Μπορεί μια ηφαιστειακή έκρηξη να παγώσει τον πλανήτη για εκατοντάδες χρόνια; Οι επιστήμονες απαντούν καταφατικά, αποδεικνύοντας ότι το κλιματικό αποτύπωμα των αρχαίων υπερ-εκρήξεων διαρκούσε πολύ περισσότερο από τα ίδια τα γεωλογικά φαινόμενα.
Ένα ταξίδι στον χρόνο αποκαλύπτει πώς η Γη βυθίστηκε σε έναν αιώνιο, σκοτεινό χειμώνα. Ορισμένες από τις ισχυρότερες εκρήξεις στην ιστορία ενδέχεται να βύθισαν τη Γη σε μια παρατεταμένη περίοδο ψύχους που διήρκεσε για αιώνες.
Μια ηφαιστειακή έκρηξη μπορεί να σκοτεινιάσει τους ουρανούς και να ψύξει τον πλανήτη για ένα ή δύο χρόνια.
Μια νέα έρευνα, ωστόσο, υποδηλώνει ότι ορισμένες από τις μεγαλύτερες εκρήξεις προκάλεσαν κάτι πολύ πιο ισχυρό: Βύθισαν τη Γη σε περιόδους ψύχους που διήρκεσαν για αιώνες.
Η ανακάλυψη αυτή θα μπορούσε να βοηθήσει στην επίλυση ενός μακροχρόνιου κλιματικού μυστηρίου.
Η Ολόκαινος, η σχετικά θερμή εποχή που ξεκίνησε πριν από περίπου 11.700 χρόνια, περιγράφεται συχνά ως μια περίοδος σταθερότητας.
Κι όμως, αυτή η σταθερότητα διακόπηκε επανειλημμένα.
Οι ερευνητές έχουν εντοπίσει περίπου 22 σημαντικά επεισόδια κατά τα οποία οι θερμοκρασίες έπεσαν, τα πρότυπα των βροχοπτώσεων μεταβλήθηκαν, τα οικοσυστήματα διαταράχθηκαν και οι ορεινοί παγετώνες επεκτάθηκαν.
Τα ηφαίστεια λύνουν τον γρίφο του παγκόσμιου κλίματος
«Μέχρι τώρα δεν υπήρχε καμία πειστική εξήγηση για αυτό το φαινόμενο. Πάντα φαινόταν σαν κάτι να έλειπε», αναφέρει η Alice Paine, μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο Πανεπιστήμιο της Βασιλείας, η οποία χρηματοδοτείται από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών της Ελβετίας (SNSF).
Οι επιστήμονες είχαν προτείνει στο παρελθόν διάφορες πιθανές αιτίες, όπως αλλαγές στην ηλιακή δραστηριότητα, διαταραχές στην κυκλοφορία των ωκεανών και μεγάλες μετακινήσεις παγόβουνων στον Βόρειο Ατλαντικό.
Η Paine και μια διεθνής ομάδα εξέτασαν, αντίθετα, αν οι εκρηκτικές ηφαιστειακές εκρήξεις θα μπορούσαν να έχουν προκαλέσει το αρχικό σοκ.
Τα ευρήματά τους, τα οποία δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Nature Communications, δείχνουν ότι οι μεγάλες εκρήξεις συνδέονταν στενά με τις περισσότερες από τις παρατεταμένες περιόδους ψύχους της Ολοκαίνου.
Τα ηφαίστεια δεν κράτησαν τον πλανήτη κρύο γεμίζοντας συνεχώς την ατμόσφαιρα με στάχτη. Αντίθετα, φαίνεται ότι πυροδότησαν μια αλυσίδα αλλαγών που επηρέασαν το ηλιακό φως, τους θαλάσσιους πάγους, τις βροχοπτώσεις και την κυκλοφορία των ωκεανών.
