«Мы пытаемся лучше понять, как вулканы изменяют климат уже около 30 лет», — сказала Лори Глейз из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. "Извержение вулкана Сент-Хеленс в 1980 году (штат Вашингтон) и извержение Эль-Чичон в 1982 году (Мексика) были извержениями одинакового размера. После вулкана Сент-Хеленс не было особого влияния на климат, но после Эль-Шишон произошло большое глобальное похолодание на пару лет ".«Мы не понимали почему, поэтому люди начали изучать это, и оказалось, что извержение Эль-Чичон включало гораздо больше серы, чем гора Сент-Хеленс», — сказал Глейз.Извержения Эль-Чичон и Пинатубо были достаточно мощными, чтобы выбросить их газы в стратосферу, что дало им возможность изменить краткосрочный климат. «Поскольку стратосфера стабильна, если газ из вулканических шлейфов попадает в стратосферу, он остается там надолго — пару лет», — сказал Глейз. «Хотя есть много осложнений, суть в том, что когда эти газы производят аэрозоли в стратосфере, они рассеивают часть солнечного излучения, которое нагревает стратосферу и вызывает чистое охлаждение на поверхности. Газ в этих вулканических шлейфах — в первую очередь диоксид серы (SO2) и сероводород (H2S), который не выделяется в больших количествах, вступают в реакцию с образованием слоя серной кислоты (H2SO4) в стратосфере, который рассеивает часть солнечного инфракрасного излучения. "Другой тип вулкана, называемый «базальтовым извержением наводнения», не взрывается так сильно, но затмевает эти примеры гораздо большими объемами извержения газа и лавы. «С извержениями, подобными извержениям Пинатубо, вы получаете один выстрел двуокиси серы и других газов в стратосферу, но затем вулкан остается тихим на сотни или тысячи лет», — сказал Глейз. «При извержении базальта наводнением вы постоянно выбрасываете эти химические вещества в атмосферу в течение десятков, сотен или, может быть, даже тысяч лет.
Каждое извержение само по себе может быть не самым большим извержением, которое вы когда-либо видели, но вы постоянно подача газа в атмосферу в течение длительного времени ».В истории человечества не было ни одного извержения вулканов на базе паводкового базальта, что, вероятно, хорошо. «Почти непостижимо, насколько велики эти потоки лавы», — сказал Глейз. «Большая часть западной части штата Вашингтон покрыта лавой толщиной 1,5 километра (тысячи ярдов), образовавшейся в результате извержений базальтов, вызванных наводнением реки Колумбия».
Одно извержение базальтовой формации на реке Колумбия, извержение Роза, находится в центре внимания Глейз и анализа ее команды. Это произошло около 14,7 миллиона лет назад и образовало около 1300 кубических километров (более 300 кубических миль) лавы за период от десяти до пятнадцати лет.Хотя базальтовые извержения наводнения были огромными, они не были такими взрывными, как извержения, подобные извержениям Пинатубо.
Расплавленная порода (магма) при извержениях паводкового базальта текла легко. Это также позволило легко высвободить газ, который в ней находился.
Эта магма вызывает извержения «огненного фонтана» — фонтана лавы, поднимающегося в воздух на сотни метров (сотни ярдов). Часто эти извержения начинаются вдоль трещины на Земле, называемой трещиной, длиной до нескольких километров (нескольких миль), образуя эффектную светящуюся завесу лавы. Сегодня извержения огненных фонтанов в меньших масштабах наблюдаются в таких местах, как Гавайи и гора Этна на Сицилии, Италия.Магма, вызывающая извержения типа Пинатубо, толще и течет медленнее.
Газ, растворенный в этой толстой магме, не может так легко уйти, поэтому, когда давление внезапно сбрасывается в начале этих извержений, это похоже на лопание пробки на бутылке шампанского — весь газ сразу вырывается наружу, вызывая взрывное извержение. .Поскольку извержения "огненного фонтана" не столь взрывоопасны, ученые задаются вопросом, поднимаются ли газы от них достаточно высоко, чтобы достичь стратосферы, что позволяет очень крупным извержениям огненных фонтанов, которые породили базальты наводнения, потенциально изменить климат. Ответ зависит не только от силы извержения (более высокие огненные фонтаны производят более высокие газовые шлейфы), но и от того, где начинается стратосфера.Граница между нестабильной нижней атмосферой (тропосферой) и стабильной стратосферой называется тропопаузой. Поскольку более теплый воздух расширяется больше и поднимается выше, чем более холодный воздух, тропопауза является самой высокой над экватором и постепенно понижается, пока не достигнет минимальной высоты над полюсами.
