Vulkaner ger jorden köldchock

Pinatubo var långt ifrån ett av de största vulkanutbrotten, men forskarna fruktar att både utbrott i den storleksordningen och sådana som är mycket värre kommer att öka dramatiskt i framtiden. I en ny studie, som publicerades i tidskriften Nature, visar sex brittiska forskare nämligen att den pågående globala uppvärmningen paradoxalt nog kan förvärra vulkanernas nedkylande effekt.

Forskarna uppskattar att en upprepning av Pinatubo-utbrottet i en varmare värld kommer att kyla ned jordklotet med i genomsnitt en grad under ett antal år, och att ännu större utbrott kan placera jorden i en regelrätt frysbox med en köldchock på både fyra och fem grader.

I en värld med global uppvärmning kan nedkylning från vulkanutbrott kanske låta fördelaktigt. Men så är absolut inte fallet.

Droppar skickar tillbaka solljuset

Vulkaners nedkylande verkan beror på att den svaveldioxid som vulkanen släpper ut förenar sig med atmosfärens vatten och syre och bildar pyttesmå droppar av svavelsyra. Dropparna reflekterar solens ljus och skickar tillbaka energin till världsrymden.

Men för att svavelsyredropparna ska ha en långvarig effekt på klimatet måste vulkanen skjuta ut dem ända ut i stratosfären, som beroende på breddgrad och årstid börjar vid 8-16 kilometers höjd. Det är bara de stora vulkanutbrotten som klarar det i tillräckligt hög grad.

Atmosfärens nedre lager, troposfären, är varmt och vått. Det är där 99 procent av all vattenånga i atmosfären befinner sig och där vädret härskar. Om svavelsyran stannar i troposfären fångas den upp av vädersystemen och sköljs ut med regnet på bara några veckor. Stratosfären är däremot torr och kall och där uppe kan svavelsyran överleva i upp till fem-tio år.

I den nya studien från Nature visar de sex brittiska forskarna, under ledning av geofysikern Thomas J. Aubry, att den globala uppvärmningen får gränsen mellan troposfären och stratosfären att flyttas högre upp. Det innebär att nedkylningen från små och medelstora vulkanutbrott blir mindre, därför att färre svavelsyredroppar når ända upp till stratosfären.

Men studien visar också att utbrottspelaren från stora vulkanutbrott kommer att växa sig större, så att många av dropparna ändå når upp till stratosfären. Och eftersom den globala uppvärmningen samtidigt skapar kraftigare luftströmmar i stratosfären lyfts dropparna ännu högre upp och sprids mer effektivt över hela jorden.

I ett varmare klimat kommer vulkanernas svaveldioxid dessutom att omvandlas till många fler och mindre svavelsyredroppar. Mindre droppar är totalt sett mer effektiva speglar, eftersom de har en stor yta i förhållande till sin volym.

Samtidigt kan små droppar hänga i stratosfären längre utan att falla ned och tillsammans bidrar de två effekterna till att öka nedkylningen.

Nedkylningen blir 60 procent större

I sin studie kombinerade forskarna en datormodell av vulkantubrott med en klimatmodell som inkluderar effekten av både växthusgaser och så kallade aerosoler, bland annat de små speglarna av svavelsyra.

Mot bakgrund av deras modellstudier uppskattar forskarna att klimateffekterna från den typ av stora vulkanutbrott som planeten är med om en eller två gånger per århundrade, blir 15 procent värre. Det verkar inte vara så mycket i sig självt, men tillsammans med flera andra kopplingar mellan klimatförändringar och vulkanutbrott utgör det en giftig cocktail.

I en artikel i Nature från 2017 påvisar sex amerikanska klimatforskare under ledning av meteorologen John Fasullo därför att världshaven indelas i lager alltmer av den globala uppvärmningen. Det medför att det i framtidens oceaner kommer att ske mindre blandning av vattenmassorna ned genom havet.