Ανασυνθέτοντας 12.000 χρόνια ηφαιστειακής «οργής»
Η ομάδα συγκέντρωσε στοιχεία για 51 μεγάλες εκρήξεις που σημειώθηκαν κατά την Ολόκαινο, βόρεια του γεωγραφικού πλάτους 20° νότια. Πολλές από αυτές έλαβαν χώρα γύρω από το «Δαχτυλίδι της Φωτιάς» στον Ειρηνικό, την απέραντη ζώνη ηφαιστείων και σεισμών που περιβάλλει το μεγαλύτερο μέρος του Ειρηνικού Ωκεανού.
Εκεί, η κίνηση και η σύγκρουση των τεκτονικών πλακών μπορεί να προκαλέσει εξαιρετικά εκρηκτικές δραστηριότητες.
Η ανασύνθεση εκρήξεων που συνέβησαν πριν από χιλιάδες χρόνια είναι δύσκολη, καθώς η διάβρωση, οι μεταγενέστερες εκρήξεις και οι αλλαγές στο τοπίο μπορούν να καταστρέψουν το μεγαλύτερο μέρος των γεωλογικών στοιχείων.
Οι ερευνητές συνδύασαν τα ηφαιστειακά ιζήματα με τα θειικά άλατα που έχουν διατηρηθεί σε πυρήνες πάγου από τη Γροιλανδία και την Ανταρκτική, ραδιομετρικές χρονολογήσεις από ηφαιστειακά πετρώματα, καθώς και οργανικό υλικό θαμμένο σε στρώματα στάχτης.
Στη συνέχεια, συνέκριναν το χρονοδιάγραμμα των εκρήξεων με 22 περιόδους σημαντικής επέκτασης των παγετώνων, οι οποίες έχουν καταγραφεί σε 17 περιοχές.
Αυτές οι προελάσεις των πάγων εντοπίστηκαν κυρίως μέσω των λιθαρινών (μοραινών), δηλαδή των σωρών από πετρώματα και ιζήματα που έμεναν πίσω όταν οι παγετώνες έφταναν στη μέγιστη εξάπλωσή τους.
Ένας «εκρηκτικός» δεσμός: Πώς τα ηφαίστεια γέννησαν παγετώνες
Μόνο τέσσερις από τις 22 προελάσεις των παγετώνων δεν συνέπεσαν –εντός των ορίων αβεβαιότητας των μεθόδων χρονολόγησης– με κάποια γνωστή μεγάλη έκρηξη. Πάνω από το 80% συνέπεσε με τουλάχιστον μία.
Η σύνδεση ήταν ακόμη πιο ισχυρή για τα πιο ακραία γεγονότα. Κάθε γνωστή έκρηξη της Ολοκαίνου με μέγεθος 7 ή μεγαλύτερο συνέβη σε χρόνο πολύ κοντινό με μια προέλαση παγετώνων.
Για περίπου το 72% αυτών των εκρήξεων, οι αποδείξεις για την επέκταση των παγετώνων εμφανίστηκαν και στα δύο ημισφαίρια. Προκειμένου να ελέγξει αν αυτό το μοτίβο θα μπορούσε να έχει συμβεί τυχαία, η ομάδα δημιούργησε 10 εκατομμύρια τυχαία σύνολα ημερομηνιών έκρηξης.
Η συσχέτιση μεταξύ των μεγαλύτερων εκρήξεων και των προελάσεων των παγετώνων παρέμεινε στατιστικά σημαντική, με επίπεδο εμπιστοσύνης 99%.
«Συνδυάζοντας τα αποτελέσματα της στατιστικής μας ανάλυσης με τις υπάρχουσες ανασυνθέσεις του παλαιοκλίματος, είμαστε απόλυτα βέβαιοι ότι αυτό δεν αποτελεί σύμπτωση. Επιπλέον, η ανάλυση αυτή γεφυρώνει και εναρμονίζει όλα τα μέχρι τώρα ευρήματα σχετικά με αυτούς τους μηχανισμούς», δηλώνει η Paine.
