Una nuova analisi delle nubi di cenere create da grandi eruzioni vulcaniche mostra che gli effetti di raffreddamento temporaneo cambiano man mano che l'ambiente diventa più caldo.

Il 15 giugno 1991, il vulcano Monte Pinatubo nelle Filippine esplose con un'esplosione catastrofica così violenta che il vulcano crollò su se stesso. La sua nuvola di gas e cenere ha raggiunto circa 40 km nell'aria e nelle settimane successive la nuvola è entrata nella stratosfera e si è diffusa in tutto il mondo. Durante l'anno successivo, la temperatura media globale è scesa di circa 0,5 gradi Celsius.

Un vulcano è un'apertura nella crosta terrestre che consente alla roccia calda e fusa di fuoriuscire in superficie. Consente inoltre la fuoriuscita di gas e ceneri dall'interno della terra ad alta temperatura.

Le eruzioni vulcaniche svolgono un ruolo importante nel raffreddamento del pianeta. I gas di zolfo dei pennacchi vulcanici si combinano con altri gas nell'atmosfera e questi aerosol diffondono la radiazione solare, riflettendola nello spazio. Ma gli scienziati temono che il cambiamento climatico possa rendere le eruzioni meno efficaci nel ridurre le temperature globali. Questo ciclo di feedback, in cui il cambiamento climatico potrebbe ostacolare o amplificare la capacità delle eruzioni vulcaniche di combattere l'aumento delle temperature, non è attualmente incluso negli scenari climatici futuri.

Il progetto VOLCPRO si è proposto di studiare due diversi tipi di eruzioni per vedere se il riscaldamento globale ne compromettesse l'effetto di raffreddamento.

Thomas Aubry, ricercatore presso l'Università di Cambridge nel Regno Unito e borsista Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) su VOLCPRO, si è chiesto se un'eruzione come il Monte Pinatubo avrebbe avuto lo stesso effetto di raffreddamento se si fosse verificata cento anni dopo in un mondo in cui l'aumento della temperatura globale, dovuto agli effetti del cambiamento climatico, continua incontrollato.

Eruzione ad alta intensità

Il primo tipo di eruzione, simile al Monte Pinatubo, è noto come eruzione ad alta intensità. Questo tipo emette pennacchi di cenere e particelle che raggiungono i 25 km o più nell'atmosfera e contiene miliardi di tonnellate di gas di zolfo. Relativamente rara, un'eruzione di questo tipo potente si verifica ogni pochi decenni:il Monte Pinatubo è stata una delle più grandi eruzioni che il mondo avesse visto in un secolo.

Il secondo tipo è più piccolo, ma più frequente. "Ci chiedevamo in che modo il cambiamento climatico influenzerà questi due diversi tipi di eruzioni, quelle piccole rispetto a quelle grandi", ha affermato Aubry.

Il team VOLCPRO ha modellato le eruzioni storiche mostrando la loro influenza sul clima, quindi ha simulato cosa accadrebbe se quelle stesse eruzioni si verificassero in futuro, quando il clima è cambiato e le temperature globali sono più calde.

Le loro simulazioni si basavano sul modello climatico avanzato del Met Office del Regno Unito. "All'interno di quel modello (U.K. Met Office), abbiamo aggiunto un altro modello in grado di simulare l'ascesa di un pennacchio vulcanico e quanto in alto può salire questa colonna vulcanica a seconda, ad esempio, delle condizioni del vento durante il giorno dell'eruzione o della temperatura nell'atmosfera quel giorno, e così via", ha detto Aubry.

Per le grandi eruzioni, hanno scoperto che il raffreddamento sarebbe stato amplificato dal riscaldamento globale, "che è una specie di buona notizia", ​​ha affermato Aubry. "Più riscaldamento globale, più raffreddamento vulcanico".

In un'atmosfera più calda, i pennacchi delle eruzioni ad alta intensità saliranno ancora più in alto, consentendo alle minuscole particelle vulcaniche di viaggiare più lontano. Questa foschia di aerosol coprirà un'area più ampia, riflettendo più radiazione solare e amplificando l'effetto di raffreddamento temporaneo di questi vulcani.

Era vero il contrario per le eruzioni vulcaniche più piccole e più frequenti. In quei casi, le temperature più calde hanno contrastato gli effetti di raffreddamento delle eruzioni.

Tuttavia, prima di spingere per includere le loro scoperte nelle proiezioni dei cambiamenti climatici globali degli scienziati, Aubry vuole studiare altri vulcani e altri modelli per rafforzare i loro risultati.

VOLCPRO si è concentrato sui vulcani tropicali, poiché le eruzioni attorno all'equatore tendono a influenzare il clima a livello globale perché le particelle vulcaniche si diffondono facilmente in entrambi gli emisferi. Includendo i vulcani più vicini ai poli, i ricercatori saranno in grado di determinare come altre eruzioni rispondono a temperature più elevate. Vogliono anche includere più modelli climatici, non solo quelli del Regno Unito, per assicurarsi che i loro risultati siano solidi.

