Моделирование НАСА предполагает, что некоторые вулканы могут нагревать климат, разрушая озоновый слой

Новое моделирование климата НАСА предполагает, что чрезвычайно крупные извержения вулканов, называемые “потопными базальтовыми извержениями”, могут значительно разогреть климат Земли и разрушить озоновый слой, который защищает жизнь от ультрафиолетового излучения Солнца.

Результат противоречит предыдущим исследованиям, указывающим на то, что эти вулканы охлаждают климат. Это также говорит о том, что в то время как обширные паводково-базальтовые извержения на Марсе и Венере, возможно, помогли согреть их климат, они могли бы обречь долгосрочную обитаемость этих миров, способствуя потере воды.

В отличие от кратковременных взрывных извержений вулканов, таких как Пинатубо или январские извержения Хунга Тонга-Хунга Хаапай, которые происходят в течение нескольких часов или дней, паводковые базальты - это регионы с серией эруптивных эпизодов, длящихся, возможно, столетия каждый и происходящих в течение сотен тысяч лет, а иногда и дольше. Некоторые из них произошли примерно в то же время, что и массовые вымирания, а многие связаны с чрезвычайно теплыми периодами в истории Земли. Они также, по-видимому, были распространены в других земных мирах нашей солнечной системы, таких как Марс и Венера.

“Мы ожидали интенсивного охлаждения в наших симуляциях”, - сказал Скотт Гузевич из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. - Однако мы обнаружили, что короткий период охлаждения был подавлен эффектом потепления. Гузевич является ведущим автором статьи об этом исследовании, опубликованной 1 февраля в журнале Geophysical Research Letters.

В то время как потеря озона не была неожиданностью, моделирование указало на потенциальную величину разрушения, “примерно на две трети сокращение по сравнению с глобальными средними значениями, примерно эквивалентными всей планете, имеющей озоновый слой, сравнимый с тяжелой антарктической озоновой дырой”, - сказал Гузевич.

Исследователи использовали химико-климатическую модель системы наблюдения Земли Годдарда для имитации четырехлетней фазы извержения базальта реки Колумбия (CRB), которое произошло между 15 и 17 миллионами лет назад на тихоокеанском северо-западе Соединенных Штатов. Модель рассчитала влияние извержения на тропосферу, турбулентный нижний слой атмосферы с большей частью водяного пара и погоды, и стратосферу, следующий слой атмосферы, который в основном сухой и спокойный. Извержения CRB, вероятно, представляли собой смесь взрывных событий, которые посылали материал высоко в верхнюю тропосферу и нижнюю стратосферу (от 13 до 17 километров высоты) и эффузивные извержения, которые не простирались выше 3 километров. Моделирование предполагало, что взрывные события происходили четыре раза в год и выделяли около 80% газообразного диоксида серы извержения. Они обнаружили, что во всем мире было чистое охлаждение около двух лет, прежде чем потепление подавит эффект охлаждения. “Потепление сохраняется около 15 лет (последние два года извержения, а затем еще 13 лет или около того)”, - сказал Гузевич.

Новое моделирование является наиболее полным, но сделано для наводнений базальтовых извержений и объединяет эффекты химии атмосферы и динамики климата друг на друга, раскрывая важный механизм обратной связи, который пропустили более ранние симуляции.

“Извержения, подобные тому, которое мы моделировали, будут выделять огромное количество двуокиси серы”, - сказал Гузевич. “Химия в атмосфере быстро превращает эти молекулы газа в твердые сульфатные аэрозоли. Эти аэрозоли отражают видимый солнечный свет, который вызывает первоначальный эффект охлаждения, но также поглощают инфракрасное излучение, которое нагревает атмосферу в верхней тропосфере и нижней стратосфере. Потепление этой области атмосферы позволяет водяному пару (который обычно ограничен вблизи поверхности) смешиваться с стратосферой (которая обычно очень сухая). Мы видим увеличение стратосферного водяного пара на 10 000%. Водяной пар является очень эффективным парниковым газом, и он испускает инфракрасное излучение, которое нагревает поверхность планеты”.

Прогнозируемый всплеск водяного пара в стратосферу также помогает объяснить серьезность истощения озонового слоя. “Истощение озонового слоя происходит несколькими разными способами”, - сказал Гузевич. “После извержения циркуляция стратосферы изменяется таким образом, что препятствует образованию озона. Во-вторых, вся эта вода в стратосфере также помогает разрушать озон с помощью гидроксильного (OH) радикала”.

Паводковые базальты также выделяют углекислый газ, парниковый газ, но они, по-видимому, выделяют недостаточно, чтобы вызвать экстремальное потепление, связанное с некоторыми извержениями. Избыточное нагревание стратосферного водяного пара может дать объяснение.

Хотя Марс и Венера, возможно, имели океаны воды в далеком прошлом, оба в настоящее время очень сухие. Ученые исследуют, как эти миры потеряли большую часть своей воды, чтобы стать негостеприимными для жизни. Если всплеск водяного пара в верхних слоях атмосферы, предсказанный симуляцией, реалистичен, обширный вулканизм наводнения мог способствовать их засушливым судьбам. Когда водяной пар поднимается высоко в атмосфере, он становится восприимчивым к разрушению солнечным светом, а легкие атомы водорода из молекул воды могут выходить в космос (вода - это два атома водорода, связанные с атомом кислорода). Если они будут поддерживаться в течение длительных периодов, это может истощить океаны.