För all deras destruktiva kraft, de flesta vulkanutbrott är lokala händelser. Lava flöden tenderar att nå bara några miles som mest, medan luftburen aska och sot reser lite längre. Men ibland, större utbrott kan skjuta partiklar in i stratosfären, mer än 6 miles över jordens yta. Utbrottet av Mount Pinatubo på Filippinerna 1991 - världens största utbrott under de senaste 100 åren - är ett utmärkt exempel på ett stratosfäriskt utbrott.

När vulkaniska partiklar når stratosfären stannar de högt under lång tid, reflekterar solljus och kyler planeten tillfälligt. Genom att förstå historien om dessa stora utbrott, forskare kan börja placera korta svalkande episoder och andra diskreta klimathändelser i sammanhanget med storskaliga klimatmönster.

Forskare som arbetar vid University of Maryland, Université Grenoble Alpes i Frankrike, Ecole Normale Supérieure i Frankrike och Tokyo Institute of Technology har tagit fram en ny, mer exakt system för att identifiera stora stratosfäriska utbrott som registrerats i lagren av iskärnor i Antarktis.

Med hjälp av deras metod, forskarna gjorde några viktiga revideringar av den kända historien om stora utbrott - korrigerade rekordet på flera felidentifierade händelser samtidigt som de upptäckte några ännu okända stratosfäriska utbrott. Forskarna beskrev deras tillvägagångssätt, som identifierar luftburna vulkaniska partiklar med en specifik kemisk signatur, i en artikel publicerad den 28 januari, 2019, i tidningen Naturkommunikation .

"Jag tycker att det är mycket spännande att vi kan använda kemiska signaler för att bygga en mycket exakt registrering av stora, klimatrelevanta stratosfäriska utbrott, "sa James Farquhar, professor i geologi vid UMD och medförfattare till forskningsrapporten. "Detta historiska rekord kommer att vara mycket användbart för klimatforskare som vill förstå rollen för stora utbrott i klimatoscillationer. Men det finns också det grundläggande underverket att läsa ett kemiskt fingeravtryck som lämnas kvar i is."

Så småningom, vulkaniska partiklar faller från stratosfären, bosätter sig på marken nedanför. När de landar på snö, partiklarna täcks av mer snö som komprimeras till is. Detta bevarar ett register över utbrottet som överlever tills isen smälter. Forskare kan borra och hämta iskärnor på platser som Antarktis och Grönland, avslöjande utbrottstabeller som sträcker sig flera tusen år tillbaka.

Eftersom partiklar från stora stratosfäriska utbrott kan spridas över hela världen innan de faller till marken, tidigare metoder identifierade utbrott i stratosfären genom att leta efter sulfatpartikelskikt i is från båda halvklotet - vanligtvis från Antarktis och Grönland. Om samma lager av sulfat dök upp i båda kärnorna, deponeras samtidigt i jordens historia, forskare skulle dra slutsatsen att partiklarna kom från samma stora, stratosfäriska utbrott.

"För utbrott som är tillräckligt intensiva för att injicera material i stratosfären, det finns en signalerande signatur i svavelisotopförhållandena för sulfat bevarade i gamla islager, "förklarade Farquhar, som också har en tid i UMD:s Earth System Science Interdisciplinary Center. "Genom att istället fokusera på denna distinkta svavelisotopsignatur, vår nya metod gav några överraskande och användbara resultat. Vi fann att tidigare rekonstruktioner missade några stratosfäriska händelser och felaktigt identifierade andra. "

Studiens huvudförfattare, Elsa Gautier från Université Grenoble Alpes, gjorde en betydande del av analyserna vid UMD under ett Fulbright -stipendium för att arbeta med Farquhar 2013. Efter Gautiers ledning, forskarna utvecklade sin metod med hjälp av iskärnor som samlats in på en avlägsen plats i Antarktis som kallas Dome C. En av de högsta punkterna på Antarktis inlandsis, Dome C är hem för islager som sträcker sig nästan 50, 000 år.

Gautier och hennes kollega Joel Savarino, även vid Université Grenoble Alpes, samlade iskärnor vid kupol C som innehåller poster som sträcker sig ungefär 2, 600 år, som täcker en stor del av den registrerade mänskliga historien.

Forskarna använde sin metod för att bekräfta att många händelser verkligen hade identifierats korrekt med den äldre metoden för att matcha motsvarande sulfatskikt i iskärnor från båda halvklotet. Men några händelser, tidigare trodde att det var stora stratosfäriska utbrott, hade inte den signalerande svavelisotopsignaturen i sina sulfatskikt. Istället, forskarna drog slutsatsen, dessa lager måste ha deponerats av två eller flera mindre vulkaner som utbröt ungefär samtidigt vid höga breddgrader i båda halvklotet.

Forskarna hittade också några stora stratosfäriska händelser som innehåller isotopsignaturen, men var på något sätt begränsade till södra halvklotet.

"Detta är en styrka i vårt tillvägagångssätt, eftersom dessa händelser skulle ha klimatpåverkan men missas med andra metoder, "Farquhar sa." Vi har gjort en betydande förbättring av rekonstruktionen av stora stratosfäriska utbrott som inträffade under de senaste 2, 600 år. Detta är kritiskt viktigt för att förstå rollen som vulkanutbrott i klimatet och möjligen för att förstå vissa händelser i mänsklighetens historia, såsom utbrett hungersnöd. Det kan också hjälpa till att informera framtida klimatmodeller som kommer att ta hänsyn till stora vulkaniska händelser. "

Forskningspapperet, "2600 år av stratosfärisk vulkanism genom sulfatisotoper, "Elsa Gautier, Joel Savarino, Joost Hoek, Joseph Erbland, Nicolas Caillon, Shohei Hattori, Naohiro Yoshida, Emanuelle Albalat, Francis Albarede och James Farquhar, publicerades i tidningen Naturkommunikation den 28 januari 2019.