Vulkaner gir jorden kuldesjokk

Pinatubo var slett ikke et av de største vulkanutbruddene, men forskerne frykter flere utbrudd i samme størrelsesorden – og noen som er mye verre – i framtiden. I en ny studie som er offentliggjort i tidsskriftet Nature, viser seks britiske forskere nemlig at den pågående globale oppvarmingen paradoksalt nok kan forverre vulkanenes avkjølende virkning.

Forskerne mener at en gjentakelse av Pinatubo-utbruddet i en varmere verden vil kjøle ned kloden med i gjennomsnitt én grad i en årrekke, og enda større utbrudd kan kaste jorden i en regulær dypfryser med et kuldesjokk på både fire og fem grader.

I en verden med global oppvarming kan avkjøling fra vulkanutbrudd kanskje høres ut som en fordel. Men det er absolutt ikke tilfellet.

Dråper sender sollyset tilbake

Vulkaners nedkjølende virkning skyldes at det svoveldioksidet vulkanen slipper ut, reagerer med vann og oksygen i atmosfæren og danner bitte små dråper av svovelsyre. Dråpene reflekterer sollys og sender energien tilbake til verdensrommet.

Men hvis svovelsyredråpene skal ha en langvarig effekt på klimaet, må vulkanen skyte dem helt opp i stratosfæren, som alt etter breddegrad og årstid begynner i 8–16 kilometers høyde. Det er bare de store vulkanutbruddene som gjør det i tilstrekkelig omfang.

Atmosfærens nederste lag, troposfæren, er varmt og vått. Det er her 99 prosent av all vanndampen i atmosfæren befinner seg, og det er her været hersker. Hvis svovelsyren forblir i troposfæren, fanges den av værsystemene og skylles ut med regnet etter noen få uker. Stratosfæren er derimot tørr og kald, og der oppe kan svovelsyren overleve i fem–ti år.

I den nye studien fra Nature viser de seks britiske forskere ledet av geofysikeren Thomas J. Aubry at den globale oppvarmingen får grensen mellom troposfæren og stratosfæren til å flytte seg høyere opp. Det betyr at nedkjølingen fra de små og mellomstore vulkanutbruddene blir mindre fordi færre svovelsyredråper når opp i stratosfæren.

Men studien viser også at utbruddssøylen fra store vulkanutbrudd vil vokse seg større, slik at mange av dråpene likevel når opp i stratosfæren. Og siden den globale oppvarmingen samtidig skaper kraftigere luftstrømmer i stratosfæren, løftes dråpene enda høyere opp og blir spredt mer effektivt over hele jorden.

I et varmere klima vil vulkanenes svoveldioksid dessuten bli gjort om til mange flere og mindre svovelsyredråper. Mindre dråper er samlet sett mer effektive speil fordi de har en stor overflate i forhold til volumet.

Samtidig kan små dråper henge lengre tid i stratosfæren uten å falle ned, og til sammen bidrar de to effektene til å gjøre nedkjølingen større.

Nedkjølingen blir 60 prosent større

Forskerne kombinerte en datamodell av vulkanutbrudd med en klimamodell som trekker inn effekten av både drivhusgasser og såkalte aerosoler, inkludert de små speilene av svovelsyre.

På bakgrunn av modellstudiene anslår forskerne at klimaeffektene fra den typen store vulkanutbrudd som kloden opplever en eller to ganger hvert århundre, blir 15 prosent verre. Det høres ikke så mye ut i seg selv, men sammen med flere andre koblinger mellom klimaendringer og vulkanutbrudd utgjør det en giftig klimacocktail.

I en artikkel i Nature fra 2017 påviser seks amerikanske klimaforskere under ledelse av meteorologen John Fasullo at verdenshavene blir sterkere lagdelt av den globale oppvarmingen. Det gjør at det i framtidens hav vil skje mindre oppblanding av vannmassene ned gjennom havet.

