V podnebni drami vulkani niso negativci

Vulkan Pinatubo na Filipinih je 15. junija 1991 izbruhnil s tako močjo, da se je zrušil sam vase. Njegovi plini in oblak pepela so segali 40 kilometrov visoko, v tednih po izbruhu je oblak prešel v stratosfero in se razširil po vsem svetu. Naslednje leto je bila povprečna svetovna temperatura nižja za pol stopinje Celzija.

Izbruhi ognjenikov igrajo vlogo pri hlajenju našega planeta. Žvepleni plini iz vulkanskih oblakov dima se združijo z drugimi plini v atmosferi, nastali aerosoli pa potem razpršijo sončno sevanje in ga odbijajo nazaj v vesolje. Vendar znanstvenike skrbi, da bi zaradi podnebnih sprememb izbruhi vulkanov lahko postali manj učinkoviti pri nižanju globalnih temperatur. Ta začarani krog, v katerem bi podnebne spremembe lahko omejile ali okrepile učinkovitost izbruhov vulkanov pri boju z naraščajočimi temperaturami, trenutno ni del podnebnih napovedi za prihodnost. Cilj projekta VOLCPRO je analizirati dve vrsti izbruhov, da bi videli, ali globalno segrevanje negativno vpliva na hladilni učinek vulkanskega oblaka.

Človekov uničujoči vpliv na oceane

Thomas Aubry, raziskovalec na cambriški univerzi in član programa Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA), ki sodeluje pri projektu, se je spraševal, ali bi imel izbruh, kot je bil tisti ognjenika Pinatubo, enak hladilni učinek, če bi se zgodil sto let kasneje, in sicer v svetu, v katerem naraščanje temperatur zaradi posledic podnebnih sprememb ni bilo ustavljeno.

Izbruhi, podobni izbruhom vulkana Pinatubo, se imenujejo izbruhi visoke jakosti. Pri tem nastanejo oblaki pepela in delcev, ki segajo najmanj 25 kilometrov visoko in vsebujejo na milijarde ton žveplenih plinov. Tako močni izbruhi so razmeroma redki, saj se zgodijo le vsakih nekaj desetletij. Tem sledijo manjši, a pogostejši izbruhi. Ekipa projekta VOLCPRO je pripravila modele izbruhov iz preteklosti in prikazala njihov vpliv na podnebje, potem pa preverila, kakšen vpliv bi imeli v prihodnosti, ko bo podnebje drugačno, svetovne temperature pa višje.

Njihove simulacije so temeljile na naprednem podnebnem modelu britanske meteorološke službe. »V ta model smo dodali še en model, ki simulira dviganje vulkanskega oblaka in višino, do katere lahko sega ta vulkanski stolp. Vse to je med drugim odvisno od vetra ali temperature v stratosferi na dan izbruha,« pravi Aubry. Ugotovili so, da bi veliki izbruhi imeli večji učinek hlajenja v toplejšem podnebju, kar je po Aubryjevih besedah »dobra novica«.

V toplejši atmosferi bodo oblaki izbruhov visoke jakosti segali še višje, zato bo drobne vulkanske delce razneslo še dlje stran. Ta meglica aerosolov bo pokrila širše območje in tako odbila več sončnega sevanja, s tem pa tudi okrepila začasen hladilni učinek teh ognjenikov. Pri manjših, pogostejših vulkanskih izbruhih so bile ugotovitve ravno obratne. V projektu VOLCPRO je bil poudarek na tropskih vulkanih, saj izbruhi ob ekvatorju ponavadi vplivajo na svetovno podnebje, in sicer zato ker se vulkanski delci zlahka širijo čez obe polobli. Z vključitvijo vulkanov, ki so bližje obeh polov, bodo raziskovalci ugotovili, kako se bodo pri višjih temperaturah odzivali drugi izbruhi. Za zdaj te projekcije niso del znanstvenih napovedi o razvoju podnebnih sprememb. Poleg britanskega želijo namreč vključiti tudi druge podnebne modele, da bi zagotovili večjo zanesljivost ugotovitev.

