Вулканические извержения оставляют в океане стойкий холод

Фото из открытых источников

Крупные вулканические извержения могут на короткое время усилить похолодание в океане, но их охлаждающее воздействие сильно различается в разных регионах. Результаты исследования были опубликованы в журнале Ocean-Land-Atmosphere Research.

Извержение вулкана Пинатубо закончилось задолго до того, как началось похолодание. Извержение 1991 года охладило нижние слои атмосферы по всему миру на целых 0,5°C, а его последствия длились около двух лет.

В море это похолодание распространялось неравномерно. Период необычно холодной воды мог усиливаться в одном регионе, но не оказывать подобного воздействия в другом.

Новое исследование прослеживает эти периоды похолодания вплоть до шести крупных извержений. Каждое извержение предшествовало увеличению общей силы вулкана, что представляло собой кратковременное обратное развитие ослабления, наблюдавшегося на протяжении 175 лет.

Морские похолодания — это череда дней, когда поверхность моря необычно холодная. Ледяное море не обязательно означает такое похолодание; оно может быть таким же холодным, как обычно.

В исследовании в качестве порогового значения использовались 10% самых низких температур для данного места и времени года. Вода должна была оставаться такой холодной в течение пяти дней или дольше, а не просто опускаться на день-два.

В исследовании принимали участие Ян Кемперт из Университета прикладных наук Южной Вестфалии и Равен Килестино-Оларио из Института геологии и минералогии Кёльнского университета. Оба учреждения находятся в Германии.

«Мы заметили, что, хотя охлаждающее воздействие крупных вулканических извержений широко изучалось, сравнительно мало внимания уделялось тому, как эти вулканические зимы влияют на экстремально холодные явления в океане», — говорит Килестино-Оларио.

Их источником послужили данные COBE-SST3, собранные Японским метеорологическим агентством. В них приводятся ежедневные оценки температуры поверхности океана с 1850 по 2024 год, основанные главным образом на показаниях, полученных в море. За каждый обнаруженный период похолодания они суммировали, насколько ниже нормы была вода день за днем. Эта сумма становилась показателем данного периода.

Таким образом, в оценку входила не только интенсивность холода, но и продолжительность периода похолодания. Более длительный период или более сильный холод повышали оценку. Однако в 79% квадратов на карте океана показатели снизились за эти 175 лет.

Частота похолоданий снизилась примерно на той же доле квадратных участков, что свидетельствует о продолжении снижения, зафиксированного спутниками в период с 1982 по 2020 год.

Список извержений начался с Кракатау в 1883 году и Санта-Марии в 1902 году. Затем последовали Новарупта в 1912 году, Агунг в 1963 году, Эль-Чичон в 1982 году и, наконец, Пинатубо в 1991 году.

В стратосфере, высоко над землей, могут задерживаться богатые серой частицы от крупных извержений. Они уменьшают количество солнечного света, достигающего поверхности, что иногда приводит к похолоданию на месяцы или годы. При таком сравнении, с одной стороны, рассматривались периоды похолодания за 30 лет до извержения, а с другой — короткий период после него.

Более поздний период всегда начинался на следующий год и длился пять лет для Кракатау, два года для Пинатубо и по одному году для каждого из остальных четырех. В некоторые из тех лет приходилось иметь дело не только с вулканом. В частности, Эль-Чичон оказался в весьма неудобной компании.

Извержение произошло в 1982 году. В течение 1982 и 1983 годов в Тихом океане также произошло одно из всего шести «супер» явлений Эль-Ниньо с 1850 года. Оба события могли оставить след в температурной статистике, поэтому исследователям пришлось учесть их частичное совпадение.

Кемперт и Килестино-Оларио устранили влияние Эль-Ниньо и Ла-Нинья, а также способствовали долгосрочному ослаблению холодных периодов. После этих корректировок морские похолодания оказались сильнее, чем ожидалось, после всех шести извержений.

