Новое исследование показывает, что выхолаживающий эффект редких крупных извержений будет усиливаться, тогда как эффект более частых и небольших, напротив, уменьшаться.

Извержения вулканов могут иметь огромное влияние на климат Земли. Например, вулканический пепел и газы от извержения вулкана Тамбора в Индонезии в 1815 году сделали 1816 год «годом без лета» с неурожаем и голодом в Северном полушарии. В 1991 году извержение Пинатубо на Филиппинах обусловило выхолаживание атмосферы примерно на 3 года.
При крупных вулканических извержениях, таких как Тамбора и Пинатубо, в атмосферу выбрасываются облака пепла и газа. Сульфатные аэрозоли из этих шлейфов рассеивают солнечную радиацию, частично отражая её обратно в космос. Это рассеяние вызывает нагрев стратосферы, но охлаждение тропосферы (самого нижнего слоя атмосферы Земли) и поверхности Земли.
Новое исследование, опубликованное в Nature Communications, показало, что изменение климата может усилить охлаждающий эффект таких крупных извержений, обычно происходящих пару раз в столетие. В то же время исследование показало, что охлаждающий эффект от более мелких и более частых извержений может быть значительно снижен.
«Что действительно имеет значение, так это то, попадают ли эти вулканические аэрозоли в стратосферу, то есть на расстояние более 16 км от земной поверхности в тропиках и примерно на 10 км в высоких широтах», - пояснил Томас Обри (Thomas Aubry), геофизик Кембриджского университета в Великобритании и ведущий автор нового исследования. «Если аэрозоли попадут на эти высоты, они могут оставаться в атмосфере в течение нескольких лет. Если же они окажутся на более низких высотах, по существу произойдёт их вымывание осадками в тропосфере. Климатический эффект продлится всего несколько недель».
Сила извержения вулкана влияет на высоту, на которую газы забрасываются в атмосферу, при более сильных извержениях в стратосферу попадает больше аэрозолей. Плавучесть газов также способствует высоте, на которой они располагаются в атмосфере. Изменение климата может повлиять на эту плавучесть: по мере того, как атмосфера нагревается, она становится менее плотной, увеличивая высоту, на которой аэрозоли достигают нейтральной плавучести.

Моделирование извержения Пинатубо

Обри и его коллеги использовали модели климата и вулканических шлейфов, чтобы проследить, что происходит с аэрозолями, выбрасываемыми при извержении вулкана в нынешнем климате, и что может измениться к концу века при продолжающемся глобальном потеплении. В их моделях все извержения произошли на Пинатубо.
Они обнаружили, что для извержений средней силы высота, на которой сульфатные аэрозоли располагаются в атмосфере, остаётся неизменной в более тёплом климате. Но охлаждающий эффект таких извержений снизился примерно на 75%. Это несоответствие связано не столько с вулканическими выбросами, сколько с атмосферой: согласно прогнозам, высота стратосферы будет увеличиваться с изменением климата. Следовательно, аэрозоли от умеренных извержений вулканов с большей вероятностью останутся в тропосфере и будут вымываться осадками, что снизит их эффективность.
Что касается крупных извержений, модели показали, что вулканические шлейфы поднимутся примерно на 1,5 км выше в стратосфере в более тёплом климате. Это изменение высоты приведёт к более быстрому распространению аэрозолей по всему миру. Такое усиление распространения аэрозоля в основном связано с предсказанным ускорением циркуляции Брюера-Добсона, перемещающей воздух в тропосфере вверх, в стратосферу, а затем к полюсам. Изменение циркуляции Брюера-Добсона связано с изменением климата.
Помимо усиления глобального выхолаживающего эффекта аэрозолей, усиление распространения аэрозолей снижает скорость, с которой сульфатные частицы сталкиваются друг с другом и растут. Это ещё больше увеличивает их выхолаживающий эффект, позволяя им лучше отражать солнечную радиацию.
«Есть золотая середина с точки зрения размера этих крошечных и блестящих частиц, где они очень эффективно рассеивают солнечный свет», - объяснила Аня Шмидт (Anja Schmidt), учёный из Кембриджского университета и соавтор статьи. «Так получилось, что в этом сценарии глобального потепления, который мы смоделировали, эти частицы вырастают почти до того размера, при котором они очень эффективны с точки зрения рассеяния».
«Мы обнаружили, что радиационное воздействие (количество энергии, удаляемой из планетарной системы вулканическим аэрозолем) будет на 30% больше в тёплом климате по сравнению с современным», - сказал Обри. «По нашим предположениям, это усилит охлаждение поверхности на 15%».
Стефан Брённиманн (Stefan Brönnimann), учёный-климатолог из Бернского университета, который не участвовал в этой работе, сказал, что исследование интересно, потому что «оно заставляет нас по-новому взглянуть на процессы, связывающие вулканические выбросы и климат».
Брённиманн, однако, отметил, что моделирование ограничивалось извержениями Пинатубо летом. По его словам, было бы интересно посмотреть, верны ли выводы для извержений на разных широтах и в разные сезоны.

Изменяющаяся стратосфера

По словам Обри, трудно сказать, окажет ли усиленное выхолаживание в результате крупных извержений вулканов или уменьшение выхолаживания в результате более мелких извержений суммарное влияние на климат.
Шмидт отметила, что нынешнее увеличение частоты и интенсивности лесных пожаров может также изменить климатические эффекты, вызванные извержениями вулканов, поскольку они влияют на состав стратосферы. «В стратосфере действительно много аэрозольного загрязнения, вероятно, такого масштаба, которого мы никогда раньше не видели».

Ссылка: https://eos.org/articles/climate-change-will-alter-cooling-effects-of-volcanic-eruptions