Hur bidrar vulkaner till klimatförändringar?

vulkaner förändrar jordens klimat både genom att värma och kyla det. Deras nettoeffekt på klimatet idag är liten jämfört med mänskliga föroreningar.

trots detta ger klimatförändringarna i förhistorisk tid orsakade av nästan konstanta utbrott och under de senaste århundradena av en handfull episka, en varning: det hjälper oss att föreställa oss livet på jorden om vi låter miljön förstöras av vår försumlighet.

förhistoriska vulkaner

antalet vulkanutbrott i inspelad historia bleknar i jämförelse med vad forskare har upptäckt om vulkanaktivitet i förhistorisk tid.

för ungefär 252 miljoner år sedan, i en stor del av det som nu är Sibirien, utbröt vulkaner stadigt över cirka 100 000 år. (Det kan verka som en lång tid men i geologiska termer är det ett ögonblick.)

de vulkaniska gaser och aska Som vinden blåste runt om i världen utlöste en kaskad av klimatförändringar. Resultatet var en katastrofal, världsomspännande biosfärkollaps som dödade så mycket som 95% av alla arter på jorden. Geologer hänvisar till denna händelse som den stora döende.

vulkaniska katastrofer under historisk tid

före 1815 ansågs Mount Tambora på den indonesiska ön Sumbawa vara en utdöd vulkan. I April samma år exploderade det-två gånger. Mt. Tambora var en gång cirka 14 000 meter hög. Efter explosionerna var den bara ungefär två tredjedelar så lång.

det mesta livet på ön utrotades. Mänskliga dödsuppskattningar varierar mycket, från de 10 000 dödade omedelbart som rapporterats i Smithsonian Magazine, till de 92 000 som United States Geological Survey (USGS) föreslår dog mestadels av svält efter att vulkaniska gaser och aska förstörde landet och förändrade klimatet. Förutom fyra lyckliga människor försvann hela kungariket Tambora (10 000 personer starka) i sprängningarna.

med den snabba injektionen av aska och gaser i atmosfären utvecklades monsunerna i Asien långsammare, vilket resulterade i torka som ledde till hungersnöd. Torka följdes av översvämningar som förändrade den mikrobiella ekologin i Bengalbukten. Detta verkar vara det som gav upphov till en ny koleravariant och global kolera-pandemi. I början av artonhundratalet var folkhälsoorganen inte i samordning, så pandemins dödstal är svår att hitta. Icke-definitiva uppskattningar pekar på tiotals miljoner.

året därpå var Tambora-inducerad global kylning så allvarlig att 1816 ofta kommer ihåg som ”året utan sommar” och som ”lilla istiden.”Snöstormar svepte Nordamerika och delar av Europa under sommarmånaderna, dödade grödor och boskap och skapade hungersnöd, upplopp och en flyktingkris. Målningar från året visar mörka, konstigt färgade himmel.

Mount Tambora och en oroande stor handfull andra vulkaniska katastrofer åt sidan har saker inte varit nästan lika dramatiska under historiska tider som de var under förhistorien.

enligt USGS, längs jordens oceaniska åsar där tektoniska plattor glider förbi varandra under djupt vatten, stiger smält sten från jordens överhettade mantel ständigt från djupt inuti jordskorpan och skapar nytt havsbotten. Tekniskt sett är alla platser längs åsen där inkommande smält sten möter havsvatten vulkaner. Bortsett från dessa platser finns det cirka 1 350 potentiellt aktiva vulkaner över hela världen, och endast cirka 500 av dem har brutit ut i inspelad historia. Deras effekter på klimatet har varit djupgående, men mestadels kortlivade.

Volcano Basics

USGS definierar vulkaner som öppningar i jordskorpan genom vilken aska, heta gaser och smält sten (aka ”magma” och ”lava”) fly när magma skjuter upp genom jordskorpan och ut ett berg sidor eller topp.

vissa vulkaner släpper långsamt ut, nästan som om de andas ut. För andra är utbrottet explosivt. Med dödlig kraft och temperatur blåser lava, brinnande bitar av fast sten och gaser ut. (Som ett exempel på hur mycket material en vulkan kan Spy, uppskattar National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) att Mount Tambora utkastade 31 kubik miles av aska. Wired Magazine beräknar att ash vid den volymen kunde ” begrava hela spelytan i Fenway Park i Boston 81.544 miles (131.322 km) djupt.”)

Mount Tambora var det största utbrottet i inspelad historia. Ändå spottar vulkaner i allmänhet mycket aska. Gaser också. När ett berg ”blåser” på toppen kan de utstötta gaserna nå in i stratosfären, vilket är atmosfärskiktet som sträcker sig från ca 6 miles till 31 miles över jordens yta.

klimateffekter av vulkanernas aska och gaser

medan vulkaner överhettar den omgivande luften och varma temperaturer lokalt medan berget och dess lava förblir röd het, är global kylning den mer långvariga och djupgående effekten.

global uppvärmning

en av de primära gaserna som vulkaner släpper ut är koldioxid (CO2)—som också är den mänskliga växthusgasen som är mest ansvarig för uppvärmning av jordens klimat. CO2 värmer klimatet genom att fånga värme. Det tillåter strålning med kort våglängd från solen genom atmosfären, men det gör det samtidigt som det blockerar ungefär hälften av den resulterande värmeenergin (som är strålning med lång våglängd) från att fly från jordens atmosfär och flytta tillbaka till rymden.

