Frågan om vad som händer i atmosfären när en supervulkan får ett utbrott, har bekymrat forskare inom atmosfärisk kemi och meteorologi ett tag. Nu, en forskargrupp från UiO, GEOMAR, NCAR, och MPI-M har arbetat tillsammans och kommit närmare ett svar. De presenterar sina nya rön i tidskriften Geofysiska forskningsbrev .

Objektet för deras intresse hände ~75, 000 år sedan i det guatemalanska höglandet – supervulkanutbrottet Los Chocoyos. I dag, utbrottsplatsen är en enorm kaldera, Atitlán-calderan (14,6°N, 91,2°W). kalderan, nu en sjö, ligger ungefär 1, 563 meter över havet, kantad av tre konformade vulkaner:Atitlán, Tolimán, och San Pedro.

När vulkanen en gång bröt ut hade den storleken åtta, den högsta rankingen på Volcanic Explosivity Index (VEI).

Den vackraste sjön i världen

Den tyske upptäcktsresanden och naturforskaren Alexander vonHumbolt (1769—1859) kallade den "världens vackraste sjö" (Wikipedia). Skönheten i sjön Atitlán är välkänd, och idag är det en av landskapets höjdpunkter i Guatemala, och en nationell och internationell turistattraktion. Det är omgivet av små mayabyar.

Trots att vulkanen nu är död, kalderan ger bevis på kraften som utbrottet hade i det förflutna, beskrev nyligen i en studie:A history of violence:Magma incubation, timing, och tefradistribution av Los Chocoyos-superuptionen (Atitlán Caldera, Guatemala) av Cisneros et al (2021) i Journal of Quaternary Science.

Utbrottet är känt som en av de största vulkanhändelserna under de senaste 100, 000 år, och måste ha varit ett inferno av magma, explosioner och gasutbrott.

Utsläpp av kemiska komponenter till atmosfären

Analyserade prover av avlagringar i geologiska lager efter händelsen visar att när utbrottet inträffade, det släppte också ut enorma mängder svavel, klor och brom till atmosfären. Vulkanaska efter Los Chocoyos-utbrottet finns på flera ställen i Guatemalas högland och i marina avlagringar från djuphavskärnor i Stilla havet, Mexikanska golfen och även i Atlanten.

Forskargruppen hade hypotesen att så stora utsläpp från utbrottet skulle orsaka flerdekadala konsekvenser för atmosfären och det globala klimatet. Men hur länge? Och vilken styrka och volym skulle utsläppen ha?

För att komma vidare på dessa frågor var forskargruppen tvungna att använda simuleringsmodeller som representerar dagens kunskap om klimatsystemet. Med detta tillvägagångssätt, det tillät dem att simulera effekten av ett Los Chocoyos-liknande utbrott, och effekten av enorma mängder utsläpp till atmosfären (Brenna et al 2020 ACP).

Långvarig störning av zonvindsystem

Av särskilt intresse var effekten av utsläppet på den kvasi-biennial oscillationen (QBO), en omväxlande förändring av vartannat år av zonvindriktningar i stratosfären i tropikerna. Stratosfären är det andra lagret i jordens atmosfär från cirka 15 till 50 km höjd.

"Ett utbrott i denna dimension skulle tillföra mängder av aerosoler och kemikomponenter till atmosfären, och enligt våra modellsimuleringar, utbrottet skulle orsaka en 10-årig störning av QBO-vinden, säger Kirstin Krüger, författare till studien. "Förändringen i QBO skulle ha börjat fyra månader efter utbrottet, med onormala ostliga vindar som varar i ~5 år, följt av västlig vind, innan det återgick till normala QBO-förhållanden, men med en något förlängd periodicitet."

Denna störning av vindsystemet är ett resultat av uppvärmning av luft orsakad av aerosoler, och en kylande effekt orsakad av ozonnedbrytning efter utbrottet. Denna uppvärmning vs. kyla interagerar med utbredningen av atmosfäriska vågor och utvecklades för att störa QBO.

En geologisk händelse med stor påverkan

Forskarna testade scenariot för utsläpp på olika modellensembler, och på olika scenarier för vulkanisk forcering. Resultaten av dessa kompletterande studier bekräftade de första resultaten. De upprepade också simuleringarna med en andra modell, vilket också backade upp robustheten i de första resultaten.

Den nya studien, publiceras i Geofysiska forskningsbrev , kastar ljus över vad som händer när en sådan supervulkan får ett utbrott. Det skulle pågå i flera år, utsläppen kommer att ha en topp, och den kan ha makt att tillfälligt förändra vindregimerna i den tropiska stratosfären.

Dagens supervulkaner

Idag finns det cirka 20 supervulkaner runt om i världen. En av de mest kända är Yellowstone-calderan i USA. Yellowstone är känt för att ha haft två VEI 8-utbrott tidigare (cirka 2,1 miljoner och 640, 000 år sedan).