Per tutto il loro potere distruttivo, la maggior parte delle eruzioni vulcaniche sono eventi locali. I flussi di lava tendono a raggiungere solo poche miglia al massimo, mentre la cenere e la fuliggine trasportate dall'aria viaggiano un po' più lontano. Ma di tanto in tanto, eruzioni più grandi possono lanciare particelle nella stratosfera, più di 6 miglia sopra la superficie terrestre. L'eruzione del 1991 del Monte Pinatubo nelle Filippine, la più grande eruzione del mondo negli ultimi 100 anni, è un ottimo esempio di eruzione stratosferica.

Quando le particelle vulcaniche raggiungono la stratosfera rimangono in alto per molto tempo, riflettendo la luce solare e raffreddando temporaneamente il pianeta. Comprendendo la storia di queste grandi eruzioni, i ricercatori possono iniziare a collocare brevi episodi di raffreddamento e altri eventi climatici discreti nel contesto di modelli climatici su larga scala.

I ricercatori che lavorano presso l'Università del Maryland, l'Université Grenoble Alpes in Francia, l'Ecole Normale Supérieure in Francia e il Tokyo Institute of Technology hanno ideato un nuovo, sistema più accurato per identificare le grandi eruzioni stratosferiche registrate negli strati delle carote di ghiaccio antartico.

Usando il loro metodo, i ricercatori hanno apportato alcune importanti revisioni alla storia nota delle grandi eruzioni, correggendo il record di diversi eventi erroneamente identificati mentre scoprivano alcune eruzioni stratosferiche ancora sconosciute. I ricercatori hanno descritto il loro approccio, che identifica le particelle vulcaniche trasportate dall'aria con una specifica firma chimica, in un articolo pubblicato il 28 gennaio, 2019, nel diario Comunicazioni sulla natura .

"Trovo molto eccitante il fatto che siamo in grado di utilizzare segnali chimici per creare una registrazione altamente accurata di grandi, eruzioni stratosferiche rilevanti per il clima, "ha detto James Farquhar, un professore di geologia all'UMD e coautore del documento di ricerca. "Questo record storico sarà molto utile per gli scienziati del clima che cercano di comprendere il ruolo delle grandi eruzioni nelle oscillazioni climatiche. Ma c'è anche la meraviglia fondamentale di leggere un'impronta chimica che viene lasciata nel ghiaccio".

Infine, particelle vulcaniche cadono dalla stratosfera, stabilendosi sul terreno sottostante. Quando atterrano sulla neve, le particelle vengono ricoperte da altra neve che si compatta in ghiaccio. Ciò conserva una registrazione dell'eruzione che sopravvive fino allo scioglimento del ghiaccio. I ricercatori possono perforare e recuperare carote di ghiaccio in luoghi come l'Antartide e la Groenlandia, rivelando registrazioni di eruzioni che risalgono a diverse migliaia di anni.

Poiché le particelle delle grandi eruzioni stratosferiche possono diffondersi in tutto il mondo prima di cadere a terra, i metodi precedenti identificavano le eruzioni stratosferiche cercando strati di particelle di solfato nel ghiaccio di entrambi gli emisferi, solitamente dall'Antartide e dalla Groenlandia. Se gli stessi strati di solfato si presentassero in entrambi i nuclei, depositati contemporaneamente nella storia della Terra, i ricercatori concluderebbero che le particelle provenivano dallo stesso grande, eruzione stratosferica.

"Per le eruzioni abbastanza intense da iniettare materiale nella stratosfera, c'è una firma rivelatrice nei rapporti isotopici di zolfo del solfato conservati negli antichi strati di ghiaccio, " ha spiegato Farquhar, che ha anche un appuntamento nel Centro interdisciplinare di scienze del sistema terrestre dell'UMD. "Concentrandosi invece su questa caratteristica distintiva dell'isotopo di zolfo, il nostro nuovo metodo ha prodotto risultati sorprendenti e utili. Abbiamo scoperto che le ricostruzioni precedenti hanno mancato alcuni eventi stratosferici e ne hanno identificati erroneamente altri".

L'autore principale dello studio, Elsa Gautier dell'Université Grenoble Alpes, ha fatto una parte significativa delle analisi all'UMD mentre era in possesso di una borsa di studio Fulbright per lavorare con Farquhar nel 2013. Seguendo l'esempio di Gautier, i ricercatori hanno sviluppato il loro metodo utilizzando carote di ghiaccio raccolte in un sito remoto in Antartide chiamato Dome C. Uno dei punti più alti della calotta glaciale antartica, La cupola C ospita strati di ghiaccio che risalgono a quasi 50 anni fa, 000 anni.

Gautier e il suo collega Joel Savarino, anche all'Université Grenoble Alpes, carote di ghiaccio raccolte a Dome C che contengono record che risalgono a circa 2, 600 anni, copre gran parte della storia umana documentata.

I ricercatori hanno usato il loro metodo per confermare che molti eventi erano stati effettivamente identificati correttamente dal vecchio metodo di abbinamento dei corrispondenti strati di solfato nelle carote di ghiaccio di entrambi gli emisferi. Ma alcuni eventi, precedentemente ritenuti grandi eruzioni stratosferiche, non avevano la firma rivelatrice dell'isotopo di zolfo nei loro strati di solfato. Anziché, i ricercatori hanno concluso, questi strati devono essere stati depositati da due o più vulcani più piccoli che eruttarono all'incirca nello stesso momento ad alte latitudini in entrambi gli emisferi.

I ricercatori hanno anche scoperto alcuni grandi eventi stratosferici che contengono la firma dell'isotopo, ma erano in qualche modo vincolati all'emisfero australe.

"Questo è un punto di forza del nostro approccio, perché questi eventi avrebbero un impatto sul clima ma vengono persi con altri metodi, " ha detto Farquhar. "Abbiamo apportato un miglioramento significativo alla ricostruzione delle grandi eruzioni stratosferiche che si sono verificate negli ultimi 2, 600 anni. Questo è di fondamentale importanza per comprendere il ruolo delle eruzioni vulcaniche sul clima e possibilmente per comprendere alcuni eventi nella storia umana, come le carestie diffuse. Può anche aiutare a informare i futuri modelli climatici che terranno conto di grandi eventi vulcanici".

Il documento di ricerca, "2600 anni di vulcanismo stratosferico attraverso isotopi di solfato, "Elsa Gautier, Joel Savarino, Joost Hoek, Giuseppe Erba, Nicolas Caillon, Shohei Hattori, Naohiro Yoshida, Emanuelle Albalat, Francis Albarede e James Farquhar, è stato pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura il 28 gennaio, 2019.