Table of Contents

Влияние Кольца Огня на климат и погодные условия

Огненное кольцо, подковообразная зона интенсивной сейсмической и вулканической активности, окружающая Тихий океан, является одним из наиболее геологически динамичных регионов на Земле. В то время как его геологические воздействия — землетрясения, цунами и извержения — широко признаны, зона также оказывает значительное и часто недооцениваемое влияние на региональный и глобальный климат и погодные условия. Эти влияния возникают из-за вулканических выбросов, которые изменяют химию атмосферы и радиационный баланс, геотермальное тепло, которое изменяет местные погодные системы, и взаимодействия с крупными океанскими течениями, которые влияют на изменение климата планетарного масштаба. Понимание того, как Огненное кольцо влияет на климат, помогает ученым прогнозировать краткосрочные погодные аномалии, оценивать долгосрочные климатические тенденции и готовиться к социальным воздействиям вулканических и сейсмических событий, которые достигают далеко за пределами Тихоокеанского бассейна.

Географический охват огненного кольца

Огненное кольцо охватывает примерно 40 000 километров (25 000 миль) вдоль окраин Тихоокеанской плиты и нескольких меньших тектонических плит. В него входят западные побережья Северной и Южной Америки, Алеутские острова Аляски, полуостров Камчатка России, Японии, Филиппин, Индонезии, Новой Зеландии и многие островные дуги в западной части Тихого океана. В пределах этой зоны находится более 75% действующих и спящих вулканов мира, а вдоль его границ происходит около 90% землетрясений в мире.

Страны, наиболее непосредственно затронутые климатическим и метеорологическим влиянием Кольца Огня, включают:

  • США (особенно Аляска, Гавайи и Тихоокеанский Северо-Запад)
  • Канада (Британская Колумбия и Юкон)
  • Япония
  • Индонезия
  • Филиппины
  • Новая Зеландия
  • Чили и Перу
  • Папуа — Новая Гвинея
  • Россия (Камчатка)

Эти страны испытывают частые извержения вулканов, сейсмические события и связанные с ними атмосферные и океанические эффекты, которые пульсируют по всему Тихоокеанскому бассейну.

Вулканическая активность и климатическое воздействие

Сульфатные аэрозоли и стратосферная инъекция

Наиболее значительное влияние климата от Огненного кольца происходит от крупных извержений вулканов, которые впрыскивают диоксид серы (SO2) высоко в стратосферу. После этого SO2 окисляется и образует сульфатные аэрозоли — крошечные отражающие частицы, которые рассеивают поступающее солнечное излучение обратно в космос. Этот процесс, известный как вулканическое радиационное воздействие, может вызвать временное глобальное охлаждение, длящееся от одного до трех лет. Величина охлаждения зависит от широты, сезона извержения и объема выделяемой серы.

Исторические примеры из Кольца Огня убедительно иллюстрируют этот эффект:

  • Гора Пинатубо (Филиппины, 1991) — Второе по величине наземное извержение 20-го века впрыснуло около 20 миллионов тонн SO2 в стратосферу. Средняя глобальная температура упала примерно на 0,5 °C (0,9 °F) в течение двух лет после извержения. Охлаждение сопровождалось измененными моделями осадков, включая уменьшение количества муссонных осадков в некоторых регионах и увеличение засухи в других.
  • Гора Тамбора (Индонезия, 1815) — крупнейшее известное извержение в зарегистрированной истории выпустило достаточно сульфатных аэрозолей, чтобы произвести «Год без лета» в 1816.Глобальная температура упала на 0,4-0,7 ° C, вызывая неурожаи и голод по всей Северной Америке и Европе. Снег упал в Новой Англии в июне, и мороз убил урожай в Европе до августа.
  • Кракатау (Индонезия, 1883) — катастрофическое извержение и последующее цунами убили десятки тысяч, в то время как сульфатная завеса произвела впечатляющие красные закаты во всем мире и понизила глобальные температуры примерно на 0,3 ° C в течение нескольких лет.

