Влияние вулканизма на климат земли

Вулканы способны оказывать влияние на климат Земли.

Во время крупных эксплозивных извержений в стратосферу попадает громадный объём вулканических газов, аэрозольных частиц и пепла. Выброшенный пепел выпадает достаточно быстро — стратосфера очищается от большей его части за несколько недель или даже дней — и потому на изменения климата он оказывает незначительное влияние. А вот вулканические газы, такие как диоксид серы, могут привести к глобальному похолоданию, в то время как углекислый газ способен влиять на глобальное потепление.

Сульфатные аэрозоли могут охлаждать климат и истощать озоновый слой Земли.

Наиболее значимые климатические перемены от вулканических выбросов в стратосферу исходят из превращения диоксида серы в серную кислоту, быстро конденсирующуюся в стратосфере с последующим образованием мелких сульфатных аэрозолей. Эти аэрозоли увеличивают коэффициент отражения солнечного света обратно в космос, тем самым охлаждая нижний слой земной атмосферы, тропосферу.

Несколько извержений прошлого века привели к падению средней температуры на поверхности Земли вплоть до половины градуса (по шкале Фаренгейта) за периоды от одного до трёх лет. Кульминационное извержение Пинатубо, случившееся 15 июня 1991 года, считается одним из сильнейших извержений XX века, и выбросило в стратосферу 20 миллионов тонн диоксида серы на высоту свыше 20 миль. Облако Пинатубо являлось крупнейшим облаком диоксида серы из всех когда-либо наблюдаемых в стратосфере с самого начала этих наблюдений в 1978 году при помощи спутников. Оно спровоцировало крупнейшее за всё XX столетие аэрозольное возмущение в стратосфере, хотя, возможно, и меньшего масштаба, чем при извержениях Кракатау и Тамборы в 1883 и в 1815 годах соответственно. Как результат, извержение оказало наибольшее влияние на климат планеты в целом и за следующие три года охладило поверхность Земли; на пике своего воздействия падение мировых температур составило 1,3 градусов по Фаренгейту.

Достойно упоминания и трещинное извержение исландского вулкана Лаки в 1783-1784 гг., которое выбросило намного большее количество диоксида серы, нежели Пинатубо (120 миллионов тонн против 20 миллионов соответственно). Хотя оба этих извержения несравнимы друг с другом по характеру и продолжительности, выброшенный Лаки в атмосферу углекислый газ спровоцировал территориально ограниченное похолодание в Европе и Северной Америке по схожему сценарию при тех же промежутках времени.

Способны ли вулканы Земли выбрасывать больше углекислого газа, чем люди? Нет.

Углекислый газ (CO2) выступает основным парниковым газом, который учёные всего мира называют катализатором глобального потепления. В то время как диоксид серы, выбрасываемый современными вулканическими извержениями, иногда провоцирует заметное глобальное охлаждение атмосферы, углекислый газ, напротив, никогда не приводил к ощутимому потеплению. В 2010 году антропогенная деятельность привела к выбросу 35 миллионов метрических тонн CO2. Все исследования глобальных выбросов углекислого газа из вулканов, существующие на сегодняшний день, указывают на то, что все современные наземные и подводные вулканы производят менее одного процента углекислого газа по сравнению с современной человеческой деятельностью. Теоретически, интенсивные выбросы углекислого газа, связанные с геологически древними вулканическими извержениями, оказывали значимое влияние на глобальное потепление и, возможно, даже провоцировали массовые вымирания, но на сегодняшний день это предположение является спорным в учёных кругах.

Опубликованные научные прогнозы выбросов вулканического углекислого газа в глобальных масштабах оценивают эти объёмы в рамках 0,13 и 0,44 гигатонн в год. Выброс углекислого газа за весь 2010 год, равный 35 миллионам метрических тонн и произведённый человеком, превышает эти прогнозы в 80 (по отношению к максимуму) и 270 (по отношению к минимуму) раз.

Несомненно, крупномасштабные вулканические извержения всё ещё способны выбрасывать огромные объёмы углекислого газа в атмосферу. Извержение вулкана Сент-Хеленс 1980 года произвело 10 миллионов тонн CO2 всего за 9 часов. Однако для производства схожего объёма человечеству требуется лишь 2,5 часов. Кроме того, извержения, подобные Сент-Хеленс 1980 года, статистически случаются раз в 10 лет, в то время как антропогенное производство углекислого газа постоянно и даже возрастает из года в год.

Оценки выброса вулканического углекислого газа по-прежнему подвергаются переоценке с учётом новых факторов и предположений, однако даже учёные, занимающиеся вулканическими газами, не сомневаются в том, что объёмы антропогенного углекислого газа попросту затмевают своим количеством свои вулканические аналоги.

Источник: статья Volcanoes can affect the Earth’s climate, сайт USGS, раздел программы вулканических угроз.

Источник

Почему вулканы не причина климатического кризиса

Хотя подавляющее большинство учёных сходится во мнении, что мы находимся в глубоком климатическом кризисе из-за деятельности человека, сегодня существует миф о том, что виной всему — вулканы. Разбираемся, почему дело не в них.

