Авторы исследования сосредоточили свое внимание на катастрофическом извержении горы Тамбора в Индонезии в апреле 1815 года, которое, как полагают, положило начало так называемому «году без лета» в 1816 году. Они обнаружили, что если подобное извержение произойдет в 2085 году, температуры будут погрузиться еще глубже, хотя этого недостаточно, чтобы компенсировать будущее потепление, связанное с изменением климата. Усиленное похолодание после будущего извержения также более серьезно нарушит круговорот воды, уменьшив количество осадков, выпадающих во всем мире.
Причина разницы в реакции климата между 1815 и 2085 годами связана с океанами, которые, как ожидается, станут более стратифицированными по мере потепления планеты и, следовательно, менее способны смягчать климатические воздействия, вызванные извержениями вулканов.«Мы обнаружили, что океаны играют очень большую роль в замедлении, а также в удлинении поверхностного охлаждения, вызванного извержением 1815 года», — сказал ученый NCAR Джон Фасулло, ведущий автор нового исследования. «Вулканический толчок — это просто похолодание, которое длится около года. Но океаны меняют временные рамки. Они действуют, чтобы не только ослабить начальное похолодание, но и распространить его на несколько лет».
Исследование будет опубликовано 31 октября в журнале Nature Communications. Работа частично финансировалась Национальным научным фондом, спонсором NCAR.
Среди других спонсоров — НАСА и Министерство энергетики США. Соавторами исследования являются Роберт Томас, Саманта Стивенсон, Бетт Отто-Блиснер и Эстер Брэди, все из NCAR, а также Юджин Валь из Национального управления океанических и атмосферных исследований.
Детальный взгляд на смертельное прошлоеИзвержение горы Тамбора, крупнейшее за последние несколько столетий, выбросило огромное количество диоксида серы в верхние слои атмосферы, где оно превратилось в частицы сульфата, называемые аэрозолями.
Слой светоотражающих аэрозолей охладил Землю, запустив цепь реакций, которые привели к чрезвычайно холодному лету 1816 года, особенно в Европе и на северо-востоке Северной Америки. «Год без лета» обвиняют в повсеместном неурожаях и болезнях, в результате чего во всем мире погибло более 100 000 человек.Чтобы лучше понять и количественно оценить климатические последствия извержения горы Тамбора, а также изучить, как эти эффекты могут отличаться для будущего извержения, если изменение климата продолжится по его текущей траектории, исследовательская группа обратилась к сложной компьютерной модели, разработанной учеными из NCAR и более широкое сообщество.Ученые рассмотрели два набора симуляций из модели системы Земли Сообщества.
Первый был взят из проекта CESM Last Millennium Ensemble Project, который имитирует климат Земли с 850 по 2005 год, включая извержения вулканов в исторических записях. Второй набор, который предполагает, что выбросы парниковых газов не ослабевают, был создан путем запуска CESM и повторения гипотетического извержения вулкана Тамбора в 2085 году.
Моделирование исторической модели показало, что два уравновешивающих процесса помогли регулировать температуру Земли после извержения Тамборы. Когда аэрозоли в стратосфере начали блокировать часть тепла Солнца, это охлаждение усилилось из-за увеличения площади суши, покрытой снегом и льдом, которые отражали тепло обратно в космос. В то же время океаны служили важным противовесом.
По мере охлаждения поверхности океанов более холодная вода опускалась, позволяя более теплой воде подниматься и выделять больше тепла в атмосферу.К тому времени, когда сами океаны существенно остыли, слой аэрозоля начал рассеиваться, позволяя большему количеству солнечного тепла снова достигать поверхности Земли.
В этот момент океан взял на себя противоположную роль, поддерживая охлаждение атмосферы, поскольку океанам требуется гораздо больше времени, чтобы нагреться, чем суше.«При прогоне нашей модели мы обнаружили, что Земля фактически достигла минимальной температуры в следующем году, когда аэрозоли почти исчезли», — сказал Фасулло. «Оказывается, аэрозолям не нужно было оставаться в течение целого года, чтобы в 1816 году еще год без лета, поскольку к тому времени океаны существенно остыли».Океаны в изменившемся климатеКогда ученые изучили, как климат в 2085 году отреагирует на гипотетическое извержение, имитирующее извержение горы Тамбора, они обнаружили, что Земля испытает аналогичное увеличение площади суши, покрытой снегом и льдом.
Однако в 2085 году способность океана сдерживать похолодание существенно снизится. В результате масштабы охлаждения поверхности Земли в будущем могут возрасти на 40 процентов.
Ученые, однако, предупреждают, что точную величину трудно определить количественно, поскольку у них было только относительно небольшое количество симуляций будущего извержения.Причина изменения связана с более стратифицированным океаном. По мере потепления климата температура поверхности моря повышается.
Таким образом, более теплая вода на поверхности океана менее способна смешиваться с более холодной и плотной водой внизу.В прогонах модели это увеличение стратификации океана означало, что вода, которая остыла после извержения вулкана, оказалась в ловушке на поверхности вместо того, чтобы смешиваться глубже в океан, уменьшая тепло, выделяемое в атмосферу.Ученые также обнаружили, что будущее извержение будет иметь большее влияние на количество осадков, чем историческое извержение горы Тамбора. Более низкие температуры поверхности моря уменьшают количество воды, испаряющейся в атмосферу, и, следовательно, также уменьшают глобальное среднее количество осадков.
Хотя исследование показало, что реакция Земли на извержение, подобное Тамборе, будет более острым в будущем, чем в прошлом, ученые отмечают, что среднего поверхностного охлаждения, вызванного извержением 2085 года (около 1,1 градуса Цельсия), будет недостаточно для компенсировать потепление, вызванное антропогенным изменением климата (около 4,2 градуса по Цельсию к 2085 году).Соавтор исследования Отто-Блиснер сказал: «Реакция климатической системы на извержение горы Тамбора в Индонезии в 1815 году дает нам представление о возможных сюрпризах на будущее, но с той особенностью, что наша климатическая система может реагировать по-разному».