Nästa stora vulkanutbrott kan sätta igång kemiska reaktioner som allvarligt skulle skada planetens redan belägrade ozonlager.

Omfattningen av skadorna på ozonskiktet som orsakas av en stor, explosivt utbrott beror på komplex atmosfärisk kemi, inklusive mängderna av människan tillverkade utsläpp i atmosfären. Med hjälp av sofistikerad kemisk modellering, forskare från Harvard University och University of Maryland undersökte vad som skulle hända med ozonskiktet som svar på storskaliga vulkanutbrott under resten av detta århundrade och i flera olika utsläppsscenarier för växthusgaser. Forskningen publicerades nyligen i Geofysiska forskningsbrev .

Jordens stratosfär återhämtar sig fortfarande från den historiska frisättningen av klorfluorkolväten (CFC) och andra ozonnedbrytande kemikalier. Även om CFC fasades ut genom Montrealprotokollet för 30 år sedan, halterna av klorinnehållande molekyler i atmosfären är fortfarande förhöjda. Explosiva vulkanutbrott som injicerar stora mängder svaveldioxid i stratosfären underlättar den kemiska omvandlingen av klor till mer reaktiva former som förstör ozon.

Forskare har länge vetat att när halterna av klor från människoproducerade CFC är höga, ozonnedbrytning kommer att uppstå efter ett vulkanutbrott. När halterna av klor från CFC är låga, vulkanutbrott kan faktiskt öka tjockleken på ozonskiktet. Men exakt när denna övergång sker - från utbrott som bryter ned ozon till utbrott som ökar ozonlagrets tjocklek - har länge varit osäkert. Tidigare forskning har satt övergångsfönstret någonstans mellan 2015 och 2040.

Harvard -forskarna fann att vulkanutbrott kan resultera i ozonnedbrytning fram till 2070 eller senare, trots minskande koncentrationer av konstgjorda CFC.

"Våra modellresultat visar att sårbarheten för ozonpelaren för stora vulkanutbrott sannolikt kommer att fortsätta sent in på 2000 -talet, betydligt senare än tidigare uppskattningar, "sa David Wilmouth, som ledde forskningen och är projektvetare vid Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences och Institutionen för kemi och kemisk biologi.

Så, varför sker detta skift så mycket senare än man tidigare trott?

"Tidigare uppskattningar tog inte hänsyn till vissa naturliga källor till halogengaser, såsom mycket kortlivade bromkarboner som härrör från marint plankton och mikroalger, "sa Eric Klobas, huvudförfattare och Harvard kemisk fysik doktorand.

Redovisningen för dessa utsläpp finjusterar tidpunkten för övergången från utbrott som orsakar ozonnedbrytning till utbrott som ökar tjockleken på ozonskiktet. Dessa naturliga bromkällor blir särskilt viktiga i den nedre stratosfären efter att koncentrationerna av människa-utsläppta CFC har minskat.

"Vi fann att koncentrationen av brom från naturliga, mycket kortlivade organiska föreningar är kritiskt viktigt, "sa Klobas." Även liten, Del-per-biljon förändringar i mängden brom från dessa källor kan innebära skillnaden mellan ett vulkanutbrott från slutet av 2000-talet som resulterar i utarmning av ozonpelare eller förbättring av ozonpelare. "

Forskarna undersökte sedan hur en vulkanisk händelse storleken på Mount Pinatubo -utbrottet, som sköt omkring 20 miljoner ton svaveldioxid in i stratosfären 1991, skulle påverka ozonskiktet 2100. Teamet modellerade fyra olika scenarier för utsläpp av växthusgaser, allt från mycket optimistiskt till det som vanligtvis anses vara det värsta scenariot.

Teamet fann att den mest optimistiska prognosen av framtida växthusgaskoncentrationer resulterade i mest ozonnedbrytning från ett vulkanutbrott. Omvänt, i det pessimistiska scenariot där utsläppen av växthusgaser fortsätter att öka snabbt under 2000 -talet, Ett utbrott i Mount Pinatubo-storlek skulle faktiskt leda till en liten ökning av ozon. Forskarna fann att de kallare stratosfäriska temperaturerna och högre metanhalter i detta scenario skulle dämpa viktiga ozonnedbrytande kemiska reaktioner.

Men, här är kickern:alla ovanstående scenarier antog att vulkanutbrottet bara skulle injicera svavel i stratosfären, som utbrottet av Mount Pinatubo i Filippinerna 1991. Om utbrottet också skulle injicera halogeninnehållande kemikalier såsom väteklorid (HCl) i stratosfären, resultaten kan bli fruktansvärda.

"Om vulkaniska halogener, som vanligtvis förekommer i stora mängder vid vulkanutbrott, skulle delas in väsentligt i stratosfären - i alla scenarier för utsläpp av växthusgaser, när som helst i framtiden - det kan potentiellt orsaka allvarliga förluster av stratosfäriskt ozon, sa Klobas.

I så fall, USA skulle kunna se en förlängd och betydande minskning av ozonlagrets tjocklek - upp till 15 till 25 procent i det högsta halogenscenariot som modellerats. Även små minskningar av tjockleken på ozonskiktet, som skyddar jordens yta från DNA-förstörande ultraviolett strålning, kan påverka människors hälsa och andra liv på denna planet negativt.

"Dessa utbrott är mycket ovanliga händelser men möjligheten finns, som framgår av det historiska rekordet, sa Wilmouth.