Μια ηφαιστειακή έκρηξη μπορεί να σκοτεινιάσει τον ουρανό και να ψυχράνει τον πλανήτη για ένα ή δύο χρόνια. Ωστόσο νέα έρευνα υποδηλώνει ότι ορισμένες από τις μεγαλύτερες εκρήξεις στην ιστορία της Γης είχαν πολύ ισχυρότερη επίδραση: ώθησαν τον πλανήτη σε ψυχρές περιόδους που διήρκεσαν για αιώνες.
Η ανακάλυψη αυτή ενδέχεται να εξηγήσει ένα μακροχρόνιο μυστήριο της κλιματικής επιστήμης. Το Ολόκαινο, η σχετικά θερμή γεωλογική εποχή που ξεκίνησε πριν από περίπου 11,700 χρόνια, θεωρείται γενικά περίοδος κλιματικής σταθερότητας. Ωστόσο, η σταθερότητα αυτή διακόπηκε επανειλημμένα. Οι ερευνητές έχουν εντοπίσει περίπου 22 μεγάλες περιόδους κατά τις οποίες οι θερμοκρασίες μειώθηκαν, τα πρότυπα βροχοπτώσεων μεταβλήθηκαν, τα οικοσυστήματα διαταράχθηκαν και οι ορεινοί παγετώνες επεκτάθηκαν.
Τα ηφαίστεια ίσως λύνουν ένα μακροχρόνιο κλιματικό μυστήριο. «Μέχρι σήμερα δεν υπήρχε κάποια πειστική εξήγηση για αυτό το φαινόμενο. Πάντα φαινόταν πως έλειπε ένα σημαντικό κομμάτι του παζλ» δηλώνει η Άλις Πέιν μεταδιδακτορική ερευνήτρια του Ελβετικού Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών (SNSF) στο Πανεπιστήμιο της Βασιλείας.
Μέχρι σήμερα οι επιστήμονες είχαν προτείνει διάφορες πιθανές αιτίες όπως μεταβολές στην ηλιακή δραστηριότητα, διαταραχές στην ωκεάνια κυκλοφορία και μαζικές μετακινήσεις παγόβουνων προς τον Βόρειο Ατλαντικό. Η Πέιν και μια διεθνής ομάδα ερευνητών εξέτασαν αν οι εκρηκτικές ηφαιστειακές εκρήξεις θα μπορούσαν να αποτελούν το αρχικό γεγονός που πυροδότησε αυτές τις ψυχρές περιόδους.
Τα αποτελέσματά τους που δημοσιεύθηκαν στην επιθεώρηση «Nature Communications» δείχνουν ότι οι μεγάλες εκρήξεις συνδέονται στενά με τις περισσότερες από τις παρατεταμένες ψυχρές περιόδους του Ολόκαινου. Τα ηφαίστεια δεν διατηρούσαν τον πλανήτη ψυχρό επειδή γέμιζαν συνεχώς την ατμόσφαιρα με τέφρα. Αντίθετα, φαίνεται ότι ενεργοποιούσαν μια αλληλουχία μεταβολών που περιλάμβανε την ηλιακή ακτινοβολία, τον θαλάσσιο πάγο, τις βροχοπτώσεις και την κυκλοφορία των ωκεανών.
Ανασυνθέτοντας 12,000 χρόνια ηφαιστειακών εκρήξεων
Η ερευνητική ομάδα συγκέντρωσε στοιχεία για 51 μεγάλες ηφαιστειακές εκρήξεις που σημειώθηκαν κατά τη διάρκεια του Ολόκαινου βόρεια του γεωγραφικού πλάτους των 20° νότια. Πολλές από αυτές συνέβησαν γύρω από το «Δαχτυλίδι της Φωτιάς» του Ειρηνικού, τη μεγάλη ζώνη ηφαιστείων και σεισμών που περιβάλλει μεγάλο μέρος του Ειρηνικού Ωκεανού, όπου οι κινήσεις και οι συγκρούσεις των τεκτονικών πλακών προκαλούν εξαιρετικά εκρηκτικές εκρήξεις.
Η ανασύσταση εκρήξεων που συνέβησαν πριν από χιλιάδες χρόνια είναι ιδιαίτερα δύσκολη καθώς η διάβρωση, μεταγενέστερες εκρήξεις και οι γεωλογικές μεταβολές καταστρέφουν μεγάλο μέρος των αποδείξεων. Οι ερευνητές συνδύασαν δεδομένα από ηφαιστειακές αποθέσεις, θειικά άλατα που διατηρούνται σε πυρήνες πάγου από τη Γροιλανδία και την Ανταρκτική, ραδιομετρικές χρονολογήσεις ηφαιστειακών πετρωμάτων και οργανικά υλικά που είχαν θαφτεί κάτω από στρώματα ηφαιστειακής τέφρας.
