Podwodna erupcja wulkanu na Pacyfiku. Wybuch wpłynął na klimat Ziemi

Erupcja wulkanu Hunga Tonga-Hunga Ha'apai (w skrócie Hunga Tonga) do której doszło 15 stycznia 2022 r. w Królestwie Tonga na Pacyfiku była jedną z największych zarejestrowanych w ostatnich dekadach. Wybuch, o sile setek bomb zrzuconych na Hiroszimę wywołało tsunami, które spowodowało zniszczenia w całym basenie Pacyfiku, oraz fale dźwiękowe, które usłyszano na Alasce, 6200 kilometrów dalej.

Nowe badanie, opublikowane w Journal of Climate, bada wpływ tej erupcji na klimat. Odkrycia naukowców pokazują, że wulkan może odpowiadać za wyjątkowo dużą dziurę ozonową w zeszłym roku, a także znacznie bardziej wilgotne niż oczekiwano lato 2024 r. Erupcja może mieć trwały wpływ na naszą zimową pogodę przez wiele lat.

Zwykle wulkaniczny dym - a w szczególności stanowiący jego element dwutlenek siarki - prowadzi do krótkotrwałego ochłodzenia powierzchni Ziemi. Dzieje się tak, ponieważ dwutlenek siarki przekształca się w aerozole siarczanowe, które odbijają światło słoneczne z powrotem w przestrzeń kosmiczną, zanim dotrze ono do powierzchni. Ten efekt sprawia, że powierzchnia Ziemi ochładza się przez pewien czas, aż siarczany nie opadną z powrotem na powierzchnię wraz z deszczem.

Ale w przypadku Hunga Tonga wydarzyło się coś innego. 

Ponieważ erupcja nastąpiła pod wodą, chmura, która powstała w jej następstwie zawierała niewiele dymu, ale mnóstwo pary wodnej. Naukowcy szacują, że wulkan wyrzucił do atmosfery 100-150 milionów ton wody, czyli równowartość 60 000 basenów olimpijskich. Cała ta woda znalazła się w stratosferze: warstwie atmosfery znajdującej się na wysokości około 15-40 kilometrów nad powierzchnią.

Para wodna w stratosferze pomaga w reakcjach chemicznych niszczących warstwę ozonową, a po drugie, jest bardzo silnym gazem cieplarnianym. Ale naukowcy nie byli dotąd w stanie oszacować, jak wtłoczenie do atmosfery tak wielkiej ilości wody wpłynie na nasz klimat, i jak długo ten efekt może się utrzymywać. Powód jest prosty - jedynym sposobem pomiaru pary wodnej w całej stratosferze są pomiary satelitarne. Prowadzimy je dopiero od 1979 r., a od tej pory nie było erupcji podobnej do Hunga Tonga.

Stąd też erupcja z 2022 r. stała się niepowtarzalną okazją dla naukowców. Badacze z całego świata zajmujący się stratosferą od pierwszego dnia erupcji rozpoczęli obserwacje satelitarne. Sprawdzali zarówno “konwencjonalne" skutki erupcji wulkanicznych, takie jak ilość aerozoli siarczanowych, które w jej skutek pojawiły się w atmosferze, jak i to, w jaki sposób na klimat może wpływać wyrzucona do atmosfery para wodna.

Pytań od początku było znacznie więcej, niż odpowiedzi. Naukowcy, z braku podobnych, wcześniejszych obserwacji, nie wiedzieli, jak zachowa się w stratosferze para wodna. Jak długo pozostanie w najwyższych partiach atmosfery? Jak będzie się w niej rozchodzić? I w jaki sposób wpłynie na klimat i pogodę na całym świecie?

Aby znaleźć rozwiązanie tych zagadek, naukowcy wykorzystali symulacje komputerowe - modele klimatyczne, które po uwzględnieniu wielu czynników wejściowych mogą przewidywać to, jak cały system może ewoluować w przyszłości. Badacze przeprowadzili dwie równoległe symulacje - jedną, w której modelowali to, w jaki sposób w najbliższych latach zmieniłby się klimat Ziemi, gdyby wulkan Hunga Tonga nie wybuchł, oraz drugi, w którym, tak jak w rzeczywistości, w stratosferze znalazła się ilość wody odpowiadająca 60 tys. basenów olimpijskich. Następnie porównali obie sytuacje, które różniły się jedynie dodaniem pary wodnej.

Wnioski? Model komputerowy dokładnie przewidział zjawiska, które zaskoczyły większość klimatologów. Przykładowo przewidział, że zachodzące w stratosferze reakcje chemiczne przyczynią się do powstania wyjątkowo dużej dziury ozonowej, która faktycznie pojawiła się w okresie od sierpnia do grudnia 2023 r. Model przewiduje jednak, że to zjawisko nie powtórzy się w kolejnych latach. 16 miesięcy, które upłynęły między erupcją a powstaniem dziury ozonowej było czasem wystarczająco długim, aby para wodna mogła dotrzeć do polarnej strefy nad Antarktydą. Ale w kolejnych latach zawartość wody w tamtejszej atmosferze będzie szybko spadać, skutkiem czego dziura ozonowa powinna zdecydowanie się zmniejszyć.

Z kolei latem 2024 r. Australia doświadczyła wyjątkowej ilości opadów. Nietypowo mokre lato było nieoczekiwane, bo Australijczycy spodziewali się, że El Nino przyniesie im susze.  Jeśli chodzi o średnie temperatury globalne, wpływ Hunga Tonga jest bardzo mały i wynosi zaledwie około 0,015 stopnia Celsjusza. Oznacza to, że niezwykle wysokich temperatur, notowanych w ubiegłym roku na całym świecie, nie można przypisać erupcji Hunga Tonga.

Istnieją jednak zaskakujące i trwałe skutki w niektórych regionach planety. Przykładowo, model wskazuje, że północna Australia aż do około 2029 r. będzie odczuwać chłodniejsze i bardziej wilgotne niż zwykle zimy. Ameryka Północna będzie doświadczała zim cieplejszych, niż zazwyczaj, z kolei Skandynawia powinna przygotować się na wyjątkowy mróz.

Badacze sądzą, że te zmiany wynikają z tego, że wulkan zmienił sposób przemieszczania się w atmosferze fal, które kształtują pogodę. Zmiana tego, jak w atmosferze cyrkuluje ciepłe i zimne powietrze może istotnie zmieniać pogodę na dużych obszarach.

Naukowcy podkreślają jednak, że ich model nie jest doskonały i, choć jak dotąd dobrze przewiduje następstwa kolosalnej erupcji, nie należy traktować go jako wyroczni. Wykorzystany przez nich model nie uwzględnia bowiem wielu innych efektów wpływających na klimat, na przykład cyklu El Niño-La Niña, który istotnie wpływa zarówno na globalne temperatury, jak i na cykliczne zmiany pogody na całym świecie. Badacze mają jednak nadzieję, że ich model wzbudzi zainteresowanie innych naukowców i pomoże lepiej zrozumieć to, jak para wodna wyrzucona do stratosfery może wpływać na klimat całej planety.