee of drie monsters meten en dan een conclusie trekken voor alle vulkanische as en vulkaanuitbarstingen wereldwijd. Ze variëren enorm in de glassamenstelling, de verhouding glas tot mineralen, de soorten mineralen, en dus de experimenten die ik deed probeerden het bereik van de werkzaamheid van vulkanische as van verschillende soorten uitbarstingen te doorgronden," zei ze.

Maters nam negen asmonsters met verschillende samenstellingen en gebruikte deze om negen synthetische monsters te maken door smelten en snel afkoelen. Ze vergeleek deze 18 monsters om vast te stellen welke eigenschappen vulkanische as actiever maken bij het maken van ijs. In een andere studie met een groep aan het Karlsruhe Institute of Technology in Duitsland, analyseerden Maters en collega's nog eens 15 vulkanische monsters om hun ijsmakende eigenschappen te identificeren.

Ze suggereerde dat de meest ijsactieve component in vulkanische as alkali-veldspaat is, een mineraal dat bestaat uit aluminium, silicium en zuurstof dat vaak wordt aangetroffen in de aardkorst. "Als je nu weet welke mineralen in as goed zijn in het vormen van ijs," zei Maters, "zou je misschien kunnen voorspellen wanneer een vulkaan uitbarst of die vulkaan, op basis van zijn magmasamenstelling, ijs-actieve kan produceren as."

Hoewel haar werk voorheen erg laboratoriumgericht was, heeft de COVID-pandemie haar gedwongen om modellenwerk te doen, grapte ze. Ze onderzoekt nu de vulkaanuitbarstingen van Eyjafjallajökull in IJsland in 2010 om te zien hoe die ijsvormende deeltjes in de atmosfeer hebben gebracht en hoe die deeltjes zich verhouden tot de overvloed aan mineraal stof.

De studie zal onderzoeken hoe vulkanische as een rol speelt bij ijsvorming wanneer we het daadwerkelijk in de atmosfeer stoppen. Het zal het vergelijken met andere soorten deeltjes, zoals mineraal stof en stelt de vraag:"Maakt het uit?"

Naarmate er betere klimaatmodellen worden ontwikkeld, "is het een proof of concept om aan te tonen dat explosieve uitbarstingen belangrijk kunnen zijn om op te nemen", zei Maters. + Verder verkennen

Klimaatverandering zal afkoelingseffecten van vulkaanuitbarstingen transformeren, suggereert onderzoek