Στη συνέχεια συνέκριναν το χρονολόγιο των εκρήξεων με 22 περιόδους σημαντικής επέκτασης των παγετώνων οι οποίες έχουν καταγραφεί σε 17 διαφορετικές περιοχές του πλανήτη. Οι επεκτάσεις αυτές τεκμηριώθηκαν κυρίως μέσω των μοραινών δηλαδή σωρών από βράχους και ιζήματα που αφήνουν πίσω τους οι παγετώνες όταν φτάνουν στη μέγιστη έκτασή τους.
Εντυπωσιακή σύνδεση με την επέκταση των παγετώνων
Μόνο τέσσερις από τις 22 περιόδους επέκτασης των παγετώνων δεν συνέπεσαν, μέσα στα όρια αβεβαιότητας των χρονολογήσεων, με κάποια γνωστή μεγάλη ηφαιστειακή έκρηξη. Περισσότερο από το 80% των περιπτώσεων συνέπεσε με τουλάχιστον μία μεγάλη έκρηξη.
Η συσχέτιση ήταν ακόμη ισχυρότερη για τα πιο ακραία γεγονότα. Κάθε γνωστή έκρηξη του Ολόκαινου με μέγεθος 7 ή μεγαλύτερο συνέβη χρονικά πολύ κοντά σε περίοδο επέκτασης παγετώνων. Στο 72% περίπου αυτών των εκρήξεων υπάρχουν ενδείξεις ότι οι παγετώνες επεκτάθηκαν και στα δύο ημισφαίρια.
Για να ελέγξουν αν η συσχέτιση θα μπορούσε να είναι τυχαία, οι ερευνητές δημιούργησαν 10 εκατομμύρια τυχαία σύνολα ημερομηνιών εκρήξεων. Ακόμη και τότε η σχέση μεταξύ των μεγαλύτερων εκρήξεων και της επέκτασης των παγετώνων παρέμεινε στατιστικά σημαντική με επίπεδο εμπιστοσύνης 99%.
«Συνδυάζοντας τα αποτελέσματα της στατιστικής μας ανάλυσης με τις υπάρχουσες παλαιοκλιματικές ανασυνθέσεις, είμαστε ιδιαίτερα βέβαιοι ότι δεν πρόκειται για σύμπτωση. Επιπλέον, η ανάλυση ενοποιεί όλα τα έως σήμερα ευρήματα σχετικά με αυτούς τους μηχανισμούς» εξηγεί η Πέιν.
Πώς το θείο από τα ηφαίστεια ψύχει τη Γη
Οι ερευνητές προτείνουν ότι η διαδικασία ξεκινά όταν μια έκρηξη εκτοξεύει τεράστιες ποσότητες θείου ψηλά στην ατμόσφαιρα. Το θείο σχηματίζει μικροσκοπικά αερολύματα, τα οποία αντανακλούν μέρος της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας πίσω στο διάστημα, προκαλώντας ταχεία ψύξη της επιφάνειας της Γης.
Αν και η ηφαιστειακή τέφρα συχνά θεωρείται υπεύθυνη για την ψύξη, συνήθως κατακάθεται σχετικά γρήγορα. Τα αερολύματα θείου είναι πολύ σημαντικότερα, επειδή διασπείρονται στην ανώτερη ατμόσφαιρα και παραμένουν εκεί για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.
Δεν έχουν όλες οι μεγάλες εκρήξεις την ίδια επίδραση στο κλίμα. Η ένταση της επίδρασής τους εξαρτάται από παράγοντες όπως η γεωγραφική θέση της έκρηξης, η ποσότητα θείου που απελευθερώνεται, το ύψος στο οποίο φτάνει το ηφαιστειακό νέφος και η κατάσταση του κλιματικού συστήματος τη συγκεκριμένη περίοδο. Μια τεράστια έκρηξη μπορεί να έχει σχετικά περιορισμένη επίδραση αν μεγάλο μέρος του θείου απομακρυνθεί πριν φτάσει στην ανώτερη ατμόσφαιρα, ενώ μια μικρότερη αλλά πλούσια σε θείο έκρηξη μπορεί να προκαλέσει ιδιαίτερα έντονη ψύξη.
Αρχαίες εκρήξεις απελευθέρωσαν τεράστιες ποσότητες θείου
Ορισμένες εκρήξεις του Ολόκαινου απελευθέρωσαν πραγματικά τεράστιες ποσότητες θείου. Η έκρηξη του ηφαιστείου Samalas το 1257, η έκρηξη K-Ah στη σημερινή Ιαπωνία και εκείνη που δημιούργησε τη λίμνη Kurile στη Ρωσία φαίνεται ότι απελευθέρωσαν στην ατμόσφαιρα περισσότερο από διπλάσια ποσότητα θείου σε σύγκριση με την έκρηξη του όρους Ταμπόρα το 1815.
Αυτή η αρχική απελευθέρωση θείου ήταν αρκετή ώστε να δρομολογήσει πιο αργές αλλά πολύ πιο μακροχρόνιες αλλαγές. Καθώς οι θερμοκρασίες μειώνονται στο Βόρειο Ημισφαίριο, ο θαλάσσιος πάγος της Αρκτικής αρχίζει να επεκτείνεται. Επειδή ο λευκός πάγος αντανακλά πολύ περισσότερο ηλιακό φως από ό,τι τα σκοτεινά νερά του ωκεανού η εξάπλωσή του ενισχύει περαιτέρω την ψύξη. Παράλληλα, ο πάγος περιορίζει τη μεταφορά θερμότητας και υγρασίας μεταξύ ωκεανού και ατμόσφαιρας, διαταράσσοντας ακόμη περισσότερο το κλιματικό σύστημα.