V toplejši atmosferi bodo oblaki izbruhov visoke jakosti segali še višje, zato bo drobne vulkanske delce razneslo še dlje stran. FOTO: Edwin Arevalo Reuters

Vulkanski pepel in oblaki

Elena Maters s cambriške univerze pa skuša ugotoviti, kaj se z vulkanskim pepelom zgodi v atmosferi ter kako vpliva na nastajanje oblakov in posledično tudi podnebje. Oblaki so ena večjih neznank v raziskovanju podnebja – čim bolje razumemo, kako nastanejo in kaj se z njimi dogaja, tem bolj točni so lahko modeli.

»Splošna predpostavka je, da voda v tekoči obliki zaledeni pri temperaturah pod ničlo,« razlaga Elena Maters. To ne drži vedno, saj majhne kapljice ostanejo v tekoči obliki tudi pri temperaturah okrog minus 35 stopinj Celzija. Toda delci v atmosferi ustvarjajo »katalitične površine, zaradi katerih iz molekul vode lažje nastajajo ledeni kristali«.

Mineralni prah, ki izvira iz puščavskih območij po vsem svetu, na primer iz Sahare in puščave Gobi, je največji vir trdnih delcev v atmosferi. Vendar obstaja tudi veliko drugih virov, med njimi je vulkanski pepel. V projektu INoVA so želeli odkriti, koliko vulkanski pepel pripomore k nastajanju ledu. »Na leto je v povprečju v atmosferi približno desetkrat manj vulkanskega pepela kot mineralnega prahu,« pravi raziskovalka. »Veliki izbruhi v ozračje hitro, v nekaj urah ali dneh, prispevajo veliko delcev. Ta podatek je bil pri mnogih podnebnih modelih zapostavljen, celo pri nekaterih, ki sicer upoštevajo učinke vulkanov.«

V sklopu projekta so proučevali učinkovitost vulkanskega pepela pri spodbujanju nastajanja ledu. Vulkanski pepel so primerjali s povsod razširjenim mineralnim prahom in s preizkusi poskušali ugotoviti, kateri delci so največ prispevali k nastajanju ledu. Vulkanski pepel je večinoma sestavljen iz stekla, zraven pa je tudi ščepec mineralov, na primer glinencev in železovih oksidov. Sestava pepela je med drugim odvisna od sestave magme, ki teče v osrčju zemlje, in hitrosti, s katero pepel izbruhne iz vulkana.

V prejšnjih študijah so primerjali le nekaj vrst pepelov, pojasnjuje raziskovalka. »Iz dveh ali treh vzorcev se ne da delati zaključkov za ves vulkanski pepel in za vse svetovne izbruhe vulkanov. Med sabo se precej razlikujejo po sestavi stekla, deležu stekla in mineralov in vrsti mineralov, zato sem s svojimi poskusi poskušala priti do dna razponu učinkovitosti vulkanskega pepela iz različnih vrst izbruhov.«

Matersova je zbrala devet vzorcev pepela z različno sestavo in iz njih s taljenjem in hitrim hlajenjem ustvarila devet sintetičnih vzorcev. Teh 18 vzorcev je med sabo primerjala, da bi ugotovila, zaradi katerih lastnosti je vulkanski pepel bolj aktiven pri nastajanju ledu. V drugi študiji, ki jo je Elena Maters izvedla s kolegi s Tehnološkega inštituta v Karlsruheju, so analizirali še 15 drugih vulkanskih vzorcev in poskušali določiti njihove lastnosti, povezane z nastajanjem ledu.

Ugotovili so, da je v povezavi z ledom najbolj aktivna sestavina vulkanskega pepela alkalni glinenec. Gre za mineral, sestavljen iz aluminija, silicija in kisika, ki ga pogosto najdemo v zemeljski skorji. »Z znanjem o tem, kateri minerali v pepelu so dobri za nukleacijo (nastajanje) ledu, bomo lahko ob izbruhu vulkana na podlagi sestave magme predvideli, ali bo ta vulkan bruhal ledno aktiven pepel.«

Pošalila se je, da je prej veliko delala v laboratoriju, pandemija koronavirusa pa jo je potisnila v modeliranje. Trenutno raziskuje izbruhe ognjenika Eyjafjallajökull na Islandiji, ki so se zgodili leta 2010. V študiji bodo ugotavljali, kakšno vlogo ima vulkanski pepel pri nastajanju ledu, ko dejansko pride v atmosfero.

———

Raziskave, omenjene v članku, je financirala Evropska unija. Članek je bil prvotno objavljen v reviji Horizon, reviji EU za raziskave in inovacije.