Vulkaner giver Jorden kuldechok

Pinatubo var langtfra et af de største vulkanudbrud, men forskerne frygter, at både udbrud i samme størrelsesorden og dem, der er meget værre, vil få turbo på i fremtiden. I en ny undersøgelse, der er offentliggjort i tidsskriftet Nature, viser seks britiske forskere nemlig, at den igangværende globale opvarmning paradoksalt nok kan forværre vulkanernes afkølende virkning.

Forskerne vurderer, at en gentagelse af Pinatubo-udbruddet i en varmere verden vil nedkøle kloden med gennemsnitligt én grad i en årrække, og endnu større udbrud kan smide Jorden i en regulær dybfryser med et kuldechok på både fire og fem grader.

I en verden med global opvarmning kan afkøling fra vulkanudbrud måske lyde som en fordel. Men det er absolut ikke tilfældet.

Dråber sender sollyset tilbage

Vulkaners nedkølende virkning skyldes, at den svovldioxid, vulkanen lukker ud, går i forbindelse med atmosfærens vand og ilt og danner bittesmå dråber af svovlsyre. Dråberne reflekterer Solens lys og sender energien tilbage til verdensrummet.

Men hvis svovlsyredråberne skal have en langvarig effekt på klimaet, skal vulkanen skyde dem helt op i stratosfæren, der alt efter breddegrad og årstid begynder i 8-16 kilometers højde. Det er kun de store vulkanudbrud, der gør det i tilstrækkeligt omfang.

Atmosfærens nederste lag, troposfæren, er varm og våd. Det er her, 99 pct. af al vanddampen i atmosfæren befinder sig, og her vejret hersker. Hvis svovlsyren forbliver i troposfæren, fanges den af vejrsystemerne og skylles ud med regnen på få uger. Stratosfæren er derimod tør og kold, og deroppe kan svovlsyren overleve i op til fem-ti år.

I den nye undersøgelse fra Nature viser de seks britiske forskere ledet af geofysikeren Thomas J. Aubry, at den globale opvarmning får grænsen mellem troposfæren og stratosfæren til at rykke højere op. Det betyder, at nedkølingen fra de små og mellemstore vulkanudbrud bliver mindre, fordi færre svovlsyredråber når op i stratosfæren.

Men undersøgelsen viser også, at udbrudssøjlen fra store vulkanudbrud vil vokse sig større, så mange af dråberne alligevel når op i stratosfæren. Og da den globale opvarmning samtidig skaber kraftigere luftstrømme i stratosfæren, løftes dråberne endnu højere op og bliver spredt mere effektivt over hele Jorden.

I et varmere klima vil vulkanernes svovldioxid desuden blive omdannet til mange flere og mindre svovlsyredråber. Mindre dråber er samlet set mere effektive spejle, fordi de har en stor overflade i forhold til deres volumen.

Samtidig kan små dråber hænge længere tid i stratosfæren uden at falde ned, og tilsammen bidrager de to effekter til at gøre nedkølingen større.

Nedkølingen bliver 60 pct. større

I deres undersøgelse kombinerede forskerne en computermodel af vulkanudbrud med en klimamodel, som inddrager effekten af både drivhusgasser og såkaldte aerosoler, herunder de små spejle af svovlsyre.

På baggrund af deres modelstudier anslår forskerne, at klimaeffekterne fra den type store vulkanudbrud, som kloden oplever en eller to gange hvert århundrede, bliver 15 pct. værre. Det lyder ikke af så meget i sig selv, men sammen med flere andre koblinger mellem klimaændringer og vulkanudbrud udgør det en giftig klimacocktail.

I en artikel i Nature fra 2017 påviser seks amerikanske klimaforskere under ledelse af meteorologen John Fasullo således, at verdenshavene bliver stærkere lagdelt af den globale opvarmning. Det medfører, at der i fremtidens oceaner vil ske mindre opblanding af vandmasserne ned igennem havet.

