В 1815 году взорвалась Тамбора. Извергнутые с библейской силой вулканические газы достигли стратосферы, чем отключили сезонные ритмы глобальной климатической системы, ввергая человечество во всем мире в хаос.
Климатические изменения на планете можно исследовать с помощью ледяных кернов. В конце концов, все вулканические сульфаты попадают в тропосферу. Он оседает под действием силы тяжести или дождя и достигает поверхности Земли. На больших высотах или высоких широтах эти аэрозоли включаются в состав снежного покрова.
Так они сохраняются в ледяных кернах, поэтому мы можем сегодня исследовать аэрозоли, созданные Тамборой. Фактически, сульфат в кернах льда (рядом с тефровыми отложениями) является основным источником количественной информации о прошлых вулканических извержениях. В случае с Тамборой большое количество сульфатов зарегистрировано в ледяных кернах как из полярных регионов, так и даже в некоторых кернах альпийского льда (более поздние извержения залегают под сигнатурой промышленных выбросов серы).
Что открывают ледяные керны?
В связи с длительным временем перемешивания в стратосфере и большой продолжительностью пребывания H2SO4 в стратосфере, аэрозоли достигают полярных регионов через год-два после извержения. Далее в изятых из ледников кернах, годовые кольца после вулканической деятельности, как Тамбора показывают от двух лет и более.
Недавнее исследование обнаружило, что сера после извержения Тамборы была выше над Антарктидой, чем над Гренландией, в то время как предыдущие исследования показали приблизительно равномерное разделение. Однако, что касается моделирования, то неопределенности в оценках ледяного керна высоки, в основном из-за невозможности прямого сравнения концентраций сульфатов в разных местах. Осаждение аэрозолей характеризуется большой пространственной изменчивостью, которая в значительной степени контролируется вымыванием аэрозоля во время транспортировки и в месте наблюдения.
Сравнение данных наблюдений ледяного керна в обоих полярных регионах подразумевает некую "калибровку". Таким образом, остается открытым вопрос о том, следует ли согласовывать возможное несоответствие между разделением аэрозолей в Западном полушарии и последствиями изменения климата.
Возможно, информация об атмосферных аэрозолях может помочь. Луна была практически невидима во время лунного затмения 10 июня 1816 года, что указывает на оптическую глубину аэрозоля (мера для затемнения света аэрозолями) больше 0,1. Это является типичным значением для сильного тропического извержения вулкана. Другие явления (светящиеся цветные сумерки, видимость солнечных пятен невооруженным взглядом, тусклость ярких звезд) указывают на еще большую оптическую глубину, близкую к единице. Кроме того, извержение Тамборы, как и другие сильные извержения, привело к красочным закатам.
Изучение закатов
Ученые использовали соотношение красного и зеленого для определения временных рядов оптической глубины аэрозоля в сотнях окрашенных закатов 18 и 19 веков. Согласованность между их оценками и оценками сульфатных аэрозолей на основе ледяного керна является корректной - все источники данных соответствуют оптической глубине аэрозолей в северном полушарии 0,2-0,4. Таким образом, результаты подтверждают оценки ледяных кернов. Однако этих исторических архивов недостаточно для решения проблемы распределения на полушария. Что точно известно, так это то, что количество аэрозоля над северными экстратропиками было достаточно высоким, чтобы оказывать влияние на климат в крупномасштабном плане.
Изменение радиоактивного фона
Также известно основное воздействие вулканических аэрозолей на радиацию и стратосферу. Вулканические аэрозоли рассеивают солнечное коротковолновое излучение и поглощают (солнечное) ближнее инфракрасное и (наземное) инфракрасное излучение. Поглощение значительно нагревает стратосферу. Рассеяние солнечной радиации уменьшает солнечное излучение на земле и приводит к охлаждению. Тамбора ничем не отличалась от других извержений в этом отношении, просто была более масштабной.
Аэрозоли Тамбора вызвали радиационное воздействие на глобальную климатическую систему (т.е. изменение чистого радиационного потока в верхней части атмосферы) в пределах 5-6 Вт/м2 в течение одного-двух лет после извержения, хотя это число очень неопределенное и локальное воздействие могло быть гораздо большим. Для сравнения: только в доиндустриальную эпоху радиационное воздействие CO2 составляет 1,82 Вт/м2 и растет на 0,27 Вт/м2 в десятилетие. Таким образом, непосредственное воздействие извержения вулкана Тамбора в 1815 году было примерно в 3 раза сильнее, чем общее воздействие CO2 с тех пор. Однако он длился около 2 лет, и в долгосрочной перспективе последствия извержений вулканов, как правило, невелики. В качестве оценки первого порядка, увеличение частоты извержений размером с 1 через 400 лет до 1 через 25 лет потребуется только для того, чтобы устранить радиационные эффекты текущего увеличения выбросов CO2 (не считая других парниковых газов).
Влияние размера частиц SO2 на климат
Связь между массой сульфатов, обитающей в стратосфере, и уменьшением коротковолнового излучения не так проста, как может показаться. Оказывается, что крупные извержения не имеют пропорционально большего эффекта, чем мелкие. Это еще одна актуальная тема исследования. Причина связана с размером аэрозольных частиц. Более крупные извержения выбрасывают в стратосферу большее количество SO2, но объем, в который выбрасывается SO2, не намного больше. Как следствие, концентрация SO2 возрастает. Количество аэрозольных частиц изначально гораздо больше в случае большого извержения, но впоследствии они коагулируют гораздо легче и растут быстрее, чем в случае меньшего извержения. Это изменение размера влияет на оптические свойства. Более крупные частицы менее эффективны при рассеянии коротковолнового излучения. Кроме того, крупные частицы оседают под действием гравитации более быстрыми темпами. Поэтому в одном из последних модельных исследований было установлено, что исчезновение частиц на экваторе через два года после извержения было одинаковым для извержений Тамборы и Пинатубо. После Тамборы было четырехкратное превышение содержания SO2 в сравнении с Пинатубо. Через три года после извержения в случае с Тамборой исчезновение было еще ниже, чем в случае с Пинатубо. Поэтому крупные извержения могут иметь меньший, чем ожидалось, климатический эффект на суше.
В дополнение к прямым радиационным эффектам вулканические аэрозоли могут также оказывать косвенное воздействие, когда они выпадают из стратосферы и влияют на формирование циркулирующих облаков в верхней тропосфере. Однако пока мало что известно об этом механизме.
Друзья, подписывайтесь, ставьте лайки. Впереди интересные статьи.