Når et vulkanutbrudd avkjøler klimaet, blir overflatevannet kaldere. Vanligvis vil det avkjølte vannet synke ned og bli erstattet av varmere vann nedenfra, men i framtiden får havene problemer med å nøytralisere avkjølingen fra vulkanutbrudd. De seks klimaforskerne anslår at den sterkere lagdelingen av havene i seg selv vil øke avkjølingen etter store utbrudd med hele 40 prosent.

Thomas J. Aubry og kollegene hans har også prøvd å ta med effekten på havene. De konkluderer med at nedkjølingen fra vulkanutbrudd forverres med hele 60 prosent når effektene legges sammen.

Med andre ord blir den globale avkjølingen fra en framtidig Pinatubo ikke lenger 0,6 grader, men en hel grad. Større vulkaner vil skru langt mer på termostaten.

Vulkanutbrudd skapte hungersnød

I løpet av de siste 200 årene har menneskeheten allerede én gang opplevd de destruktive effektene av en slik avkjølingen.

10. april 1815 fikk den indonesiske vulkanen Tambora et utbrudd og fylte atmosfæren med omkring 100 millioner tonn svovelsyre. I månedene og årene som fulgte, fikk det temperaturen i verden til å falle med nettopp rundt en grad.

Konsekvensene var store. I Europa slo avlingene feil, noe som utløste den verste hungersnøden på 1800-tallet. I det nordlige Kina døde trær, avlinger og husdyr av kulde. Og i det sørvestlige Asia akselererte monsunen og skapte enorme oversvømmelser som ga grobunn for en dødelig koleraepidemi.

Når geofysikerne ser lenger tilbake i historien, finner de faktisk mye verre utbrudd. Effekten av så gamle vulkanutbrudd kjenner forskerne blant annet fra iskjerner som er boret ut av isen på Grønland og i Antarktis. Iskjernene gir nemlig ganske nøyaktige opplysninger om atmosfærens temperatur da isen ble dannet.

Ikke minst utbruddet av Okmok-vulkanen i Alaska i år 43 f.Kr. er slående. Utbruddet ga den nordlige halvkule noen av de kaldeste årene etter avslutningen av den siste istiden for om lag 11 700 år siden. Studier viser at årene 43 f.Kr. og 42 f.Kr. var henholdsvis det nest kaldeste og det åttende kaldeste de siste 2500 årene. Målinger av iskjernene sammenlignet med daterte vekstringer i trær fra blant annet Skandinavia avslører et temperaturfall på tre grader i år 43 f.Kr. og 2,5 grader året etter.

Når disse klimaendringenes effekt på avkjølingen tas med i betraktningen, kan et nytt utbrudd i Okmok-skala altså plutselig gjøre Skandinavia tre, fire eller fem grader kaldere i en årrekke. Det er nok til å ødelegge både økosystemer og jordbruk.

Forskning viser faktisk at den globale oppvarmingen kan føre til at vulkaner lettere får utbrudd, slik at antallet utbrudd vokser voldsomt. Den britiske geologen Bill McGuire har nemlig påvist at den vulkanske aktiviteten er mellom to og seks ganger så høy i perioder med store klimaendringer som i perioder med stabilt klima.

Smeltet is skaper mer magma

McGuire har blant annet undersøkt vulkaner på Island og rundt Middelhavet. Her når den vulkanske aktiviteten toppen i perioden mellom 17 000 og 6000 år siden, da de enorme ismengdene fra den siste istiden smeltet bort, slik at verdenshavene steg med over hundre meter.

Årsaken til de ekstra utbruddene er blant annet de trykkendringene som den smeltende isen medfører. Når trykket faller i jordskorpen fordi isbreene smelter bort, får det smeltepunktet i steinen til å falle. Dermed oppstår det mer magma, slik at risikoen for vulkanutbrudd stiger.

Den effekten er relevant i forbindelse med den globale oppvarmingen. Målinger fra blant annet den såkalte GRACE-satellitten, som ble sendt opp i 2002, har vist at det årlig forsvinner mellom 100 og 550 milliarder tonn is fra Innlandsisen.

