Μια μεγάλη ηφαιστειακή έκρηξη είναι γνωστό ότι μπορεί να προκαλέσει αισθητή πτώση της θερμοκρασίας του πλανήτη για ένα ή δύο χρόνια, εξαιτίας των σωματιδίων και των αερολυμάτων που εκτοξεύονται στην ατμόσφαιρα. Ωστόσο, νέα διεθνής επιστημονική έρευνα έρχεται να ανατρέψει όσα γνωρίζαμε μέχρι σήμερα, υποστηρίζοντας ότι ορισμένες από τις ισχυρότερες εκρήξεις στην ιστορία της Γης είχαν πολύ πιο μακροχρόνιες συνέπειες, προκαλώντας ψυχρές κλιματικές περιόδους που διήρκεσαν όχι χρόνια, αλλά ολόκληρους αιώνες.
Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στην έγκριτη επιστημονική επιθεώρηση Nature Communications, επιχειρεί να δώσει απάντηση σε ένα από τα σημαντικότερα αναπάντητα ερωτήματα της παλαιοκλιματολογίας: γιατί, κατά τη διάρκεια του Ολόκαινου –της γεωλογικής περιόδου που ξεκίνησε πριν από περίπου 11.700 χρόνια και χαρακτηρίζεται από σχετικά σταθερό και θερμό κλίμα– παρατηρήθηκαν επανειλημμένα παρατεταμένες περίοδοι ψύξης.
Οι επιστήμονες έχουν εντοπίσει συνολικά 22 τέτοια επεισόδια κατά τα οποία οι θερμοκρασίες μειώθηκαν αισθητά, μεταβλήθηκαν τα πρότυπα των βροχοπτώσεων, επηρεάστηκαν τα οικοσυστήματα και οι ορεινοί παγετώνες επεκτάθηκαν σημαντικά. Μέχρι σήμερα είχαν διατυπωθεί διάφορες θεωρίες για την προέλευση αυτών των κλιματικών μεταβολών, όπως αλλαγές στην ηλιακή δραστηριότητα, διαταραχές στα θαλάσσια ρεύματα ή μεγάλες μετακινήσεις παγόβουνων στον Βόρειο Ατλαντικό. Καμία όμως δεν κατάφερνε να εξηγήσει πειστικά το φαινόμενο.
Η επικεφαλής της έρευνας, η μεταδιδακτορική ερευνήτρια του Ελβετικού Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών (SNSF) στο Πανεπιστήμιο της Βασιλείας, Άλις Πέιν, επισημαίνει ότι μέχρι σήμερα έλειπε ένα βασικό κομμάτι του παζλ. Η ίδια και η διεθνής ομάδα επιστημόνων που συμμετείχε στη μελέτη εξέτασαν το ενδεχόμενο οι μεγάλες ηφαιστειακές εκρήξεις να αποτελούν τον αρχικό μηχανισμό που πυροδοτούσε αυτές τις πολυετείς ψυχρές περιόδους.
Ανασύνθεση 12.000 ετών ηφαιστειακής δραστηριότητας
Για τις ανάγκες της έρευνας οι επιστήμονες συγκέντρωσαν στοιχεία για 51 μεγάλες ηφαιστειακές εκρήξεις που σημειώθηκαν κατά τη διάρκεια του Ολόκαινου, κυρίως στο βόρειο τμήμα του πλανήτη και ιδιαίτερα γύρω από το λεγόμενο «Δαχτυλίδι της Φωτιάς» του Ειρηνικού Ωκεανού, τη μεγαλύτερη ζώνη σεισμικής και ηφαιστειακής δραστηριότητας της Γης.
Η ανακατασκευή εκρήξεων που συνέβησαν πριν από χιλιάδες χρόνια αποτελεί ιδιαίτερα δύσκολη διαδικασία, καθώς τα περισσότερα γεωλογικά ίχνη έχουν αλλοιωθεί ή καταστραφεί από τη διάβρωση και μεταγενέστερες εκρήξεις. Για τον λόγο αυτό οι ερευνητές συνδύασαν στοιχεία από ηφαιστειακές αποθέσεις, θειικά άλατα που έχουν διατηρηθεί σε πυρήνες πάγου από τη Γροιλανδία και την Ανταρκτική, ραδιομετρικές χρονολογήσεις ηφαιστειακών πετρωμάτων, αλλά και οργανικά υλικά που βρέθηκαν θαμμένα κάτω από στρώματα ηφαιστειακής τέφρας.