När ett vulkanutbrott kyler ned klimatet blir ytvattnet kallare. Normalt sjunker det nedkylda vattnet och ersätts med varmare vatten nedifrån, men i framtiden får oceanerna alltså svårare att neutralisera nedkylningen från vulkanutbrott. De sex klimatforskarna uppskattar att den tydligare lagerindelningen i haven i själv kommer att öka nedkylningen efter stora utbrott med inte mindre än 40 procent.

Thomas J. Aubry och hans kolleger har även försökt räkna med havens effekt. De har konstaterat att nedkylningen från vulkanutbrott förvärras med hela 60 procent när effekterna läggs ihop.

Med andra ord blir den globala nedkylningen från ett framtida Pinatubo-utbrott inte längre 0,6 grader, utan en grad. Större vulkaner kommer att skruva ned termostaten betydligt mer.

Vulkanutbrott orsakade hungersnöd

Under de senaste 200 åren har mänskligheten redan en gång upplevt de förödande effekterna av en sådan nedkylning.

Den 10 april 1815 fick den indonesiska vulkanen Tambora utbrott och fyllde atmosfären med omkring 100 miljoner ton svavelsyra. Under månaderna och åren som följde fick det den globala temperaturen att minska med just omkring en grad.

Konsekvenserna var omfattande. I Europa slog skörden fel, vilket utlöste den värsta hungersnöden på 1800-talet. I norra Kina dog träd, grödor och husdjur av kyla. Och i sydvästra Asien accelererade monsunen och skapade massiva översvämningar som gav grogrund för en dödlig koleraepidemi.

När geofysikerna tittar längre tillbaka i historien hittar de mycket värre utbrott. Effekten av så gamla vulkanutbrott kan forskarna bland annat undersöka via iskärnor som har borrats ut ur istäckena på Grönland och Antarktis. Iskärnorna ger nämligen en ganska exakt uppfattning om atmosfärens temperatur vid den tidpunkt då iden bildades.

Inte minst utbrottet av Okmok-vulkanen i Alaska år 43 f.Kr. är iögonfallande. Utbrottet gav norra halvklotet några av de kallaste åren sedan den senaste istiden slutade för cirka 11 700 år sedan. Studier visar att år 43 f.Kr. och året efter var det näst kallaste respektive det åttonde kallaste de senaste 2 500 åren. Mätningar av iskärnorna jmfört med daterade växtringar i träd från bland annat Skandinavien avslöjar en temperaturminskning på tre grader år 43 f.Kr. och 2,5 grader året därpå.

När de aktuella klimatförändringarnas effekt av nedkylningen tas med i beräkningen kan ett nytt utbrott av Okmokskala alltså plötsligt göra Skandinavien tre, fyra eller fem grader kallare under ett antal år. Det är tillräckligt för att förstöra både ekosystem och lantbruk.

Forskning visar till och med att den globala uppvärmningen riskerar att få vulkanerna att få utbrott för tidigt, så att antalet utbrott ökar markant. Den brittiske geologen Bill McGuire har därför påvisat att den vulkaniska aktiviteten kommer att bli mellan två och sex gånger så hög under perioder med stora klimatförändringar som under perioder med stabilt klimat.

Smält is skapar mer magma

McGuire har bland annat undersökt vulkaner på Island och runt Medelhavet. Där kulminerar den vulkaniska aktiviteten i perioden för 17 000 till 6 000 år sedan, då de enorma ismängderna från den senaste istiden smälte bort, så att världshaven steg med mer än 100 meter.

Orsaken till de extra utbrotten är bland annat de tryckförändringar som den smälta isen leder till. när trycket minskar i jordskorpan, i takt med att glasciärerna smälter bort får det klippens smältpunkt att falla. Därmed uppstår mer ny magma, så att risken för vulkanutbrott ökar.

Den effekten är i hög grad relevant i samband med den globala uppvärmningen. Mätningar från bland annat den så kallade GRACE-satelliten, som skickades upp 2002, har visat att det årligen försvinner mellan 100 och 550 miljarder ton is från inlandsisen.

