Store vulkanutbrudd frigjør enorme mengder svoveldioksid og partikler til atmosfæren som reflekterer sollys tilbake til verdensrommet: dette er grunnen til at de midlertidig kan avkjøle jorden. DE’Holocenden geologiske epoken vi lever i og som har fulgt utviklingen av menneskelige sivilisasjoner, er preget av relativt milde og stabile klimatiske forhold; Imidlertid viser paleoklimatiske arkiver en rekke plutselige avkjølingsfaserhvorav noen fortsatte i århundrer, og assosiert med store brefremskritt. I lang tid forble deres opprinnelse usikker, med hypoteser som stilte spørsmål ved variasjoner isolaktivitet og av hav sirkulasjon. For å belyse fenomenet har et forskerteam ledet av Alice Paine fra universitetet i Basel sammenlignet ulike geologiske og paleoklimatiske arkiver, inkludert spor av vulkanske sulfater bevart i iskjerner utvunnet på Grønland og Antarktis, dateringen av eruptive avsetninger og de av morener. Forskerne rekonstruerte dermed 51 store utbrudd av holocen skjedde nord for 20° S, mange av dem langs Stillehavets ildring, og sammenlignet deres kronologi med ekspansjonsfasene til isbreene. Resultatet av studien fremhevet en sterk tidsmessig korrespondanse: over 80 % av isbreenes fremskritt analysert skjedde innenfor usikkerhetsmarginene til dateringen, i nærheten av minst én stort vulkanutbrudd.
Utbrudd kan utløse sekulær avkjøling
Et vulkanutbrudd varer noen dager eller uker, men effekten av dets innvirkning på klimaet kan vare i generasjoner. Prosessen starter når store mengder av svoveldioksid de når stratosfæren etter eksplosjonen og danner gjennom oksidasjonsprosesser et tett lag av sulfat aerosol. Disse partiklene sprer noe av den innkommende solstrålingen, reduserer den termiske energien som når jordens overflate og forårsaker rask avkjøling. Ifølge forfatterne av studien ville dette første temperaturfallet utløse en slags kjedereaksjon i atmosfære-hav-kryosfæresystemet som ville forlenge effektene. Faktisk favoriserer kjøling utvidelsen av Arktisk pakkisøkeralbedo og derfor mengden solstråling som reflekteres tilbake til verdensrommet. Samtidig kan termiske ubalanser mellom de to halvkulene endre atmosfærisk sirkulasjon og flytte det tropiske regnbeltet sørover. Rekonstruksjonene som er vurdert i studien indikerer også en svekkelse av Atlanterhavets sirkulasjon. Samspillet mellom havis, hav og atmosfære kan dermed utløse en rekke klimatilbakemeldinger i stand til å forlenge avkjølingen langt utover varigheten til de vulkanske aerosolene i atmosfæren.
Som Alice Paine forklarer:
Svovelpartiklene ville bare gi den første drivkraften: når de er aktivert, kan tilbakemeldingsmekanismene til klimasystemet forlenge effektene deres i flere tiår eller århundrer, langt utover tiden svovelet forblir suspendert i atmosfæren.
Statistisk analyse forsterker denne tolkningen. Alle de største holocene-utbruddene som er tatt med i studien, de av vulkansk størrelse lik eller større enn 7faller innenfor den kronologiske usikkerheten til minst ett brefremstøt; for 72 % av disse utbruddene er det også bevis på fremgang av isbreer i begge halvkuler. Forfatterne understreker imidlertid at tidsmessig korrespondanse ikke alene viser en årsakssammenheng for hver enkelt hendelse, også på grunn av usikkerhet i datering og isbreenes ulike regionale respons.
Paine understreker videre:
En solid forklaring manglet for den tiår lange og århundrer lange varigheten av disse avkjølingene. Ved å kombinere våre statistiske tester med rekonstruksjoner av paleoklima, er vi sikre på at dette ikke er en enkel tidsmessig tilfeldighet og at vulkanisme var den virkelige driveren for disse termiske krisene.
Hva kan skje på en varm planet etter et stort utbrudd
Funnet tjener til å rekonstruere og forstå fortidens klima, i tillegg til å gi nyttige indikasjoner for å vurdere mulige konsekvenser av fremtidige store utbrudd. Hva ville deres innvirkning vært hvis de fant sted i dag, i et klimasystem som allerede er dypt endret av menneskeskapt oppvarming og derfor svært forskjellig fra det som preget mye av holocen? Forfatterne forklarer at klimaresponsen på et utbrudd ikke bare avhenger av omfanget og mengden svovel som slippes ut i stratosfæren, men også av breddegraden og startklimatiske forhold. Global oppvarming kan faktisk endre måten atmosfæren, havet og isen reagerer på den første impulsen forårsaket av vulkanske aerosoler. Det er imidlertid ennå ikke klart om på en varmere planet vil tilbakemeldingene identifisert i studien bli dempet, forsterket eller få andre egenskaper.
Studien ser derfor ikke for seg et presist scenario, men gir et nyttig rammeverk for å forstå hvordan effekten av et stort utbrudd kan spre seg i hele klimasystemet og vare langt utover aerosolenes permanens i atmosfæren. Nettopp derfor er det fortsatt en utfordring å forstå hvordan disse mekanismene kan fungere under dagens klimaforhold åpent spørsmål for forskning.
