Supervulkanen Los Chocoyos i Guatemala, Centralamerika, utbröt omkring 84, 000 år sedan, och var en av de största vulkaniska händelserna under de senaste 100, 000 år.

Nya petrologiska data visar att Los Chocoyos-utbrottet släppte ut stora mängder svavel- och ozonnedbrytande klor- och bromgaser.

Vulkanen var en del av den välkända Ring of Fire, ligger som en hästsko runt och i Stilla havet. Detta är en jordbävningszon, och här finns 75% av alla kända vulkaner (både aktiva och vilande). Vulkanerna Atitlán och Tolimán följde Los Chocoyos-utbrottet, och förbli aktiv idag.

I ett utbrott, supervulkaner kan orsaka enorm förstörelse lokalt, men de har också stora effekter över hela världen på grund av de enorma gas- och stoftutsläppen till atmosfären. Och som en forskargrupp nu visar, de kan orsaka stora förändringar i atmosfären under flera år.

Försvagat ozonskikt

Baserat på Los Chocoyos-utbrottet, forskare från universitetet i Oslo (UiO), GEOMAR och NCAR simulerade utsläpp av gasformigt svavel och halogen till atmosfären under förindustriell tid. De använde det amerikanska jordsystemet Community Earth System Model (CESM)/Whole Atmosphere Community Climate Model (WACCM) med interaktiva "utsläpp" av vulkaniska aerosoler och gaser till atmosfären.

Körningarna visade att förhöjda mängder sulfat och aerosoloptiskt djup (AOD) från utbrottet skulle kvarstå i fem år i atmosfären, och mängden halogen skulle förbli hög i nästan 15 år.

Som en konsekvens av denna förändring i atmosfärisk kemi, ozonskiktet skulle kollapsa. Forskarna fann en 80 % minskning av ozonskiktet som ett globalt genomsnitt.

"Ozonförsvagning i denna skala kan orsaka en 550 % ökning av UV-strålningen under de första fem åren efter utbrottet, som kan ha mycket allvarliga potentiella effekter på människor och biosfären, säger Hans Brenna, första författare till studien. Han är doktorand vid Institutionen för geovetenskap vid UiO och forskare vid Norges Meteorologiske Institut.

Effekten på klimatet efter ett så enormt vulkanutbrott kommer att pågå i upp till flera decennier.

"Återhämtningen till ozonnivåerna och klimatet före utbrottet tar 15 år och 30 år, respektive, enligt resultat från simuleringarna. Den långvariga effekten av att kyla jordens yta upprätthålls av en omedelbar ökning av havsisområdet i Arktis, följt av en minskning av havsvärmetransporten vid 60° N till Ishavet. Denna effekt kvarstår i upp till 20 år, säger Kirstin Krüger, professor i meteorologi vid UiO.

Effekten av utbrottet slår annorlunda ut

Forskarna fann också att effekten av vulkanutbrott skulle vara olika i olika delar av världen. På norra halvklotet skulle utbrottet orsaka avkylning på grund av ökade atmosfäriska aerosoler, vilket skulle öka nederbörden och resultera i en minskning av primärproduktionen med mer än 25 %. De fann också att havsisen skulle öka med 40 % under de första 3 åren.

Vid ekvatorn och i de norra delarna av Afrika, utbrottet skulle orsaka ökad luftfuktighet och resultera i mycket högre primärproduktion under de första fem åren efter utbrottet. Det skulle ske en förskjutning av lågtryckszonen vid ekvatorn känd som Intertropical Convergence Zone (ITCZ), som skulle röra sig mer mot sydliga breddgrader. Dessutom, havet skulle reagera med El Niño-liknande mekanismer under de första tre åren; de kommer också att flytta söderut.

"Eftersom modellosäkerheterna för klimatrespons och atmosfärisk kemi i vulkanutbrott är stora, sådana simuleringar som vår skulle behöva stödjas av fysiska prover från paleo-arkiv som is- och sedimentkärnor och en samordnad modelljämförelse, säger Brenna.

Atmosfärskemi – en viktig disciplin för klimatforskning

Atmosfärskemi är en gren av atmosfärisk vetenskap där kemin i jordens atmosfär och andra planeter studeras. Det är ett typiskt tvärvetenskapligt forskningsfält och bygger på flera discipliner och metoder, som miljökemi, meteorologi, datormodellering, fysik och geologi, för att nämna några. Forskning kopplas allt mer till andra områden, som klimatstudier.

Huvudförfattaren till denna artikel, Hans Brenna, fick utmärkelserna för Outstanding Student Poster och PICO (OSPP) från European Geosciences Union (EGU) 2018 för affischen med titeln "Global ozonnedbrytning och ökning av UV-strålning orsakad av förindustriella tropiska vulkanutbrott."

Baserat på denna affisch, de var inbjudna av EGU att skriva en artikel, och den finns nu i den interaktiva tidskriften med öppen tillgång Atmosfärskemi och fysik .