Эти события показывают, что вулканическая активность Огненного кольца может переопределить нормальную изменчивость климата, вызывая внезапное и выраженное охлаждение, которое нарушает погодные условия по всему миру.

Эффекты пепла и частиц в тропосфере

Не все вулканические выбросы достигают стратосферы. Меньшие извержения, которые чаще происходят вдоль Огненного кольца, выделяют пепел и газы в первую очередь в тропосферу (самый низкий атмосферный слой). Здесь частицы могут:

  • Действуйте как ядра конденсации облаков, увеличивая облачный покров и изменяя локальные модели осадков.
  • Уменьшите поступающее солнечное излучение на поверхности, что приведет к снижению дневной температуры.
  • Увеличить частоту молний в вулканических шлейфах за счет электрификации частиц пепла.

Например, извержение Эйяфьяллайёкюдль в Исландии в 2010 году (за пределами Кольца Огня) продемонстрировало, как облака пепла могут нарушить воздушные путешествия; аналогичные события в Кольце Огня, такие как извержение горы Мерапи в 2010 году (Индонезия) или извержение горы Онтаке в 2014-2015 годах (Япония) могут привести к локализованному охлаждению и изменению влажности даже без стратосферной инъекции.

Вулканические выбросы и региональные погодные условия

Геотермальное отопление и микроклимат

Активные вулканические регионы часто имеют геотермальные источники тепла - горячие источники, фумаролы и вулканические вентиляционные отверстия - которые выделяют тепло и водяной пар в нижнюю атмосферу. Этот локализованный источник энергии может создавать микроклиматы, отличные от окружающей области. Возле сильно активных вулканов постоянный тепловой поток может:

  • Повысить температуру поверхности на несколько градусов Цельсия в непосредственной близости.
  • Увеличить местную влажность, так как водяной пар из гидротермальных систем смешивается с воздухом.
  • Стимулируют конвективное образование облаков, что приводит к более высоким локализованным осадкам, особенно на наветренных склонах.

В Индонезии и на Филиппинах, где вулканы резко поднимаются из тропических морей, эта геотермальная влага способствует репутации региона как одного из самых влажных на Земле. Например, гора Марапи на Западной Суматре испытывает почти 4000 миллиметров годовых осадков - значительно выше, чем окружающие низменности.

Орографические эффекты и вулканическая топография

Многие вулканы Кольца Огня — высокие изолированные вершины, которые поднимаются на тысячи метров над окружающей местностью. Эти горы вынуждают влажный воздух подниматься, охлаждаться и конденсироваться, производя орографические осадки. Наветренные склоны активных вулканов, таких как гора Сент-Хеленс (США), гора Фудзи (Япония) и гора Семеру (Индонезия), получают гораздо больше осадков, чем подветренная сторона, создавая резкие градиенты осадков. Это орографическое усиление взаимодействует с вулканическими выбросами: пепел и аэрозоли могут сеять облака, потенциально повышая эффективность осадков и приводя к эффектам теней дождя, которые влияют на сельское хозяйство и водные ресурсы.

Сейсмическая активность и взаимодействие океан-атмосфера

Цунами и перераспределение тепла в океане

Крупные землетрясения вдоль зон субдукции в пределах Кольца Огня генерируют цунами, которые могут перераспределять океанскую жару и влиять на температуры поверхности моря. В то время как прямое климатическое воздействие одного цунами ограничено по сравнению с извержениями вулканов, землетрясение в Индийском океане 2004 года (магнитуда 9.1, у Суматры) и последующее цунами вызвало значительное смешивание теплого верхнего океана с более холодной глубокой водой. Это смешивание временно изменило температуру поверхности моря в восточной части Индийского океана, что, возможно, повлияло на региональную динамику муссонов и морские экосистемы в течение нескольких месяцев после этого.

