С помощью моделирования удалось обнаружить, что сульфатные аэрозоли вулканического происхождения охлаждают климат сильнее, чем считалось ранее. Прежние исследования не учитывали извержения малой амплитуды, потому что их сложно было зафиксировать со спутников. Оказалось, что благодаря слабым всплескам активности вулканические выбросы смогут нейтрализовать до 18,2 процентов эффекта потепления от антропогенных выбросов парниковых газов в XXI веке. Статья, содержащая такой прогноз, опубликована в журнале Geophysical Research Letters.
Вулканы оказывают разнонаправленное влияние на климат: с одной стороны, они выбрасывают в атмосферу диоксид серы (SO2) — химически активный окислитель, который способствует образованию сульфатных аэрозолей, рассеивающих радиацию и в краткосрочной перспективе (до нескольких лет) охлаждающих атмосферу и поверхность Земли. С другой стороны, выбрасываемые вулканами парниковые газы делают климат теплее и подкисляют океан, что вносит неопределенность в климатические прогнозы в масштабах десятилетий. Поскольку извержения вулканов сложно предсказать, их обычно не пытаются детально воспроизводить в общепринятых климатических моделях, и используют усредненные значения выбросов за определенный отрезок времени. Например, в шестой фазе проекта по сравнению климатических моделей CMIP6 учитываются выбросы аэрозолей в количестве порядка 300 миллионов тонн, которые поступили в атмосферу с 1850 по 2014 годы. Такое количество охладителей оказывает значительное влияние на климат, и неточность их учета ставит под вопрос любые климатические прогнозы.
С помощью математического моделирования климатологам под руководством Ман Мей Чим (Man Mei Chim) из Кембриджского университета удалось сделать более точный прогноз влияния вулканических извержений на климат до конца XXI века. Для этого они предложили свою модель UKESM-VPLUME, в которой соединили уже существующие Британскую модель Земли UKESM и одномерную модель эруптивного шлейфа Plumeria. Климатологи не стали ограничиваться усредненными данными о частоте извержений и составе вулканических выбросов за последние столетия, а использовали палеоданные о концентрациях SO2 из полярных ледяных кернов за последние 11500 лет и спутниковые данные о выбросах SO2 за период наблюдений с 1979 по 2021 годы. Такой подход позволил им детально учесть атмосферные условия, определяющие динамику вулканического шлейфа и высоту выброса диоксида серы в атмосферу.
Оказалось, что существующие прогнозы изменения климата преуменьшают значимость вулканических извержений. По одним только спутниковым данным не получается учесть извержения малой магнитуды (то есть периоды слабой активности вулканов, во время которых выбрасывают в атмосферу менее трех миллионов тонн диоксида серы). Использование палеоданных за длительный период показало, что именно такие слабые извержения приходится от 30 до 50 процентов суммарного воздействия на климат за счет охлаждающего эффекта диоксида серы.
Согласно этим результатам, важные для климатических прогнозов извержения до конца XXI века будут случаться примерно в два раза чаще, чем в период 1850-2014 годов. На основании этого авторы считают, что климат станет теплее на 1,5 градуса Цельсия относительно доиндустриального уровня на 1,6-3,2 года позже, чем предполагается сейчас. Кроме того, сразу несколько сценариев модели UKESM-VPLUME указывают на то, что период между 2034 и 2060 годами будет сопровождаться длительной фазой похолодания на фоне скопления вулканических сульфатных аэрозолей в атмосфере. Это отсрочит потепление на 2 и 3 градуса Цельсия относительно доиндустриального уровня на 7 и 14 лет соответственно.
При соблюдении сценария SSP3-7.0, который предполагает минимальные ограничения антропогенных выбросов парниковых газов, вулканы своими выбросами S02 смогут компенсировать от 2,1 до 18,2 процента антропогенного воздействия на климатические показатели. Чем сильнее будет ограничение на антропогенные выбросы, чем чаще будут происходить извержения вулканов и чем больше диоксида серы они будут поставлять в атмосферу, тем сильнее будет проявляться охлаждающий эффект.
Параметры глобальных климатических моделей регулярно корректируются. Так, недавно ученые выяснили, что к концу XXI века выбросы углерода за счет микробного дыхания почв могут вырасти на 40 процентов в среднем по миру, а в Арктике — даже вдвое. В связи с этим прогнозируемые значения выбросов углерода экосистемами суши во всех сценариях изменения климата, вероятно, будут пересмотрены.