Den smeltende isbreisen kan også framskynde utbrudd på andre måter enn ved å skape ny magma.

Vekten av isen er lokalt med på å stabilisere magmakamre rett under overflaten. Når den smelter, frigir trykkfallet i magmakammeret såkalte volatiler. Det er stoffer som ved høyt trykk inngår i den smeltede steinmassen, men som ved lavere trykk danner gasser.

Når gassene frigis, stiger trykket i magmakammeret igjen eksplosivt. Det får vulkanen til å koke over på samme måte som når man skrur av korken på en brusflaske som har blitt ristet.

Den samme effekten har smeltevann eller store mengder regnvann som gjennom revner og sprekker trenger ned til magmakammeret og fordamper. Og den globale oppvarmingen skaper mer nedbør i noen deler av verden.

Farlige vulkaner ligger og slumrer

Forskerne står altså nå med helt ny og bekymringsverdig kunnskap om det kuldesjokket jorden kan få av framtidige vulkanutbrudd.

Listen over hvilke vulkaner vi må holde øye med, er lang. Men utfordringen er at vi sannsynligvis aldri har hørt om de farligste av dem. De virkelig store vulkanene har nemlig bare utbrudd med veldig lange mellomrom – det meste av tiden ligger de bare og samler krefter.

Det problemet har tre amerikanske geologer tatt for seg i en artikkel i tidsskriftet Geosphere fra 2018. Her forsøker de å peke ut de vulkanene som har størst sannsynlighet for å levere et utbrudd på trinn sju av åtte på vulkanenes svar på Richters skala, VEI-skalaen.

VEI står for vulkaneksplosivitetsindeks, et mål for hvor mye energi et vulkanutbrudd leverer. Skalaen følger – akkurat som Richters skala – titallslogaritmen, slik at utbruddet blir ti ganger verre for hvert trinn.

Utbrudd av størrelse sju forekommer i perioder med stabilt klima mellom to og tre ganger per årtusen – og altså sannsynligvis oftere i en ustabil periode som i dag. Så store vulkanutbrudd har voldsomme konsekvenser – alt fra det glødende skredet som ruller over landskapet nær rundt vulkanen, til temperaturfallet som kan merkes tusen mil unna.

Det forrige gigantutbruddet var nettopp Tambora for litt over to hundre år siden. Under et slikt utbruddet støter vulkanen ut vel hundre kubikkilometer materiale, blant annet seksti millioner tonn svovel.

Resultatet av de tre geologenes arbeid er i første omgang en liste med seks kriterier for at en vulkan truer med et VEI-7-utbrudd. Listen inneholder punkter som at vulkanen tidligere har hatt et så kraftig utbrudd, og at magmaen er av den mest eksplosive typen.

Foruroligende nok oppfyller langt over hundre vulkaner disse kriteriene, og av disse ligger 11 i Europa. De nære vulkanene er samlet i den kontinentale bruddsonen mellom Europa og Afrika og befinner seg i Tyrkia, Italia og Hellas, med Santorini og Kos som de mest kjente.

I en verden der vi bekymrer oss for følgene av temperaturstigninger, har vi altså paradoksalt nok også ekstra grunn til å frykte at jorden blir lagt i dypfryseren, for den årelange kulden fra et stort vulkanutbrudd vil være alt annet enn et behagelig kjølig pust.

Både samfunnet og naturen prøver hele tiden å tilpasse seg til den globale oppvarmingen – for eksempel begynner vi å dyrke andre avlinger, og mange arter vandrer mot kjøligere områder ved polene. Derfor vil en plutselig og voldsom nedkjøling komme som et ekstra hardt slag mot et presset jordbruk og stressede økosystemer.

Hvis Okmok-utbruddet i år 43 f.Kr. er en pekepinn, kan konsekvensene av nedkjølingen bli vidtrekkende. Vulkanutbruddet var nemlig ifølge forskere med på å gjøre ende på både den romerske republikken og det siste egyptiske dynastiet.