Гидротермальная активность и химия океана

Подводные вулканы и гидротермальные вентиляционные поля вдоль Кольца Огня выделяют тепло и химически измененную воду в океан. Хотя прямое атмосферное воздействие незначительно, эти процессы способствуют:

  • Локализованное потепление глубоких океанских вод, которое может повлиять на современные системы.
  • Выделение питательных веществ и микрометаллов, стимулирующих цветение фитопланктона, изменяющих цвет океана и альбедо.
  • Изменения в выбросах углекислого газа и метана, которые могут влиять на концентрацию парниковых газов в геологических масштабах времени.

Хотя эти эффекты неуловимы, они взаимодействуют с более крупными климатическими факторами, такими как Эль-Ниньо-Южное колебание (ENSO), которое само по себе сильно связано с Тихоокеанским бассейном.

Региональные климатические эффекты в Тихоокеанском регионе

Тихоокеанский Северо-Запад (США и Канада)

Каскадная вулканическая дуга, простирающаяся от северной Калифорнии через Британскую Колумбию, является частью Кольца Огня. В климате региона преобладает тихоокеанская влага, доставляемая западными ветрами. Вулканические вершины, такие как гора Рейнир, гора Гуд и гора Бейкер, усиливают орографические осадки, создавая тропические леса на западной стороне и засушливые условия к востоку от каскадного гребня. Крупные извержения — такие как извержение 1980 года горы Сент-Хеленс — могут впрыскивать пепел в струйный поток, влияя на облачный покров и образцы осадков по всему континенту в течение нескольких дней до нескольких недель.

Япония

Япония находится на сближении четырёх тектонических плит и испытывает частые извержения вулканов, землетрясения и цунами. Вулканическая активность взаимодействует с Восточно-Азиатским муссоном, который приносит тяжёлые летние осадки. Извержения, которые выделяют аэрозоли серы, могут уменьшить солнечное отопление над регионом, потенциально ослабляя муссонное низкое давление и уменьшая количество осадков. И наоборот, усиленные ядра облачной конденсации из вулканических плюмов могут увеличить интенсивность осадков. Извержение 1783 года горы Асама, например, сопровождалось сильным голодом, частично приписанным изменившимся погодным условиям.

Индонезия

Как страна с наиболее активными вулканами, климат Индонезии сильно зависит от вулканической активности. Индонезийский поток - ключевое океаническое течение, соединяющее Тихий и Индийский океаны - чувствителен к температурам поверхности моря, измененным вулканическим охлаждением. Извержения на индонезийском архипелаге могут нарушить Мадден-Джулианское колебание (MJO), основной движущей силой тропической конвекции и осадков. Извержение Тамборы 1815 года вызвало засуху и неурожай не только в Европе, но и в Юго-Восточной Азии, подчеркивая уязвимость региона к вулканическому климату.

Новая Зеландия

Вулканические зоны Новой Зеландии, особенно вулканическая зона Таупо, производят извержения, которые влияют на погоду Южного полушария.Извержение горы Руапеху 1995–1996 годов выпустило значительный пепел и газы, изменив региональный облачный покров и вызвав измеримое охлаждение над Северным островом. Положение Новой Зеландии в средних широтах Вестерли означает, что вулканические аэрозоли могут быть быстро транспортированы на восток, влияя на климат островов южной части Тихого океана и даже Антарктиды.

Анд (Южная Америка)

Андский участок Огненного кольца включает активные вулканы в Чили, Перу и Эквадоре. Крупные извержения, подобные извержениям Хуайнапутины (Перу, 1600 г.), вызвали глобальное похолодание и нарушили южноамериканский муссон, приведя к засухам и голоду. Взаимодействие между Андскими вулканами и Гумбольдтским течением создает сложные погодные условия вдоль побережья, при этом вулканические выбросы иногда подавляют туман и моросит в обычно засушливых регионах.