Den smältande glaciärisen kan även påskynda utbrott på andra sätt än genom att skapa ny magma.

Vikten av isen hjälper till att lokalt stabilisera magmakammare precis under ytan. När den smälter frisätter tryckfallet i magmakammaren så kallade volatila komponenter. Det är ämnen som vid högt tryck ingår i den smältande stenmassan, men som vid lägre tryck bildar gaser.

När gaserna frisätts stiger trycket i magmakammaren explosivt igen. Det får vulkanen att koka över på samma sätt som när man skruvar av korken på läskflaska som har skakats.

Samma effekt har smältvatten eller stora mängder regnvatten, som genom sprickor tränger ned till magmakammaren och förångas. Och den globala uppvärmningen skapar just mer nederbörd i vissa delar av världen.

Farliga vulkaner ligger och slumrar

Forskare står alltså nu med en helt nu och bekymrande kunskap om den köldchock som jorden kan genomgå av framtida vulkanutbrott.

Listan över vilka vulkaner vi speciellt ska hålla kolla på är lång. Men utmaningen är att vi troligen aldrig ens har hört talas om de farligaste av dem. Vulkaner med potential till riktigt stora utbrott blir nämligen aktiva med mycket långa mellanrum – större delen av tiden ligger de bara och samlar kraft.

Det problemet har tre amerikanska geologer fokuserat på i en artikel i tidskriften Geosphere från 2018. I den försöker de peka ut de vulkaner som med störst sannolikhet kan få ett utbrott på steg sju av åtta på vulkanernas richterskala, VEI-skalan.

VEI står för "volcano explosivity index", ett mått för energifrisättningen under vulkanutbrott. Skalan följer liksom richterskalan tiologaritmen, så att utbrottet blir tio gånger värre för varje steg.

Utbrott av storleken sju förekommer i perioder med stabilt klimat mellan två och tre gånger per årtusende – och alltså sannolikt oftare under en instabil period som den nuvarande. Så stora vulkanutbrott har våldsamma konsekvenser – från den glödande lavin som rullar över landskapet nära vulkanen till temperaturfallet som blir märkbart på upp till 10 000 kilometers avstånd.

Det senaste jätteutbrottet var just Tambora för lite mer än 200 år sedan. Under ett sådant utbrott stöter vulkanen ut drygt 100 kubikkilometer materia, bland annat 60 miljoner ton svavel.

Resultatet av de tre geologernas arbete är i första hand en lista över sex kriterier för när en vulkan hotar med ett VEI-7-utbrott. Listan innehåller punkter som att vulkanen tidigare har haft så kraftiga utbrott och dess magmatyp är av den mest explosiva sorten.

Långt fler än 100 vulkaner uppfyller dessvärre dessa kriterier och elva av dem ligger i Europa. De närliggande vulkanerna är koncentrerade till den kontinentala brottzonen mellan Europa och Afrika och är placerade i Turkiet, Italien och Grekland, med Santorini och Kos som de mest kända.

I en värld där vi oroar oss för temperaturökningar har vi alltså paradoxalt nog också anledning att frukta att jorden läggs i frysen, för den årslånga kylan från ett stort vulkanutbrott är allt annat än en behagligt svalkande vindpust.

Både samhället och naturen försöker kontinuerligt anpassa sig efter den globala uppvärmningen – vi odlar exempelvis andra grödor och många arter vandrar mot kyligare kallare områden vid polerna. Därför kan en plötsligt och drastisk nedkylning komma som ett extra hårt slag mot ett pressat lantbruk och stressade ekosystem.

Om Okmok-utbrottet år 43 f.Kr. är ett rättesnöre kan konsekvenserna av nedkylningen bli omfattande. Vulkanutbrottet bidrog nämligen enligt forskare till att sätta stopp för både den romerska republiken och den sista egyptiska dynastin.