Таким образом, шлейф огненного фонтана из вулкана в высоких широтах вблизи полярных регионов имеет больше шансов достичь стратосферы, чем шлейф из вулкана вблизи экватора.Высота границы также изменилась с течением времени, так как состав атмосферы изменился. Например, углекислый газ улавливает тепло от солнца, поэтому, когда в атмосфере было больше углекислого газа, температура была выше, а тропопауза — выше.
По словам Глейза, вопрос о том, могут ли крупные извержения огненного фонтана изменить климат, был поднят в связи с аналогичным, но гораздо меньшим по масштабу извержением огненного фонтана в Исландии. «Извержение Лаки в 1783–1784 годах привело к выбросу двуокиси серы в верхнюю тропосферу и нижнюю стратосферу в результате повторяющихся извержений в течение восьми месяцев, что повлияло на климат в северном полушарии в течение 1783 года и, возможно, до 1784 года», — сказал Глейз. По словам Глейза, Бен Франклин, живший в то время во Франции, заметил дымку и суровую зиму и задумался о том, могли ли исландские вулканы изменить погоду.Чтобы ответить на этот вопрос, Глейз и ее команда применили разработанную ими компьютерную модель для расчета высоты подъема вулканических шлейфов. «Впервые подобная модель была использована для расчета того, может ли шлейф пепла и газа над большим вулканом с огненным фонтаном, таким как извержение Розы, достичь стратосферы во время и в месте происшествия», — сказал Глейз.
Ее команда оценила высоту тропопаузы с учетом широты извержения (около 45 градусов северной широты) и состава атмосферы во время извержения и обнаружила, что извержение могло достигнуть стратосферы. Глейз — ведущий автор статьи об этом исследовании, опубликованной 6 августа в журнале Earth and Planetary Science Letters.
"Если предположить, что активные сегменты трещины составляют пять километров (3,1 мили), то примерно 180 километров (около 112 миль) известной длины трещины Роза могли поддержать около 36 взрывных событий или фаз в течение, может быть, десяти-пятнадцати лет, каждая продолжительностью от трех до четырех дней », — сказал Глейз. «Каждый сегмент может закачивать до 62 миллионов метрических тонн диоксида серы в день в стратосферу во время активного фонтанирования, что эквивалентно примерно трем извержениям Пинатубо в день».Команда проверила свою модель, применив ее к извержению Идзу-Осима 1986 года, хорошо задокументированному извержению в Японии, в результате которого образовались впечатляющие огненные фонтаны высотой 1,6 км (почти милю). «Это извержение привело к наблюдаемой максимальной высоте шлейфа от 12 до 16 км (от 7,4 до 9,9 миль) над уровнем моря», — сказал Глейз.
Когда команда ввела в свою модель высоту фонтана, температуру, ширину трещины и другие характеристики, аналогичные извержению Идзу-Осима, она предсказала максимальную высоту шлейфа от 13,1 до 17,4 км (от 8,1 до 10,8 миль), охватывая большинство наблюдаемых значений.«Предполагая, что гораздо более крупное извержение Розы может выдержать высоту огненного фонтана, подобную Идзу-Осима, наша модель показывает, что Роза могла выдержать плавучие пепловые и газовые шлейфы, которые простирались в стратосферу примерно на 45 градусов северной широты», — сказал Глейз.Хотя исследование группы предполагает, что извержение Розы могло изменить климат, ученым все еще нужно искать доказательства изменения климата во время извержения, возможно, исчезновения в летописи окаменелостей или признаков изменений в химии атмосферы или уровень моря, согласно Глейзу.«Для своего личного исследования я хотел бы воспользоваться этими результатами и взглянуть на некоторые из действительно крупных извержений древних трещин на Венере и Марсе», — сказал Глейз. «В вулканических шлейфах есть и другие газы, такие как водяной пар и углекислый газ.
Эти газы не оказывают существенного влияния на Землю, потому что их уже так много в атмосфере. Однако на Венере и Марсе влияние водяного пара становится очень важным. потому что его так мало в их атмосфере.
Венера — одно из моих любимых мест для изучения, и я хочу спросить, был ли сегодня на Венере активный вулканизм, что мы должны искать? »Поверхность Венеры скрыта под толстым слоем облаков, поэтому вулканический шлейф может быть не виден из космоса, но есть вероятность, что действующий вулкан может вызвать заметные изменения в химии атмосферы.