Cenere vulcanica

Nel frattempo, Elena Maters, un'ex borsista MSCA ora residente all'Università di Cambridge nel Regno Unito, sta lavorando per capire cosa succede alla cenere vulcanica nell'atmosfera e come influenza la formazione delle nubi e, in definitiva, il clima.

La cenere vulcanica promuove la formazione di ghiaccio nell'atmosfera, che alla fine sostituisce l'acqua nelle nuvole. Le nuvole sono uno dei più grandi punti interrogativi nella ricerca sul clima, e più capiamo come si formano e come si comportano, più precisi saranno i nostri modelli.

"Il presupposto comune è che l'acqua liquida si trasformerà in ghiaccio sotto lo zero (gradi)", ha spiegato Maters. Non è sempre così e le piccole goccioline possono rimanere liquide fino a circa meno 35 gradi Celsius. Ma le particelle nell'atmosfera creano "superfici catalitiche che rendono più facile per le molecole d'acqua formare un cristallo di ghiaccio".

La polvere minerale, dalla sabbia originaria delle regioni desertiche di tutto il mondo come i deserti del Sahara e del Gobi, è la fonte dominante di particelle solide nell'atmosfera. Tuttavia, ci sono molte altre fonti, inclusa la cenere vulcanica.

Il progetto INoVA ha cercato di determinare la misura in cui la cenere vulcanica aiuta la formazione di ghiaccio.

"In media annuale, c'è circa 10 volte meno cenere vulcanica (rispetto alla polvere minerale) nell'atmosfera", ha detto Maters. "Ma puoi avere grandi eruzioni che possono rapidamente, nel giro di poche ore o giorni, rilasciare enormi quantità di particelle, e questo è stato trascurato in molti modelli climatici e anche nei casi che esaminano gli impatti dei vulcani".

Formazione di ghiaccio

Nell'ambito di INoVA, Maters e colleghi hanno studiato l'efficacia della cenere vulcanica nel promuovere la formazione di ghiaccio. Lo hanno confrontato con l'onnipresente polvere minerale, testando per vedere quali tipi hanno avuto più successo.

Le ceneri vulcaniche sono principalmente di vetro, con una spolverata di minerali come feldspati e ossidi di ferro. La composizione della cenere dipende, tra le altre cose, dalla composizione del magma che ribolle al di sotto e dalla velocità con cui viene espulso in modo esplosivo dal vulcano.

Studi precedenti hanno confrontato solo una manciata di tipi di cenere, ha affermato Maters, la cui ricerca si concentra sulla reattività e sulla chimica delle ceneri vulcaniche. "Non puoi misurare due o tre campioni e poi trarre una conclusione per tutte le ceneri vulcaniche e le eruzioni vulcaniche nel mondo. Variano enormemente nella composizione del vetro, nella proporzione tra vetro e minerali, nei tipi di minerali e così gli esperimenti che ho fatto stavano cercando di raggiungere il fondo della gamma di efficacia della cenere vulcanica da diversi tipi di eruzioni", ha detto.

Maters ha prelevato nove campioni di cenere con una gamma di composizioni e li ha utilizzati per creare nove campioni sintetici mediante fusione e raffreddamento rapido. Ha confrontato questi 18 campioni per identificare quali proprietà rendono la cenere vulcanica più attiva nella creazione di ghiaccio. In un altro studio con un gruppo del Karlsruhe Institute of Technology in Germania, Maters e colleghi hanno analizzato altri 15 campioni vulcanici per identificare le loro proprietà di produzione del ghiaccio.

Ha suggerito che il componente più ghiacciato nella cenere vulcanica è il feldspato alcalino, un minerale composto da alluminio, silicio e ossigeno che si trova comunemente nella crosta terrestre. "Ora, avendo questa comprensione di quali minerali nella cenere sono bravi a nucleare (formare) il ghiaccio", ha detto Maters, "potresti essere in grado di prevedere quando un vulcano erutta se quel vulcano, in base alla sua composizione del magma, potrebbe produrre ghiaccio-attivo cenere."

Sebbene in precedenza il suo lavoro fosse molto basato sul laboratorio, la pandemia di COVID l'ha costretta a fare la modella, ha scherzato. Ora sta studiando le eruzioni vulcaniche di Eyjafjallajökull del 2010 in Islanda per vedere come ciò abbia introdotto particelle che formano ghiaccio nell'atmosfera e come queste particelle siano state confrontate con l'abbondanza di polvere minerale.

Lo studio esaminerà come la cenere vulcanica abbia un ruolo nella formazione del ghiaccio quando la colleghiamo effettivamente all'atmosfera. Lo confronterà con altri tipi di particelle, come la polvere minerale e pone la domanda:"Ha importanza?"

Man mano che vengono sviluppati modelli climatici migliori, "È una prova di concetto per dimostrare che le eruzioni esplosive potrebbero essere importanti da includere", ha affermato Maters. + Esplora ulteriormente

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