Η «ασπίδα» του θείου: Πώς τα ηφαίστεια κρύβουν τον ήλιο
Οι ερευνητές προτείνουν ότι η διαδικασία ξεκινά όταν μια έκρηξη ωθεί μεγάλες ποσότητες θείου ψηλά στην ατμόσφαιρα.
Το θείο σχηματίζει μικροσκοπικά σωματίδια αερολύματος που αντανακλούν μέρος του εισερχόμενου ηλιακού φωτός πίσω στο διάστημα, ψύχοντας γρήγορα την επιφάνεια από κάτω.
Η τέφρα συχνά κατηγορείται για την ηφαιστειακή ψύξη, αλλά συνήθως πέφτει έξω από την ατμόσφαιρα σχετικά γρήγορα. Τα αερολύματα θείου είναι πιο σημαντικά επειδή μπορούν να εξαπλωθούν ευρέως στην ανώτερη ατμόσφαιρα και να παραμείνουν εκεί για πολύ περισσότερο χρόνο.
Δεν έχει κάθε μεγάλη έκρηξη το ίδιο κλιματικό αποτέλεσμα. Η επίδρασή της εξαρτάται από παράγοντες όπως η τοποθεσία της, η ποσότητα του θείου που απελευθερώνεται, το ύψος που φτάνει η στήλη της τέφρας και η κατάσταση του κλίματος εκείνη τη στιγμή.
Μια τεράστια έκρηξη μπορεί να έχει σχετικά περιορισμένο αποτέλεσμα εάν μεγάλο μέρος του θείου της απομακρυνθεί πριν φτάσει στην ανώτερη ατμόσφαιρα, ενώ μια μικρότερη αλλά πλούσια σε θείο έκρηξη μπορεί να προκαλέσει σημαντική ψύξη.
Αρχαίες εκρήξεις απελευθέρωσαν τεράστιες ποσότητες θείου
Ορισμένες εκρήξεις του Ολόκαινου απελευθέρωσαν εξαιρετικά μεγάλες ποσότητες.
Η έκρηξη του Σαμάλας το 1257, η έκρηξη Κ-Αχ στο σημερινό Ιαπωνία και η έκρηξη που σχημάτισε τη λίμνη Κουρίλ στη Ρωσία φαίνεται ότι η καθεμία διοχέτευσε στην ατμόσφαιρα υπερδιπλάσιο θείο από την έκρηξη του όρους Ταμπόρα το 1815.
Αυτή η αρχική έκρηξη θείου θα μπορούσε να ψύξει την ατμόσφαιρα αρκετά ώστε να θέσει σε κίνηση πιο αργές και μόνιμες αλλαγές.
Καθώς οι θερμοκρασίες πέφτουν στο βόρειο ημισφαίριο, ο θαλάσσιος πάγος της Αρκτικής αρχίζει να εξαπλώνεται. Επειδή ο λαμπερός πάγος αντανακλά περισσότερο ηλιακό φως από το σκοτεινό νερό του ωκεανού, η επέκτασή του εντείνει την ψύξη.
Ο πάγος περιορίζει επίσης τη μεταφορά θερμότητας και υγρασίας μεταξύ ωκεανού και ατμόσφαιρας, διαταράσσοντας περαιτέρω το κλιματικό σύστημα.
Ο επεκτεινόμενος θαλάσσιος πάγος μπορεί τελικά να αλλοιώσει την κυκλοφορία του Βόρειου Ατλαντικού, μειώνοντας την ποσότητα θερμότητας που μεταφέρεται προς τα βόρεια από τα ωκεάνια ρεύματα.
Ταυτόχρονα, η τροπική ζώνη βροχοπτώσεων του πλανήτη ενδέχεται να μετατοπιστεί νότια, αλλάζοντας τις βροχοπτώσεις σε ευρείες περιοχές και επιτρέποντας σε πιο ψυχρές και ξηρές συνθήκες να εξαπλωθούν σε μεγάλο μέρος του βόρειου ημισφαιρίου.