USGS uppskattar att vulkaner bidrar med cirka 260 miljoner ton CO2 till atmosfären varje år. Trots detta har CO2 som släpps ut av vulkaner förmodligen ingen signifikant effekt på klimatet.

NOAA uppskattar att människor förgiftar jordens atmosfär med 60 gånger mer CO2 än vulkaner gör. USGS föreslår att skillnaden är ännu större; det rapporterar att vulkaner släpper ut mindre än 1% av CO2 som människor släpper ut, och att ”koldioxiden som släpps ut i samtida vulkanutbrott har aldrig orsakat detekterbar global uppvärmning av atmosfären.”

global kylning, surt regn och Ozon

som den vintriga efterdyningarna av Mount Tamboras explosioner visade sig, är vulkaninducerad global kylning en stor fara. Surt regn och förstörelsen av ozonskiktet är andra katastrofala effekter av vulkaner.

global kylning

från gas: Förutom CO2 innefattar vulkaniska gaser svaveldioxid (SO2). Enligt USGS är SO2 den viktigaste orsaken till vulkaniskt inducerad global kylning. SO2 omvandlas till svavelsyra (H2SO4), som kondenserar till fina sulfatdroppar som kombinerar med vulkanisk ånga och skapar en vitaktig dis som vanligtvis kallas ”vog.”Blåst runt om i världen av vind, reflekterar vog tillbaka i rymden nästan alla inkommande solstrålar som den möter.

så mycket SO2 som vulkaner som sätts in i stratosfären, märker Environmental Protection Agency (EPA) den primära källan till SO2 haze som ”förbränning av fossila bränslen från kraftverk och andra industrianläggningar.”Hej, vulkaner. Du är relativt undan på denna räkning.

från aska: vulkaner kastar massor av små fragment av sten, mineraler och glas mot himlen. Medan de större bitarna av denna ”aska” faller ut ur atmosfären ganska snabbt, stiger de minsta in i stratosfären och stannar på extremt höga höjder, där vinden slår dem. De miljoner eller miljarder små askpartiklarna reflekterar inkommande solstrålar bort från jorden och tillbaka mot solen och kyler jordens klimat så länge som aska stannar i stratosfären.

från gas och aska som arbetar tillsammans: geofysiker från flera institutioner i Boulder, Colorado, körde en klimatsimulering och jämförde sina resultat med observationer samlade via satellit och flygplan efter den tropiska Mt. Kelut utbrott i februari 2014. De fann att persistensen av SO2 i atmosfären berodde väsentligt på om den hade belagda askpartiklar. Mer SO2 på aska resulterade i långvarig SO2 som kunde kyla klimatet.

surt regn

man kan föreställa sig att en enkel lösning på global uppvärmning skulle vara att avsiktligt införa stratosfären med SO2 för att skapa kylning. Saltsyra (HCl) är emellertid närvarande i stratosfären. Det är där på grund av industriell kolförbränning på jorden och också för att vulkaner matar ut det.

när SO2, HCl och vatten fälls ner till jorden, gör de det som surt regn, som avlägsnar näringsämnen från jorden och läcker ut aluminium i vattenvägar och dödar många arter av marint liv. Om forskare försökte motverka global uppvärmning med SO2, kan de orsaka kaos.

Ozon

bortsett från dess potential att fälla ut som surt regn, utgör vulkanisk HCl en annan fara: det hotar jordens ozonskikt, som skyddar DNA från allt växt-och djurliv från förstörelse genom obegränsad ultraviolett solstrålning. HCl bryts ner snabbt till klor (Cl) och klormonoxid (ClO). Cl förstör Ozon. Enligt EPA kan ” en kloratom förstöra över 100 000 ozonmolekyler.”

satellitdata efter vulkanutbrott i Filippinerna och Chile visade en upp till 20% förlust av ozon i stratosfären över vulkanerna.

Takeaway

jämfört med föroreningar orsakade av människor är vulkanernas bidrag till klimatförändringen liten. Den klimatförstörande CO2, SO2 och HCl i jordens atmosfär är mestadels det direkta resultatet av industriella processer. (Aska från kolförbränning är mestadels ett terrestriskt och lägre Atmosfäriskt förorenande ämne, och därför kan dess bidrag till klimatförändringen vara begränsat.)

trots den relativt obetydliga roll som vulkaner vanligtvis spelar i klimatförändringar, kan översvämningarna, torka, svält och sjukdomar som har uppstått efter mega-vulkaner stå som en varning. Om konstgjorda luftföroreningar fortsätter oförminskad, översvämningar, torka, hungersnöd, och sjukdom, kan bli ostoppbar.