Stora vulkanutbrott i framtiden har potential att påverka globala temperaturer och nederbörd mer dramatiskt än tidigare på grund av klimatförändringar, enligt en ny studie som leds av National Center for Atmospheric Research (NCAR).

Studieförfattarna fokuserade på den katastrofala utbrottet i Indonesiens Mount Tambora i april 1815, som tros ha utlöst det så kallade "året utan sommar" 1816. De fann att om ett liknande utbrott inträffade år 2085, temperaturen skulle sjunka djupare, men inte tillräckligt för att kompensera den framtida uppvärmningen i samband med klimatförändringarna. Den ökade kylningen efter ett framtida utbrott skulle också störa vattencykeln allvarligare, minska mängden nederbörd som faller globalt.

Orsaken till skillnaden i klimatsvar mellan 1815 och 2085 är knuten till haven, som förväntas bli mer skiktade när planeten värms, och därmed mindre förmåga att dämpa klimatpåverkan som orsakas av vulkanutbrott.

"Vi upptäckte att haven spelar en mycket stor roll för att moderera, samtidigt som den förlängs, ytkylningen som orsakades av utbrottet 1815, "sa NCAR -forskaren John Fasullo, huvudförfattare till den nya studien. "Den vulkaniska sparken är just det - det är en svalkande spark som varar i ett år eller så. Men haven ändrar tidsskalan. De agerar för att inte bara dämpa den ursprungliga kylningen utan också för att sprida den över flera år."

Forskningen kommer att publiceras 31 oktober i tidskriften Naturkommunikation . Arbetet finansierades delvis av National Science Foundation, NCAR:s sponsor. Andra finansiärer inkluderar NASA och US Department of Energy. Studiens medförfattare är Robert Tomas, Samantha Stevenson, Bette Otto-Bliesner, och Esther Brady, hela NCAR, liksom Eugene Wahl, av National Oceanic and Atmospheric Administration.

En detaljerad titt på ett dödligt förflutet

Mount Tamboras utbrott, den största under de senaste århundradena, spydde en enorm mängd svaveldioxid i den övre atmosfären, där det förvandlades till sulfatpartiklar som kallas aerosoler. Skiktet med ljusreflekterande aerosoler kylde jorden, satte igång en kedja av reaktioner som ledde till en extremt kall sommar 1816, särskilt i Europa och nordöstra Nordamerika. "År utan sommar" klandras för utbrett grödor och sjukdomar, orsakar mer än 100, 000 dödsfall globalt.

För att bättre förstå och kvantifiera klimateffekterna av Mount Tamboras utbrott, och för att undersöka hur dessa effekter kan skilja sig åt för ett framtida utbrott om klimatförändringen fortsätter på dess nuvarande bana, forskargruppen vände sig till en sofistikerad datormodell som utvecklats av forskare från NCAR och det bredare samhället.

Forskarna tittade på två uppsättningar simuleringar från Community Earth System Model. Det första togs från CESM Last Millennium Ensemble Project, som simulerar jordens klimat från år 850 till 2005, inklusive vulkanutbrott i det historiska rekordet. Den andra uppsättningen, som förutsätter att utsläppen av växthusgaser fortsätter oförminskat, skapades genom att köra CESM framåt och upprepa ett hypotetiskt Mount Tambora -utbrott 2085.

De historiska modellsimuleringarna avslöjade att två utjämningsprocesser hjälpte till att reglera jordens temperatur efter Tamboras utbrott. När aerosoler i stratosfären började blockera en del av solens värme, denna kylning intensifierades av en ökning av mängden mark som täcks av snö och is, som reflekterade värmen tillbaka till rymden. På samma gång, haven fungerade som en viktig motvikt. När havets yta svalnade, det kallare vattnet sjönk, så att varmare vatten kan stiga och släppa ut mer värme i atmosfären.

När haven själva hade svalnat avsevärt, aerosolskiktet hade börjat försvinna, så att mer av solens värme kan nå jordens yta igen. Vid det tillfället, havet fick den motsatta rollen, hålla atmosfären svalare, eftersom haven tar mycket längre tid att värma upp än land.

"I våra modellkörningar, vi fann att jorden faktiskt nådde sin lägsta temperatur året efter, när aerosolerna nästan var borta, "Fasullo sa." Det visar sig att aerosolerna inte behövde sitta kvar ett helt år för att fortfarande ha ett år utan sommar 1816, sedan dess hade haven svalnat avsevärt. "

Havet i ett förändrat klimat

När forskarna studerade hur klimatet 2085 skulle reagera på ett hypotetiskt utbrott som efterliknade Mount Tamboras, de fann att jorden skulle uppleva en liknande ökning av landarealen täckt av snö och is.

Dock, havets förmåga att dämpa kylningen skulle minska väsentligt år 2085. Som ett resultat storleken på jordens ytkylning kan vara så mycket som 40 procent större i framtiden. Forskarna varnar, dock, att den exakta storleken är svår att kvantifiera, eftersom de bara hade ett relativt litet antal simuleringar av det framtida utbrottet.

Anledningen till förändringen har att göra med ett mer skiktat hav. När klimatet värms upp, havet yttemperaturer ökar. Det varmare vattnet vid havets yta kan då inte blandas med det kallare, tätare vatten nedanför.

I modellkörningarna, denna ökning av havsstratifiering innebar att vattnet som kyldes efter vulkanutbrottet fastnade vid ytan istället för att blanda sig djupare i havet, minska värmen som släpps ut i atmosfären.

Forskarna fann också att det framtida utbrottet skulle ha en större effekt på nederbörden än det historiska utbrottet i Mount Tambora. Kylare havsytemperaturer minskar mängden vatten som avdunstar i atmosfären och, därför, också minska den globala genomsnittliga nederbörden.

Även om studien visade att jordens svar på ett Tambora-liknande utbrott skulle vara mer akut i framtiden än tidigare, forskarna noterar att den genomsnittliga ytkylningen som orsakades av utbrottet 2085 (cirka 1,1 grader Celsius) inte skulle vara tillräckligt nära för att kompensera den uppvärmning som orsakas av klimatförändringar som orsakas av människor (cirka 4,2 grader Celsius år 2085).

Studieförfattare Otto-Bliesner sa:"Klimatsystemets svar på utbrottet i Indonesien vid Mount Tambora 1815 ger oss ett perspektiv på potentiella överraskningar för framtiden, men med vriden att vårt klimatsystem kan reagera mycket annorlunda. "