Når et vulkanudbrud afkøler klimaet, bliver overfladevandet koldere. Normalt vil det afkølede vand synke ned og blive erstattet af varmere vand nedefra, men i fremtiden får oceanerne altså sværere ved at neutralisere afkølingen fra vulkanudbrud. De seks klimaforskere anslår, at den stærkere lagdeling af havene i sig selv vil øge afkølingen efter store udbrud med hele 40 pct.

Thomas J. Aubry og hans kolleger har også prøvet at indregne havenes effekt. De konkluderer, at nedkølingen fra vulkanudbrud forværres med hele 60 pct., når effekterne lægges sammen.

Med andre ord bliver den globale afkøling fra en fremtidig Pinatubo ikke længere 0,6 grader, men en grad. Større vulkaner vil skrue langt mere på termostaten.

Vulkanudbrud skabte hungersnød

Inden for de seneste 200 år har menneskeheden allerede én gang oplevet de altødelæggende effekter af sådan en afkøling.

Den 10. april 1815 gik den indonesiske vulkan Tambora i udbrud og fyldte atmosfæren med omkring 100 mio. tons svovlsyre. I månederne og årene, der fulgte, fik det den globale temperatur til at falde med netop omkring en grad.

Konsekvenserne var vidtrækkende. I Europa slog høsten fejl, hvilket udløste den værste hungersnød i 1800-tallet. I det nordlige Kina døde træer, afgrøder og husdyr af kulde. Og i det sydvestlige Asien accelererede monsunen og skabte massive oversvømmelser, der gav grobund for en dødbringende koleraepidemi.

Når geofysikerne kigger længere tilbage i historien, finder de endda langt værre udbrud. Effekten af så gamle vulkanudbrud kender forskerne bl.a. fra iskerner, der er boret ud af iskapperne i Grønland og på Antarktis. Iskernerne giver nemlig en ret præcis idé om atmosfærens temperatur på det tidspunkt, hvor isen blev dannet.

Ikke mindst udbruddet af Okmok-vulkanen i Alaska i år 43 f.Kr. springer i øjnene. Udbruddet gav den nordlige halvkugle nogle af de koldeste år efter afslutningen af den seneste istid for ca. 11.700 år siden. Undersøgelser viser, at år 43 f.Kr. og det følgende år var henholdsvis det næstkoldeste og ottendekoldeste i de seneste 2500 år. Målinger på iskernerne sammenholdt med daterede vækstringe i træer fra bl.a. Skandinavien afslører et temperaturfald på tre grader i år 43 f.Kr. og 2,5 grader året efter.

Når de aktuelle klimaændringers effekt på afkølingen tages med i betragtning, kan et nyt udbrud i Okmok-skala altså pludselig gøre Skandinavien tre, fire eller fem grader koldere i en årrække. Det er nok til at ødelægge både økosystemer og landbrug.

Forskning viser endda, at den globale opvarmning risikerer at få vulkanerne til at gå af før tid, så antallet af udbrud vokser massivt. Den britiske geolog Bill McGuire har således påvist, at den vulkanske aktivitet er mellem to og seks gange så høj i perioder med store klimaændringer som i perioder med stabilt klima.

Smeltet is skaber mere magma

McGuire har bl.a. undersøgt vulkaner i Island og omkring Middelhavet. Her topper den vulkanske aktivitet i perioden for 17.000 til 6000 år siden, hvor de enorme ismængder fra den seneste istid smeltede bort, så verdenshavene steg med over 100 m.

Årsagen til de ekstra udbrud er bl.a. de trykændringer, som den smeltende is medfører. Når trykket falder i jordskorpen, fordi gletsjerne smelter bort, får det klippens smeltepunkt til at falde. Dermed opstår der mere ny magma, så risikoen for vulkanudbrud stiger.

Den effekt er i høj grad relevant i forbindelse med den globale opvarmning. Målinger fra bl.a. den såkaldte GRACE-satellit, der blev sendt op i 2002, har vist, at der årligt forsvinder mellem 100 og 550 mia. tons is fra Indlandsisen.