Στη συνέχεια συνέκριναν τις ημερομηνίες των εκρήξεων με τις 22 γνωστές περιόδους σημαντικής επέκτασης παγετώνων, οι οποίες έχουν καταγραφεί σε 17 διαφορετικές περιοχές του πλανήτη. Οι επεκτάσεις αυτές τεκμηριώθηκαν μέσω των μοραινών, δηλαδή των σωρών από βράχους και ιζήματα που αφήνουν πίσω τους οι παγετώνες όταν φτάνουν στη μέγιστη εξάπλωσή τους.
Ισχυρή συσχέτιση μεταξύ εκρήξεων και ψυχρών περιόδων
Τα αποτελέσματα εντυπωσίασαν ακόμη και τους ίδιους τους ερευνητές. Μόλις τέσσερις από τις 22 περιόδους επέκτασης των παγετώνων δεν συνέπεσαν χρονικά –μέσα στα επιτρεπτά όρια αβεβαιότητας– με κάποια μεγάλη ηφαιστειακή έκρηξη. Με άλλα λόγια, περισσότερο από το 80% των ψυχρών περιόδων φαίνεται να σχετίζεται με τουλάχιστον μία μεγάλη έκρηξη.
Η σχέση γίνεται ακόμη πιο εντυπωσιακή όταν εξετάζονται οι ισχυρότερες εκρήξεις. Όλες οι γνωστές ηφαιστειακές εκρήξεις του Ολόκαινου με μέγεθος 7 ή μεγαλύτερο συνέβησαν σε χρονική εγγύτητα με περιόδους επέκτασης παγετώνων, ενώ στο 72% των περιπτώσεων υπάρχουν ενδείξεις ότι οι παγετώνες αυξήθηκαν ταυτόχρονα και στα δύο ημισφαίρια.
Για να αποκλείσουν το ενδεχόμενο η συσχέτιση να είναι τυχαία, οι επιστήμονες δημιούργησαν 10 εκατομμύρια διαφορετικά τυχαία σενάρια ημερομηνιών εκρήξεων. Ακόμη και τότε, η στατιστική ανάλυση έδειξε με επίπεδο εμπιστοσύνης 99% ότι η σχέση μεταξύ των μεγαλύτερων ηφαιστειακών εκρήξεων και των ψυχρών κλιματικών περιόδων δεν μπορεί να αποδοθεί στη σύμπτωση.
Ο καθοριστικός ρόλος του θείου
Σύμφωνα με τους ερευνητές, ο βασικός μηχανισμός δεν είναι η ηφαιστειακή τέφρα, όπως πίστευαν πολλοί μέχρι σήμερα, αλλά οι τεράστιες ποσότητες διοξειδίου του θείου που εκτοξεύονται στην ανώτερη ατμόσφαιρα.
Το θείο μετατρέπεται σε πολύ μικρά αερολύματα, τα οποία αντανακλούν σημαντικό μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας πίσω στο διάστημα, προκαλώντας ταχεία ψύξη της επιφάνειας της Γης. Σε αντίθεση με την τέφρα, που κατακάθεται σχετικά γρήγορα, τα αερολύματα παραμένουν για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα στην ανώτερη ατμόσφαιρα και επηρεάζουν περισσότερο το παγκόσμιο κλίμα.
Ωστόσο, δεν έχουν όλες οι εκρήξεις την ίδια επίδραση. Ρόλο παίζουν η ποσότητα του θείου που απελευθερώνεται, η γεωγραφική θέση του ηφαιστείου, το ύψος στο οποίο φτάνει το ηφαιστειακό νέφος, αλλά και η κατάσταση στην οποία βρίσκεται το κλιματικό σύστημα τη συγκεκριμένη χρονική περίοδο.
Εκρήξεις που άλλαξαν την ιστορία του κλίματος
Ορισμένες από τις ισχυρότερες ηφαιστειακές εκρήξεις του Ολόκαινου απελευθέρωσαν τεράστιες ποσότητες θείου.
