Как вулканы влияют на климат?

Вулканы изменяют климат Земли, нагревая и охлаждая его. Их чистое воздействие на климат сегодня невелико по сравнению с антропогенными загрязнителями.

Даже в этом случае изменение климата, вызванное в доисторические времена почти постоянными извержениями, а за последние несколько столетий несколькими эпическими извержениями, служит предупреждением: оно помогает нам представить жизнь на Земле, если мы позволим окружающей среде разрушаться из-за нашей халатности.

Вулканы доисторической эпохи

Количество извержений вулканов в зарегистрированной истории бледнеет по сравнению с тем, что ученые узнали о вулканической активности в доисторические времена.

Примерно 252 миллиона лет назад на обширной территории современной Сибири вулканы непрерывно извергались в течение примерно 100 000 лет. (Это может показаться долгим сроком, но с геологической точки зрения это мгновение ока.) (1)

Вулканические газы и пепел, которые ветер разнес по всему миру, вызвали каскад климатических изменений. Результатом стал катастрофический всемирный коллапс биосферы, в результате которого погибло 95% всех видов на Земле. Геологи называют это событие Великим вымиранием. (2, 3)

Вулканические катастрофы в исторические времена

До 1815 года гора Тамбора на индонезийском острове Сумбава считалась потухшим вулканом. В апреле того же года он дважды взорвался. Гора Тамбора когда-то была около 4267 метров в высоту. После взрывов она стала всего на две трети высоты. (4)

Большая часть жизни на острове была уничтожена. Оценки человеческих смертей широко варьируются: от 10 000 человек, убитых мгновенно, как сообщается в научном журнале Smithsonian Magazine, до 92 000, которые, по данным Геологической службы США (USGS), умерли в основном от голода после того, как вулканические газы и пепел разрушили землю и изменили климат. За исключением четырех счастливчиков, все королевство Тамбора (численность 10 000 человек) исчезло в результате взрывов. (5, 6, 7, 8)

Из-за быстрого попадания в атмосферу пепла и газов муссоны в Азии развивались медленнее, что приводило к засухам, которые приводили к голоду. За засухой последовали наводнения, изменившие микробную экологию Бенгальского залива. Похоже, именно это привело к возникновению нового варианта холеры и глобальной пандемии холеры. В начале девятнадцатого века органы общественного здравоохранения не координировали свои действия, поэтому число погибших от пандемии трудно определить. По не окончательным оценкам оно исчисляется десятками миллионов. (9, 10, 11)

К следующему году глобальное похолодание, вызванное Тамборой, было настолько сильным, что 1816 год часто вспоминают как «год без лета» и как «небольшой ледниковый период». Снежные бури обрушились на Северную Америку и некоторые части Европы в летние месяцы, убивая урожай и домашний скот, создавая голод, беспорядки и кризис беженцев. Картины года показывают темное небо странного цвета. (12, 13, 14)

Помимо вулкана Тамбора и удручающе большого количества других вулканических катастроф, в исторические времена дела не были столь драматичными, как в доисторические. (15)

По данным USGS, вдоль океанических хребтов Земли, где тектонические плиты скользят друг мимо друга под глубокой водой, расплавленная порода из перегретой мантии Земли постоянно поднимается из глубины земной коры и создает новое дно океана. Технически все места вдоль хребта, где расплавленная порода встречается с водой океана, являются вулканами. Помимо этих мест, в мире насчитывается около 1500 потенциально активных вулканов, и только около 500 из них извергались в зарегистрированной истории. Их влияние на климат было серьезным, но в основном кратковременным. (16)

Читайте также: 11 Изображений вулканов из космоса.

Что такое вулканы

Вулканы – это отверстия в земной коре, через которые выходит пепел, горячие газы и расплавленная порода (также известная как «магма» и «лава»), когда магма проталкивается через земную кору и выходит за пределы гор или вершин. (17)

Некоторые вулканы извергаются медленно, как будто они выдыхают. Для других извержения носят взрывной характер. Со смертельной силой и температурой вырывается лава, горящие куски твердой породы и газы. (В качестве примера того, сколько материала может извергнуть вулкан, Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) считает, что вулкан Тамбора выбросил 50 кубических километров пепла. (18, 19)

Извержение вулкана Тамбора было крупнейшим в истории человечества. Несмотря на это, вулканы в целом выбрасывают много пепла, а также газы. Когда гора «взрывается» на своей вершине, выбрасываемые газы могут достигать стратосферы, которая представляет собой слой атмосферы, простирающийся от 9,5 до 50 километров над поверхностью Земли. (20)

Читайте также: Почему вулканы извергаются?

Влияние пепла и газов вулканов на климат

В то время как вулканы перегревают окружающий воздух и повышают температуру локально, в то время как гора и ее лава остаются раскаленными докрасна, глобальное похолодание является более продолжительным и глубоким эффектом.