«Όλα αυτά τα αποτελέσματα αλληλοενισχύονται. Είναι το φαινόμενο της χιονοστιβάδας», λέει ο Πέιν.
Γιατί η ψύξη διάρκεσε για αιώνες
Η αρχική ηφαιστειακή διαταραχή μπορεί να διαρκέσει μόνο λίγα χρόνια, αλλά ο ωκεανός και ο θαλάσσιος πάγος αντιδρούν πολύ πιο αργά. Μόλις αυτά τα συστήματα ωθηθούν σε μια διαφορετική κατάσταση, μπορούν να διατηρήσουν την ψύξη για δεκαετίες ή αιώνες.
Οι παγετώνες έχουν τότε αρκετό χρόνο για να αναπτυχθούν, ιδιαίτερα σε περιοχές με μεγάλο υψόμετρο, όπως οι Άλπεις.
«Τα σωματίδια θείου απλώς θέτουν τη χιονοστιβάδα σε κίνηση. Όμως, ο αντίκτυπός τους στο σύστημα της Γης διαρκεί για δεκαετίες ή ακόμη και αιώνες, πολύ μετά την απομάκρυνση των σωματιδίων από την ατμόσφαιρα μέσω της βροχής».
Αυτός ο μηχανισμός διαφέρει από ό,τι συνέβη μετά την έκρηξη του όρους Ταμπόρα στη σημερινή Ινδονησία.
Το επόμενο έτος, το 1816, έγινε γνωστό ως η «Χρονιά Χωρίς Καλοκαίρι».
Οι θερμοκρασίες έπεσαν κατά αρκετούς βαθμούς σε ορισμένες περιοχές, οι σοδειές απέτυχαν και οι ελλείψεις τροφίμων εξαπλώθηκαν σε διάφορα μέρη του κόσμου.
Οι πιο σοβαρές επιπτώσεις εξασθένησαν αφότου τα ηφαιστειακά σωματίδια καθάρισαν από την ατμόσφαιρα.
Θα μπορούσε να συμβεί κάτι τέτοιο σήμερα;
Η νέα μελέτη υποδηλώνει ότι, υπό τις κατάλληλες συνθήκες, μια έκρηξη μπορεί να κάνει κάτι περισσότερο από το να προκαλέσει ένα σύντομο σοκ θερμοκρασίας.
Μπορεί να ενεργοποιήσει πιο αργές αναδράσεις που συνεχίζουν να αναδιαμορφώνουν το κλίμα πολύ μετά τον καθαρισμό του ουρανού.
Το αν αυτές οι αναδράσεις θα συμπεριφέρονταν με τον ίδιο τρόπο στο σημερινό, πολύ θερμότερο κόσμο, παραμένει ωστόσο αβέβαιο.
«Για τα γεγονότα που μελετήσαμε, το κλίμα βρισκόταν, ας πούμε, στη φυσική του κατάσταση», επισημαίνει ο Πέιν.
Η ανθρώπινη δραστηριότητα έχει έκτοτε μεταμορφώσει την ατμόσφαιρα και έχει θερμάνει τον πλανήτη, δημιουργώντας συνθήκες χωρίς στενό αντίστοιχο στο ιστορικό αρχείο του Ολόκαινου.
Ορισμένοι ερευνητές υποστηρίζουν ότι ένα ταχύτατα μεταβαλλόμενο κλίμα θα μπορούσε να είναι πιο ευάλωτο σε ξαφνικές διαταραχές. Άλλοι πιστεύουν ότι ακόμη και μια τεράστια έκρηξη θα προκαλούσε μόνο μια προσωρινή διακοπή στη πολύ μεγαλύτερη και συνεχιζόμενη υπερθέρμανση που οφείλεται στις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου.
«Όσο περισσότερο αλλάζει το κλίμα μας, τόσο πιο περίπλοκες γίνονται οι διαδικασίες», λέει ο Πέιν.
«Υπάρχει ακόμη ένα τεράστιο κενό γνώσης που πρέπει να καλυφθεί».