Ανάμεσά τους ξεχωρίζουν η έκρηξη του Samalas το 1257 στην Ινδονησία, η έκρηξη K-Ah στη σημερινή Ιαπωνία και εκείνη που δημιούργησε τη λίμνη Kurile στη Ρωσία. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, οι συγκεκριμένες εκρήξεις απελευθέρωσαν περισσότερο από διπλάσια ποσότητα θείου σε σχέση με την περίφημη έκρηξη του όρους Ταμπόρα το 1815, η οποία προκάλεσε το γνωστό ως «Έτος χωρίς καλοκαίρι» το 1816.
Η νέα μελέτη υποστηρίζει ότι αυτή η αρχική έκλυση θείου ήταν αρκετή για να ενεργοποιήσει μια αλυσίδα αργών αλλά εξαιρετικά ισχυρών μηχανισμών ανατροφοδότησης του κλιματικού συστήματος.
Μια «χιονοστιβάδα» αλλαγών
Καθώς η θερμοκρασία μειώνεται, ο θαλάσσιος πάγος στην Αρκτική αρχίζει να επεκτείνεται. Επειδή ο λευκός πάγος αντανακλά πολύ περισσότερο ηλιακό φως από τα σκοτεινά νερά των ωκεανών, η διαδικασία αυτή ενισχύει ακόμη περισσότερο την ψύξη του πλανήτη.
Ταυτόχρονα, ο εκτεταμένος θαλάσσιος πάγος περιορίζει τη μεταφορά θερμότητας και υγρασίας μεταξύ ωκεανών και ατμόσφαιρας, επηρεάζει την κυκλοφορία των θαλάσσιων ρευμάτων στον Βόρειο Ατλαντικό και μετατοπίζει τις τροπικές ζώνες βροχοπτώσεων προς τον νότο, αλλάζοντας τα κλιματικά πρότυπα σε μεγάλες περιοχές του πλανήτη.
Όπως χαρακτηριστικά αναφέρει η Άλις Πέιν, όλες αυτές οι διαδικασίες λειτουργούν σαν μια «χιονοστιβάδα», όπου κάθε αλλαγή ενισχύει την επόμενη.
Γιατί η ψύξη διαρκούσε επί αιώνες
Οι επιστήμονες εξηγούν ότι, ενώ τα αερολύματα θείου παραμένουν στην ατμόσφαιρα μόνο για λίγα χρόνια, οι ωκεανοί και οι παγετώνες αντιδρούν πολύ πιο αργά.
Αφού το κλιματικό σύστημα περάσει σε μια νέα κατάσταση ισορροπίας, οι χαμηλότερες θερμοκρασίες μπορούν να διατηρηθούν για δεκαετίες ή ακόμη και για αιώνες, επιτρέποντας στους παγετώνες να επεκταθούν σημαντικά, ιδιαίτερα σε ορεινές περιοχές όπως οι Άλπεις.
Τι σημαίνει για το σημερινό κλίμα
Παρότι η μελέτη αποκαλύπτει έναν νέο μηχανισμό που ίσως εξηγεί τις μεγάλες κλιματικές μεταβολές του παρελθόντος, οι επιστήμονες τονίζουν ότι δεν είναι βέβαιο πως θα λειτουργούσε με τον ίδιο τρόπο στον σημερινό πλανήτη.
Η σύγχρονη ατμόσφαιρα έχει μεταβληθεί ριζικά από τις ανθρώπινες δραστηριότητες και τις αυξημένες συγκεντρώσεις αερίων του θερμοκηπίου, ενώ η υπερθέρμανση του πλανήτη δημιουργεί συνθήκες που δεν έχουν προηγούμενο κατά τη διάρκεια του Ολόκαινου.
Ορισμένοι ειδικοί εκτιμούν ότι ένα ταχέως μεταβαλλόμενο κλίμα ίσως είναι περισσότερο ευάλωτο σε απότομες διαταραχές, ενώ άλλοι θεωρούν ότι ακόμη και μια γιγαντιαία ηφαιστειακή έκρηξη θα μπορούσε να προκαλέσει μόνο μια προσωρινή επιβράδυνση της σημερινής υπερθέρμανσης, η οποία τροφοδοτείται κυρίως από τις ανθρώπινες εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου.
Όπως καταλήγει η επικεφαλής της έρευνας, «όσο περισσότερο αλλάζει το κλίμα μας, τόσο πιο πολύπλοκες γίνονται οι διεργασίες που το επηρεάζουν. Εξακολουθεί να υπάρχει ένα τεράστιο κενό γνώσης που η επιστημονική κοινότητα καλείται να καλύψει».