«Наше исследование показывает, что, хотя за последние 175 лет экстремально низкие температуры в океане в целом стали менее частыми и менее интенсивными, крупные вулканические извержения могут временно нарушить эту долгосрочную тенденцию», — сказал Кемперт.

Они также пытались выбирать годы, вообще не обращая внимания на даты извержений. В ходе 10 000 случайных выборок, каждая из которых включала шесть лет, они проверяли увеличение интенсивности периодов похолодания.

Лишь примерно в 2,4% случаев выборка привела к увеличению, сопоставимому с тем, что наблюдалось после извержений. Другими словами, большинство случайных выборов лет не привели к таким значительным результатам. Однако, среднемировые показатели — это одно, а карты — совсем другое.

С 1884 по 1888 год примерно в 80% океанических районов наблюдались более сильные похолодания, чем ожидалось. Это был период после Кракатау; для Пинатубо эта доля составила 70%.

Для Санта-Марии и Агунга этот показатель составил примерно половину. В Эль-Чичоне и Новарупте он оказался ниже половины, что напоминает о том, что в большинстве мест повышение среднемирового уровня не обязательно должно наблюдаться.

Пять извержений оказали наибольшее воздействие на средние широты, в полосах между 30 и 60 градусами северной или южной широты от экватора. Извержение вулкана Новарупта нарушило эту закономерность.

Извержение вулкана Новарупта, единственное из шести, произошедшее в высоких широтах, также оказало наименьшее влияние на среднемировой показатель. Авторы с осторожностью отнеслись к этому результату.

Ни одно из этих извержений не произошло в океане, который в остальном оставался неизменным. Океаническая циркуляция продолжала перемещать воду, времена года менялись, и естественные колебания климата все еще продолжались.

По мнению авторов, вулканическое похолодание и происходящие изменения в совокупности могут объяснить неоднородность карты. Изменения в циркуляции атмосферы могут даже привести к более теплым зимам в некоторых районах Крайнего Севера после извержения.

В некоторых районах океана сохранилось очень мало наблюдений XIX века. Данные менее надежны в местах с небольшим количеством исторических записей, а также в местах, где присутствовал морской лед.

Для Пинатубо команда провела анализ еще раз, используя данные спутниковой съемки Национального управления океанических и атмосферных исследований.

Результаты двух измерений совпали в 79% квадратов карты относительно того, были ли похолодания сильнее или слабее, чем ожидалось. На ответ повлиял и другой фактор: в качестве годов использовались значения нормальных температур. Сравнение каждого извержения с предыдущими 30 годами показало более сильные похолодания после всех шести.

Когда исследователи использовали один и тот же современный период отсчета для каждого извержения, наблюдалось увеличение числа извержений. При сравнении с периодом 1961-1990 годов было получено пять таких оценок, а при сравнении с периодом 1981-2010 годов — четыре.

Насколько сильное похолодание можно объяснить действиями самих вулканов, остается неясным. В документах описываются последствия, но невозможно выделить все возможные причины. Дополнительные исследования исключили наличие климатической модели Северной Атлантики, а также явления Эль-Ниньо.

Сохранилось несколько других природных циклов, отчасти потому, что их стабильные ежемесячные записи не охватывают период с 1850 года. С явлением Эль-Ниньо связана еще одна сложность: на него может повлиять извержение вулкана. Если исключить Эль-Ниньо из расчетов, то часть вулканического воздействия может исчезнуть.

Авторы призывают к проведению дальнейших проверок с использованием других данных о температуре, измерений под поверхностью и климатических моделей. Их следующий проект будет посвящен изучению морских тепловых волн — периодов необычно теплой океанской воды.

«Мы надеемся использовать тот же долгосрочный набор данных о температуре океана, чтобы изучить, как изменились морские волны тепла за последние 175 лет, на этот раз уделяя больше внимания неопределенностям, связанным с историческими наблюдениями», — говорит Килестино-Оларио.

Исследования, посвященные аномальной жаре, могут помочь установить, изменяют ли извержения не только холодные, но и необычно жаркие условия в море.