Jorden har i omkring 12.000 år været i holocæn-epoken, en periode med varmere klima efter en istid. I løbet af denne epoke har der dog været omkring 22 abrupt forekommende koldere faser, der varede op til flere århundreder og førte til udvidelse af gletsjere.
"Indtil nu har der ikke været en overbevisende forklaring på dette fænomen. Det har altid syntes at mangle noget," siger Alice Paine, støttet af den SNF, fra Universitetet i Basel. Man havde f.eks. antaget indflydelse fra sydgående isbjerge, svingninger i solaktivitet eller ændringer i havstrømme.
Postdoktoranden har nu sammen med et internationalt team undersøgt en anden idé nærmere: vulkanernes aktivitet. Deres i tidsskriftet Nature Communications publicerede undersøgelse beviser, at udbrud meget sandsynligt var udløseren for de langvarige kuldeperioder. Forskerne leverer også en overbevisende forklaring på mekanismen bag dette.
Samtidige vulkanudbrud og gletsjervækst
Holdet indsamlede fra forskellige kilder alle informationer om stærke vulkanudbrud i holocæn. Der var 51 af dem, mange af dem i det vestlige Stillehav langs den såkaldte Stillehavets Ildring. I denne region er mange aktive vulkaner, da jordens plader støder sammen og skubber over hinanden, hvilket kan udløse enorme, eksplosive udbrud.
Tidspunktet for vulkanbegivenhederne kunne fastlægges med stor nøjagtighed ved hjælp af iskerneprøver fra Arktis og Antarktis samt datering af organisk materiale indkapslet i askeaflejringer. En opdateret datering af vulkansten leverede yderligere informationer.
Disse informationer sammenlignede forskerne så med forekomsten af de længerevarende kuldeperioder i holocæn. Dateringen af disse faser blev hovedsageligt udført ved hjælp af informationer om den maksimale udvidelse af gletsjere. Dette skete gennem analyse af moræner, det stenmateriell, som isstrømme skubber med.
Resultatet: Mere end firs procent af gletsjerudvidelserne fandt sted samtidig med mindst et af vulkanudbruddene. "Ved at kombinere resultaterne af vores statistiske analyse med eksisterende palæoklimatiske rekonstruktioner er vi meget sikre på, at dette ikke er tilfældigt. Hertil kommer, at analysen også bringer al hidtidig viden om mekanismerne under ét," siger Paine.
Temperaturforhold kommer i ubalance
Ifølge disse bringer et vulkanudbrud nogle gange Jordens energibalance så meget ud af balance, at klimaet ændrer sig globalt: Ved udbruddet slynges svovlpartikler ud i atmosfæren, der reflekterer det indkommende sollys. Dermed afkøles Jordens overflade på den nordlige halvkugle.
Det arktiske havis udvider sig, hvilket får havet til at afgive mindre varme til atmosfæren. Dette ændrer havstrømmenes forløb. Et regnfuldt lavtryksområde omkring ækvator skifter også mod syd - og den kolde zone udvides.
"Alle effekterne forstærker hinanden, det fungerer efter sneboldeffekten," siger Paine. På et tidspunkt er det så koldt, at gletsjere begynder at vokse, især i højere områder som i Schweiz.
For at dette kan ske, skal nogle rammebetingelser dog være opfyldt. Hvis vulkanudbruddet er for svagt, når svovlpartiklerne ikke op i den øvre atmosfære. Er det derimod for stærkt, kan støvskyen kollapse under sin egen vægt, hvilket gør, at relativt lidt svovl når den højere atmosfære.
Paine understreger: Fænomenet skal ikke forveksles med det, der skete i 1816 i "året uden sommer". Dengang førte udbruddet af vulkanen Tambora i det nuværende Indonesien til et temperaturfald på flere grader, hvilket resulterede i fejlslagne afgrøder og hungersnød over hele verden. Effekten varede dog kun et år, indtil støvpartiklerne atter var forsvundet fra atmosfæren.
Med de længerevarende kuldeperioder forholder det sig anderledes. "Svovlpartiklerne bringer kun snebolden i gang. Men deres indvirkning på Jordens system varer i årtier eller endda århundreder, længe efter at partiklerne er vasket ud af atmosfæren igen."
Prognoser er vanskelige
Et stort spørgsmål er, om en sådan kuldeperiode udløst af vulkaner kan ske i den nærmeste fremtid. "Ved de af os undersøgte begivenheder befandt klimaet sig så at sige i sin naturlige tilstand," siger forskeren eftertænksomt. Aktuelt befinder det sig dog under menneskets indflydelse på en måde, som aldrig er set før.
Nogle forskere mener, at dette kan gøre klimaet meget lettere at ændre ved begivenheder som vulkanudbrud. Andre modsætter sig, at et vulkanudbrud i dag ikke er mere end en vandråbe på en varm sten - i betragtning af den igangværende massive ændring af atmosfæren. "Jo mere vores klima ændrer sig, desto mere komplekse bliver processerne," siger Paine. "Der er stadig et stort videnhul, der skal udfyldes."
Pressekontakt:
Alice R. Paine
Institut for Miljøvidenskab
Universitetet i Basel
Bernoullistrasse 32
4056 Basel
Tel.: +41 61 207 2880
E-Mail: alice.paine@unibas.ch