Глобальное потепление

Одним из основных газов, выбрасываемых вулканами, является углекислый газ (CO2), который также является антропогенным парниковым газом, наиболее ответственным за нагревание климата Земли. CO2 согревает климат, улавливая тепло. Он пропускает коротковолновое излучение Солнца через атмосферу, но при этом блокирует примерно половину образующейся тепловой энергии (которая представляет собой длинноволновое излучение) от выхода из атмосферы Земли и возвращения в космос. (21, 22)

По оценкам USGS, вулканы ежегодно выделяют в атмосферу около 260 миллионов тонн CO2. Даже в этом случае выбросы CO2 вулканами, вероятно, не оказывают значительного влияния на климат. (21)

По оценкам NOAA, люди отравляют атмосферу Земли, выделяя в 60 раз больше CO2, чем вулканы. USGS предполагает, что разница еще больше; эта служба сообщает, что вулканы выделяют менее 1% CO2, выделяемого людьми, и что «углекислый газ, выделяемый при современных извержениях вулканов, никогда не вызывал заметного глобального потепления атмосферы». (21, 22)

Глобальное похолодание, кислотные дожди и озон

Как показали последствия взрывов на горе Тамбора, глобальное похолодание, вызванное вулканами, представляет собой огромную опасность. Кислотные дожди и разрушение озонового слоя – другие катастрофические последствия вулканов.

Глобальное похолодание

Из-за газа: Помимо CO2, вулканические газы включают диоксид серы (SO2). По данным USGS, SO2 является наиболее серьезной причиной глобального похолодания, вызванного вулканическими процессами. SO2 превращается в серную кислоту (H2SO4), которая конденсируется в мелкие капли сульфата, которые объединяются с вулканическим паром и создают беловатую дымку, которую обычно называют «вог» (вулканический смог). Обдуваемый ветром по всему миру, вог отражает обратно в космос почти все падающие солнечные лучи, с которыми сталкивается. (21, 23, 24, 25)

Агентство по охране окружающей среды (EPA) отмечает, что основным источником дымки SO2 является «сжигание ископаемого топлива на электростанциях и других промышленных объектах». (26)

Антропогенные и вулканические выбросы CO2

• Мировые выбросы вулканов: 0,26 миллиарда метрических тонн в год.
• Искусственный CO2 от сжигания топлива (2015): 32,3 миллиарда метрических тонн в год.
• Мировые автомобильные перевозки (2015): 5,8 миллиарда метрических тонн в год.
• Извержение вулкана Сент-Хеленс, штат Вашингтон, США (1980 год, самое смертоносное извержение в истории США): 0,01 миллиарда метрических тонн.
• Извержение вулкана Пинатубо, Филиппины (1991 год, второе по величине извержение в зарегистрированной истории): 0,05 миллиарда метрических тонн.

*Источник: USGS (21)

Из-за пепла: Вулканы выбрасывают в небо тонны крошечных осколков камней, минералов и стекла. В то время как более крупные куски этого «пепла» довольно быстро выпадают из атмосферы, самые маленькие поднимаются в стратосферу и остаются на очень больших высотах, где их обдувает ветер. Миллионы или миллиарды мельчайших частиц пепла отражают входящие солнечные лучи от Земли обратно к Солнцу, охлаждая климат Земли до тех пор, пока пепел остается в стратосфере. (21, 27, 28)

Газы и пепел: Геофизики из нескольких учреждений в Боулдере, провели моделирование климата и сравнили свои результаты с наблюдениями, полученными со спутников и самолетов после тропического извержения вулкана Келуд в феврале 2014 года. Они обнаружили, что стойкость SO2 в атмосфере в значительной степени зависела от того, покрыт ли он частицами золы. Больше SO2 на золе привело к более длительному сохранению SO2, способному охлаждать климат.

Кислотный дождь

Можно представить, что простым решением проблемы глобального потепления было бы намеренное наполнение стратосферы SO2 для охлаждения. Однако в стратосфере присутствует соляная кислота (HCl). Это связано с тем, что на Земле сжигается промышленный уголь, а также потому, что его выбрасывают вулканы. (29)

Когда SO2, HCl и вода осаждаются на Землю, они становятся кислотными дождями, которые удаляют питательные вещества из почвы и вымывают алюминий в водные пути, убивая многие виды морских обитателей. Если бы ученые попытались противостоять глобальному потеплению с помощью SO2, они могли бы нанести серьезный ущерб.

Озон

Помимо способности выпадать в осадок в виде кислотных дождей, вулканический HCl представляет еще одну опасность: он угрожает озоновому слою Земли, который защищает ДНК всех растений и животных от разрушения неограниченным ультрафиолетовым солнечным излучением. HCl быстро распадается на хлор (Cl) и монооксид хлора (ClO). Cl разрушает озон. По данным EPA, «один атом хлора может разрушить более 100 000 молекул озона». (30, 31)

Спутниковые данные после извержений вулканов на Филиппинах и в Чили показали 15–20% потерю озона в стратосфере над вулканами. (32)

Подведем итог

По сравнению с антропогенным загрязнением, вклад вулканов в изменение климата невелик. Угрожающие климату CO2, SO2 и HCl в атмосфере Земли в основном являются прямым результатом промышленных процессов. (Зола от сжигания угля в основном является наземным загрязнителем и загрязнителем более низкого уровня атмосферы, поэтому ее вклад в изменение климата может быть ограниченным.)

Несмотря на относительно незначительную роль, которую вулканы обычно играют в изменении климата, наводнения, засухи, голод и болезни, последовавшие за мегавулканами, могут служить предупреждением. Если антропогенное загрязнение атмосферы продолжится, наводнения, засухи, голод и болезни могут стать непреодолимыми.

Treehugger