Вулканический кашель

Миф появился неспроста. Дело в том, что вулканы производят различные газы, в том числе углекислый (СО₂). Это делает их удобной мишенью для тех, кто отрицает антропогенное влияние на изменение климата. По-настоящему популярным миф стал в 2010 году, когда Ян Плимер, профессор геологии и автор статьи, опубликованной на сайте крупной австрийской телерадиовещательной корпорации АВС, заявил, что один «вулканический кашель» может выбросить в атмосферу больше СО₂ за день, чем люди за 250 лет. В 2015 году Марк Хьюбш, один из членов государственной комиссии штата Висконсин, заявил, что ликвидация всех автомобилей на планете будет компенсирована одним извержением вулкана. Однако нет исследований, которые могли бы это подтвердить.

Как вулканы влияют на изменение климата?

Согласно исследованиям, водяной пар — самый распространённый газ, который выделяют вулканы во время извержения. Его доля среди всех газов, выбрасываемых во время вулканического извержения, может достигать 97%. Дожди выпадают из атмосферы достаточно быстро, поэтому водяной пар не оказывает заметного влияния на глобальный климат.

Углекислый газ — второй по распространённости. Его доля в различных типах извержений может варьироваться от 1 до 50% от всех выделяемых газов. Многие исследователи сходятся в том, что вулканический СО₂ составляет менее 2% от того, что выделяется при сжигании ископаемого топлива людьми. Например, за год активность всех вулканов на планете высвобождает примерно то же количество СО₂, сколько выбрасывает одна только Польша или Казахстан.

Газ, который действительно влияет на климат при извержениях вулканов — диоксид серы (SO₂). Это бесцветный газ с резким запахом. Крупные извержения выбрасывают SO₂ в верхние слои атмосферы (стратосферу), где они «крутятся» вокруг Земли. Там, соединяясь с водой, SO₂ превращается в серную кислоту (H₂SO₄) в виде аэрозоля. Они поглощают часть солнечного света, таким образом, охлаждая Землю. В 1900-х годах произошло три крупных извержения, из-за которых планета остыла на 1° C. Вулканическое охлаждение может продолжаться 2-3 года. В конечном счёте аэрозоли выпадают из стратосферы в нижние слои атмосферы, где дождь и ветер быстро рассеивают их.

Поэтому вулканы влияют на климат кратковременно, но не могут способствовать глобальному потеплению в тех масштабах, в которых это делает человек.

А как влияет человек?

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) в своём докладе сообщает, что каждое из последних трёх десятилетий было последовательно теплее, чем любое предыдущее десятилетие с 1850 года. Период с 1983 по 2012 год был самым тёплым 30-летним периодом за последние 1400 лет в Северном полушарии. А последние годы бьют все рекорды.

Учёные связывают тенденцию глобального потепления с эпохой индустриализации. Причина — в парниковых газах, которые образуются в результате деятельности человека. Самый большой вклад в климатический кризис внёс углекислый газ (СО₂), который выделяется в первую очередь из-за сжигания ископаемого топлива. По сравнению с вулканами люди выбрасывают в 100 раз больше СО₂. Более того, сейчас люди производят больше углекислого газа, чем когда-либо: в 2019 году содержание СО₂ в атмосфере было выше, чем за последние 23 миллиона лет.

Однако СО₂ — не единственный газ, который человек выбрасывает в атмосферу. Серьёзный вклад вносит и метан: он выделяется из-за разложения отходов на свалках, при ведении сельского хозяйства и особенно животноводства, выращивании риса и сжигании биомассы. По данным МГЭИК парниковая активность метана в 28 раз сильнее, чем у углекислого газа.

Ещё один парниковый газ — закись азота. Это мощный парниковый газ, выделяющийся из-за использования человеком органических удобрений, а также производства азотной кислоты и сжигания биомассы.

Четвёртая Национальная оценка климата США показала, что от 93 до 123% наблюдаемого потепления 1951-2010 годов было вызвано деятельностью человека. Почему больше 100%? Потому что естественное изменение климата, связанное с вулканами, скорее всего привело бы к небольшому охлаждению, компенсируя потепление, связанное с деятельностью человека.

Что делать, чтобы остановить изменение климата?

Многие страны ставят цели по достижению углеродной нейтральности к 2050 году, что внесет необходимый вклад в удержание роста температуры на планете. Для России, которая занимает четвертое место по выбросам парниковых газов, но не имеет планов по достижению углеродной нейтральности российский Greenpeace разработал программу Зелёный курс России, следуя которой к середине столетия можно достичь нулевых чистых выбросов. Для этого России необходимо перейти на возобновляемые источники энергии, углеродно-нейтральное производство и сельское хозяйство, обеспечить переработку отходов, полноценную охрану лесов, а также сократить выбросы парниковых газов от потребления продуктов питания. Мы уже рассказали, что может сделать каждый из нас, чтобы помочь миру выйти из климатического кризиса: сократить количество поездок на личном автомобиле, уменьшить образование пищевых отходов, сократить потребление животных продуктов, использовать наземный транспорт вместо самолёта. Пройдите наш углеродный калькулятор, чтобы получить эксклюзивный чеклист климатического образа жизни на почту!

Источник

Как вулканы влияют на климат?

Себастьян Креспо / Getty Images

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)

Кратер стратовулкана Тамбора примерно через 200 лет после взрыва. Юс Иран / EyeEm / Getty Images

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)

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)

Влияние пепла и газов вулканов на климат

Мгла вулканического пепла («вог»). Кристин фон Дипенбрук / Getty Images

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.

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.

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

Алекси Илпала / Getty Images

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.

Работает экологическим и научным журналистом более 15 лет. Пишет о науке, культуре, космосе и устойчивом развитии. Внештатный автор сайта «Знание – свет».

Источник