Image
""

Innsjøen Lake Atitlán i Guatemala ligger i kalderaen etter utbruddet til supervulkanen Los Chocoyos. Utbruddet kan ha hatt store konsekvenser for luftstrømmer i tropisk atmosfære, ifølge en ny studie. Foto: Steffen Kutterolf/GEOMAR

Supervulkan kan endre vindsystemet i den tropiske stratosfæren

Hva skjer i atmosfæren når en supervulkan har utbrudd? Forskere innen atmosfærekjemi og meteorologi har nå kommet nærmere et svar.

Spørsmålet om hva som skjer i atmosfæren når en supervulkan har utbrudd, har opptatt forskere i atmosfærisk kjemi og meteorologi en stund. Et tverrfaglig team av forskere fra UiO, GEOMAR, NCAR, og MPI-M slo seg sammen og har nylig presentert sine funn i det amerikanske tidsskriftet Geophysical Research Letters.

Deres interesse og studieobjekt var supervulkanen Los Chocoyos, som hadde utbrudd for mer enn 75 000 år siden i Guatemalas høyland. I dag er området der utbruddet skjedde, en enorm kaldera, altså en fordypning i jordskorpen – Atitlán Caldera (14.6°N, 91.2°W). Kalderaen, nå en innsjø, ligger omtrent 1563 meter over havet, omgitt av tre kjegleformede vulkaner: Atitlán, Tolimán og San Pedro.

Utbruddet til Los Chocoyos hadde en styrke på 8, dette er den høyeste rangeringen på den internasjonale Volcanic Explosivity Index (VEI).

You can also read this article in English

"Den vakreste innsjøen i verden"

Den tyske utforskeren og naturalisten Alexander von Humboldt (1769 – 1859) omtalte innsjøen som den vakreste innsjøen i verden. Lake Atitlán er velkjent og er et av høydepunktene i Guatemala, en nasjonal og internasjonal turistattraksjon der den ligger omgitt av små maya-landsbyer.

Til tross for at den for lengst er utdødd, er kalderaen et bevis på den kraften dette utbruddet hadde, nylig beskrevet i artikkelen A history of violence: Magma incubation, timing, and tephra distribution of the Los Chocoyos supereruption (Atitlán Caldera, Guatemala) av Cisneros et al. (2021) i Journal of Quaternary Science.

Utbruddet er kjent som et av de største vulkanutbruddene i de siste 100 000 år og må ha vært et inferno av magma, eksplosjoner og utslipp av gasser. 

Utslipp av kjemiske komponenter til atmosfæren

Analyser av avsetninger i geologiske lag etter utbruddet viser at det ble sluppet ut enorme mengder svovel, klor og brom til atmosfæren. Vulkansk aske etter Los Chocoyos er funnet flere steder i Guatemalas høyland og i marine avsetninger i borekjerner fra dypet av Stillehavet, Mexicogulfen og også i Atlanterhavet.

Forskerteamets hypotese var at utslipp fra et så stort utbrudd kan forårsake flerårige konsekvenser for atmosfæren og klimaet. Men hvor lenge? Og hvilken styrke og mengde ville utslippene ha?

For å kunne besvare disse spørsmålene måtte forskerne ta i bruk simuleringsmodeller som representerer dagens kunnskap om klimasystemet.

Med dette som utgangspunkt kunne de simulere virkningen av et Los Chocoyos‐lignende utbrudd og effekten av enorme mengder utslipp til atmosfæren (Brenna et al 2020 ACP).

Langvarig forstyrrelse av sonale vindsystemer

Av spesiell interesse var den effekt utbruddet hadde på den kvasibiennale oscillasjonen (kvasi-toårig svingning eller på engelsk quasi-biennial oscillation, QBO), et sonalt vindsystem i  stratosfæren over tropene. Stratosfæren ligger i 15 til 50 kilometers høyde og er det andre laget i jordas atmosfære.

– Et utbrudd av denne dimensjonen ville ha tilført mengder av aerosoler og kjemiske komponenter til atmosfæren. Ifølge våre modellsimuleringer ville det ha forårsaket omtrent ti års forstyrrelser av QBO-vindsystemet, sier Kirstin Krüger, professor i meteorologi og en av forfatterne bak studien.

– Endringene i QBO ville ha inntruffet fire måneder etter utbruddet, med unormale østlige vinder over fem år, etterfulgt av vestlige vinder, før den kom tilbake til normale QBO-forhold, men med litt lengre periodisitet.

Forstyrrelsen av vindsystemet er et resultat av varm luft forårsaket av aerosoler og en nedkjølende effekt forårsaket av nedbrytning av gassen ozon i atmosfæren.

Denne varmende vs. nedkjølende effekten i luftlag i atmosfæren forstyrrer dannelsen av vindbølgene og utviklet seg til å forstyrre QBO.

Lake Atitlán dekker over 127,7 kvadratkilometer. Innsjøen ligger i en dal demmet opp av vulkansk aske, den er 320 meter dyp, 19 kilometer lang og 10 kilometer bred. Foto: Alejandro Cisneros/Universitet i Heidelberg

En geologisk hendelse med stor påvirkning

Forskerne testet ut forskjellige utslippsscenarier på ulike modellensembler og på ulike vulkanske utslippsscenarier. Resultatet av de supplerende studiene bekreftet det første resultatet. Forskerne gjorde også en repetisjon av simuleringene med en annen modell, som også backet opp om de første resultatene.

Denne nye forskningsstudien kaster lys over hva som kan skje når en virkelig stor supervulkan får utbrudd. Endringene i atmosfæren varer over flere år og kan ha kraft til midlertidig å endre vindsystemene i den tropiske stratosfæren.

Supervulkaner av i dag

I dag finnes det omtrent 20 supervulkaner rundt omkring i verden. En av de mest kjente er Yellowstone Caldera, som ligger i Yellowstone nasjonalpark i delstatene Idaho, Montana og Wyoming i USA. 

Denne supervulkanen har vært kjent siden 1960-tallet og har et vulkansk område som er 70 kilometer langt og 50 kilometer bredt.  Yellowstone har hatt to kjente utbrudd av størrelsen VEI 8, henholdsvis for 2,1 millioner år siden og for 640 000 år siden.

Vitenskapelige artikler:

Brenna, H., Kutterolf, S., Mills, M.J., Niemeier, U., Timmereck, C., and Krüger, K. 2021. Decadal Disruption of the QBO by Tropical Volcanic Supereruptions. Geophysical Research Letters, AGU.

Brenna, H., Kutterolf, S., Mills, M.J. and Krüger, K. 2020. The potential impacts of a sulfur- and halogen-rich supereruption such as Los Chocoyos on the atmosphere and climate. Atmos. Chem. Phys., 20, 6521–6539.

Cisneros de León, A., Schindlbeck-Belo, J. C., Kutterolf, S., Danišík, M., Schmitt, A., Freundt, A., and Pérez, W. 2021. A history of violence: magma incubation, timing, and tephra distribution of the Los Chocoyos supereruption (Atitlán Caldera, Guatemala), J. Quat. Sci., DOI: 10.1002/jqs.3265