Den smeltende gletsjeris kan også fremskynde udbrud på andre måder end ved at skabe ny magma.

Vægten af isen er lokalt med til at stabilisere magmakamre lige under overfladen. Når den smelter, frigiver trykfaldet i magmakammeret såkaldte volatiler. Det er stoffer, som ved højt tryk indgår i den smeltede stenmasse, men som ved lavere tryk danner gasser.

Når gasserne frigives, stiger trykket i magmakammeret igen eksplosivt. Det får vulkanen til at koge over på samme måde som en rystet sodavand, hvor kapslen skrues af.

Den samme effekt har smeltevand eller store mængder regnvand, der gennem revner og sprækker trænger ned til magmakammeret og fordamper. Og den globale opvarmning skaber netop mere nedbør i nogle dele af verden.

Farlige vulkaner ligger og slumrer

Forskerne står altså nu med en helt ny og bekymrende viden om det kuldechok, Jorden kan få af fremtidige vulkanudbrud.

Listen over, hvilke vulkaner vi skal holde særligt øje med, er lang. Men udfordringen er, at de farligste af dem har vi sandsynligvis aldrig hørt om. Vulkaner med potentiale til virkelig store udbrud går nemlig kun af med meget lange mellemrum – det meste af tiden ligger de blot og samler kræfter.

Det problem har tre amerikanske geologer sat fokus på med en artikel i tidsskriftet Geosphere fra 2018. Her forsøger de at udpege de vulkaner, der har størst sandsynlighed for at levere et udbrud på trin syv ud af otte på vulkanernes richterskala, VEI-skalaen.

VEI står for volcano explosivity index, et mål for energifrigivelsen ved vulkanudbrud. Skalaen følger ligesom richterskalaen titalslogaritmen, så udbruddet bliver ti gange værre for hvert trin.

Udbrud af størrelse syv forekommer i perioder med stabilt klima mellem to og tre gange pr. årtusind – og altså sandsynligvis oftere i en ustabil periode som den nuværende. Så store vulkanudbrud har voldsomme konsekvenser – fra den glødende lavine, der ruller hen over landskabet nær ved vulkanen, til temperaturfaldet, som kan mærkes 10.000 km væk.

Det seneste gigantudbrud var netop Tambora for lidt over 200 år siden. Under sådan et udbrud udstøder vulkanen godt 100 kubikkilometer materiale, herunder 60 mio. tons svovl.

Resultatet af de tre geologers arbejde er i første omgang en liste med seks kriterier for, hvornår en vulkan truer med et VEI-7-udbrud. Listen indeholder punkter som, at vulkanen tidligere har haft så kraftigt et udbrud, og at dens magmatype er af den mest eksplosive slags.

Den tæller foruroligende nok langt over 100 vulkaner, hvoraf de 11 ligger i Europa. De nære vulkaner er koncentreret i den kontinentale brudzone mellem Europa og Afrika og befinder sig i Tyrkiet, Italien og Grækenland med Santorini og Kos som de kendteste.

I en verden, hvor vi bekymrer os om følgerne af temperaturstigninger, har vi altså paradoksalt nok også ekstra grund til at frygte, at Jorden bliver lagt i dybfryseren, for den årelange kulde fra et stort vulkanudbrud vil være alt andet end et behageligt køligt pust.

Både samfundet og naturen prøver løbende at tilpasse sig til den globale opvarmning – fx begynder vi at dyrke andre afgrøder, og mange arter vandrer mod køligere egne ved polerne. Derfor vil en pludselig og voldsom nedkøling komme som et ekstra hårdt slag mod et presset landbrug og stressede økosystemer.

Hvis Okmok-udbruddet i år 43 f.Kr. er en rettesnor, kan konsekvenserne af nedkølingen blive vidtrækkende. Vulkanudbruddet var nemlig ifølge forskere med til at gøre en ende på både den romerske republik og det sidste egyptiske dynasti.