Взаимодействие с Эль-Ниньо-Южным колебанием (ENSO)

Вулканическая активность Огненного кольца может как влиять, так и зависеть от ENSO, доминирующего режима межгодовой изменчивости климата в Тихом океане. Большие тропические извержения (например, Пинатубо в 1991 году, Эль Чишон в 1982 году) наблюдались до развития событий Эль-Ниньо в некоторых случаях. Механизм не полностью понятен, но предполагается, что вулканическое охлаждение над тропическими массами суши изменяет зональный температурный градиент, ослабляя торговые ветры и благоприятствуя накоплению теплой воды в восточной части Тихого океана. И наоборот, события Эль-Ниньо могут влиять на вулканическую активность, изменяя структуры напряжения коры - исследования показывают, что большие Эль-Ниньо могут вызывать извержения в некоторых вулканах путем модуляции давления подземных вод и давления магматической камеры.

Это двустороннее взаимодействие означает, что влияние климата на Кольцо Огня является частью взаимосвязанной системы Земли, где геологические и атмосферные процессы питаются друг от друга в течение нескольких месяцев или лет.

Долгосрочные последствия и обратная связь в отношении климата

Несколько извержений и десятичное охлаждение

Периоды повышенной вулканической активности вдоль Кольца Огня — продолжительностью в десятилетия или столетия — могут вызывать устойчивое охлаждение, маскирующее потепление парниковых газов. Например, серия крупных тропических извержений в 1960-х и 1980-х годах временно замедлила глобальное повышение температуры. Палеоклиматические записи из ледяных кернов показывают, что кластеры извержений Кольца Огня в 13-м и 17-м веках способствовали самым холодным фазам Малого ледникового периода. Если будущая вулканическая активность увеличивается из-за смещения тектонических напряжений или самого изменения климата, Кольцо Огня может играть более доминирующую роль в глобальном климате.

Потенциал для суперизвержений

Сверхизвержения — события величиной 8 или более по индексу вулканической взрывоопасности — редки, но произошли в Кольце Огня, такие как извержение вулкана Таупо (Новая Зеландия, ~ 26 500 лет назад). Будущее извержение может впрыснуть сотни миллионов тонн SO2 в стратосферу, потенциально вызывая вулканическую зиму, длящуюся от нескольких лет до десятилетий, с глобальным падением температуры на 3-5 ° C. Такое событие опустошит сельское хозяйство, нарушит муссоны и вызовет широко распространенный голод.

Изменение климата и вулканическая обратная связь

Изменение климата само по себе может изменить влияние Огненного кольца. Потепление температуры и таяние ледяных шапок могут уменьшить нагрузку на кору, что потенциально может вызвать больше извержений в ледяных вулканических регионах, таких как Аляска и Патагония. Кроме того, более теплая атмосфера может удерживать больше влаги, изменяя то, как вулканический пепел и аэрозоли транспортируются и откладываются. Эти обратные связи усложняют прогнозы будущих взаимодействий между климатом и вулканом.

Заключение

Кольцо Огня — это гораздо больше, чем геологическое любопытство — это ключевой игрок в климатической системе Земли. От массивных извержений, которые охлаждают планету в течение многих лет, до тонких геотермальных эффектов, которые формируют местную погоду, вулканическая и сейсмическая активность зоны оставляет четкий отпечаток на атмосферных и океанических условиях. По мере того, как ученые продолжают изучать эти связи, они улучшают способность прогнозировать как краткосрочные погодные экстремальные явления, так и долгосрочные климатические сдвиги. Кольцо Огня напоминает нам, что граница между геологией и метеорологией не является резкой; скорее, внутренняя жара планеты и тектонические силы постоянно взаимодействуют с ее жидкой оболочкой, формируя климат, который поддерживает — а иногда и угрожает — жизнь вдоль Тихоокеанского региона.

Для дальнейшего чтения, обратитесь к Обзор Кольца Огня USGS, NOAA Volcanic Aerosol Records, и Википедия статья о извержении Тамборы 1815.