Η επέκταση του θαλάσσιου πάγου μπορεί τελικά να μεταβάλει την κυκλοφορία των υδάτων στον Βόρειο Ατλαντικό μειώνοντας τη μεταφορά θερμότητας προς τις βόρειες περιοχές. Ταυτόχρονα η τροπική ζώνη βροχοπτώσεων ενδέχεται να μετατοπιστεί νοτιότερα αλλάζοντας τα πρότυπα βροχοπτώσεων σε μεγάλες περιοχές και επιτρέποντας την εξάπλωση ψυχρότερων και ξηρότερων συνθηκών στο μεγαλύτερο μέρος του Βόρειου Ημισφαιρίου.
«Όλες αυτές οι διεργασίες ενισχύουν η μία την άλλη. Είναι σαν μια χιονοστιβάδα» εξηγεί η Paine.
Γιατί η ψύξη διήρκεσε επί αιώνες
Η αρχική διαταραχή που προκαλεί μια ηφαιστειακή έκρηξη μπορεί να διαρκεί μόνο λίγα χρόνια όμως οι ωκεανοί και ο θαλάσσιος πάγος ανταποκρίνονται πολύ πιο αργά. Όταν αυτά τα συστήματα μεταβούν σε μια νέα κατάσταση ισορροπίας μπορούν να διατηρήσουν τις ψυχρότερες συνθήκες για δεκαετίες ή ακόμη και για αιώνες. Έτσι οι παγετώνες έχουν αρκετό χρόνο για να επεκταθούν ιδιαίτερα σε ορεινές περιοχές όπως οι Άλπεις.
«Τα σωματίδια θείου απλώς δίνουν την αρχική ώθηση. Οι επιπτώσεις τους όμως στο σύστημα της Γης διαρκούν για δεκαετίες ή και αιώνες πολύ μετά την απομάκρυνσή τους από την ατμόσφαιρα».
Ο μηχανισμός αυτός διαφέρει από ό,τι συνέβη μετά την έκρηξη του όρους Ταμπόρα στη σημερινή Ινδονησία. Το επόμενο έτος το 1816, έμεινε γνωστό ως «η χρονιά χωρίς καλοκαίρι». Σε ορισμένες περιοχές οι θερμοκρασίες μειώθηκαν κατά αρκετούς βαθμούς οι σοδειές καταστράφηκαν και σημειώθηκαν εκτεταμένες ελλείψεις τροφίμων. Οι σοβαρότερες επιπτώσεις όμως υποχώρησαν όταν τα ηφαιστειακά σωματίδια απομακρύνθηκαν από την ατμόσφαιρα.
Θα μπορούσε να συμβεί και στο σημερινό κλίμα;
Η νέα μελέτη υποδεικνύει ότι υπό τις κατάλληλες συνθήκες μια ηφαιστειακή έκρηξη μπορεί να προκαλέσει πολύ περισσότερα από μια προσωρινή πτώση της θερμοκρασίας. Μπορεί να ενεργοποιήσει αργούς μηχανισμούς ανατροφοδότησης που συνεχίζουν να μεταβάλλουν το κλίμα πολύ μετά την αποκατάσταση της ατμόσφαιρας. Ωστόσο παραμένει άγνωστο αν οι ίδιοι μηχανισμοί θα λειτουργούσαν με τον ίδιο τρόπο στον σημερινό πολύ θερμότερο κόσμο.
«Για τα γεγονότα που μελετήσαμε το κλίμα βρισκόταν κατά κάποιον τρόπο στη φυσική του κατάσταση» επισημαίνει η Πέιν. Από τότε, όμως, η ανθρώπινη δραστηριότητα έχει μεταβάλει ριζικά τη σύσταση της ατμόσφαιρας και έχει θερμάνει τον πλανήτη, δημιουργώντας συνθήκες χωρίς αντίστοιχο προηγούμενο στο Ολόκαινο.
Ορισμένοι ερευνητές υποστηρίζουν ότι ένα κλίμα που μεταβάλλεται ταχύτατα ενδέχεται να είναι πιο ευάλωτο σε απότομες διαταραχές. Άλλοι θεωρούν ότι ακόμη και μια γιγαντιαία ηφαιστειακή έκρηξη θα προκαλούσε μόνο μια προσωρινή επιβράδυνση της πολύ ισχυρότερης και συνεχιζόμενης υπερθέρμανσης που προκαλούν οι εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου.
«Όσο περισσότερο αλλάζει το κλίμα μας, τόσο πιο πολύπλοκες γίνονται οι διεργασίες. Υπάρχει ακόμη ένα τεράστιο κενό γνώσης που πρέπει να καλυφθεί» καταλήγει η Πέιν.
