Table of Contents

Что делает вулкан «супер»?

Супервулканы — это вулканические системы, способные производить самые колоссальные извержения на Земле, классифицированные как магнитуда 8 по индексу взрывоопасности вулкана (VEI 8). В отличие от типичных вулканов, которые создают конусы или формы стратовулкана, супервулканы часто производят массивные кальдеры — огромные депрессии, образующиеся при коллапсе земли после катастрофического извержения. Эти кальдеры могут охватывать от десятков до сотен километров в диаметре.

В основе этих систем лежат огромные магматические камеры, которые могут вместить тысячи кубических километров расплавленной породы. Эти камеры накапливают магму в течение сотен тысяч лет, создавая огромное давление. Когда это давление наконец нарушает поверхность, извержение может выбрасывать материалы, намного превышающие объем любого обычного вулканического события.

Наиболее широко изученные супервулканы включают Йеллоустонскую кальдеру в Вайоминге (США), кальдеру Тоба на Суматре (Индонезия) и вулканическую зону Таупо в Новой Зеландии. Каждый из них пережил 8 извержений VEI за последние 2,5 миллиона лет. Такие суперизвержения происходят на геологических временных масштабах от десятков до сотен тысяч лет, что делает их чрезвычайно редкими, но с потенциалом для воздействия в глобальном масштабе.

Определяющей особенностью магмы супервулкана является её высокое содержание кремнезема, что делает её очень вязкой. Эта вязкость улавливает вулканические газы, такие как диоксид серы, углекислый газ и водяной пар, позволяя давлению вырастать до экстраординарных уровней до того, как произойдет сильное извержение. Получающийся взрыв может протолкнуть пепел и газы на десятки километров в атмосферу, достигнув стратосферы, где эти частицы могут задерживаться годами.

Мониторинг таких систем требует сложных инструментов и долгосрочных геологических наблюдений. Инструменты отслеживают деформацию грунта, сейсмическую активность и выбросы газа для обнаружения признаков инфляции или беспорядков в магматических камерах. Например, Обсерватория вулканов Йеллоустоуна USGS постоянно контролирует активность Йеллоустоуна, предоставляя критические данные, которые помогают ученым понять потенциальные сценарии извержения.

Как массовые извержения меняют глобальный климат

Наиболее значительное климатическое воздействие извержения супервулкана возникает в результате инъекции диоксида серы (SO2) и мелкого вулканического пепла в стратосферу. Оказавшись там, диоксид серы превращается в сульфатные аэрозоли — микроскопические капли серной кислоты, которые отражают солнечный свет обратно в космос. Эти аэрозоли могут оставаться подвешенными в стратосфере в течение одного-трех лет, вызывая явление, известное как «глобальное затемнение».

Глобальное затемнение уменьшает количество солнечного излучения, достигающего поверхности Земли, что приводит к измеримому падению температуры поверхности. В зависимости от величины и широты извержения наблюдалось или моделировалось снижение температуры на 1-3 ° C (1,8-5,4 ° F). Это понижение температуры может нарушить погодные условия и экосистемы во всем мире.

Вулканическая зима: продолжительный холод

В самых крайних случаях извержения супервулкана могут спровоцировать «вулканическую зиму», длительный период значительного глобального охлаждения, продолжающийся от нескольких лет до десятилетия и более. Начальное падение температуры может сохраняться в течение 5-10 лет, за которым следует постепенный период восстановления, который длится еще дольше. Это охлаждение сродни гипотезе «ядерной зимы», где блокировка солнечного света подавляет фотосинтез, снижает температуру суши и океана и изменяет циркуляцию атмосферы.

Вулканические зимы могут серьезно нарушить сельское хозяйство, сократив вегетационные периоды и сократив урожайность сельскохозяйственных культур. Они также влияют на гидрологические циклы; муссоны могут ослабевать, вызывая засухи в одних регионах и усиление штормовой активности в других. Эти изменения могут каскадно перерасти в нехватку продовольствия и экономическую нестабильность в глобальном масштабе.

Истощение озонового слоя и ультрафиолетовое излучение

Помимо охлаждения, извержения вулканов выделяют галогеновые газы, такие как хлор и бром, которые могут катализировать разрушение стратосферного озонового слоя. Крупные тропические извержения, такие как Тоба, могут распределять аэрозоли по обоим полушариям, истончая озон и увеличивая поверхностное воздействие вредного ультрафиолетового (УФ) излучения.

Это истощение озона может сохраняться в течение многих лет после того, как аэрозоли оседают, усугубляя экологический стресс, нанося ущерб ДНК растений, нанося вред морским экосистемам и увеличивая риски для здоровья человека, такие как рак кожи и катаракта. Сочетание вулканической зимы и потери озона представляет двойную угрозу для экосистем и сельского хозяйства.

Отзывы о океане и долгосрочные изменения климата

Океаны играют решающую роль в модуляции вулканического воздействия климата из-за их огромной тепловой мощности. В то время как земельные участки быстро охлаждаются после извержения, океаны реагируют медленнее, влияя на глобальные климатические модели в течение многих лет или десятилетий. Сокращение солнечного света над тропическими океанами подавляет испарение, ослабляя критические явления, такие как Эль-Ниньо-Южное колебание (ENSO).

Некоторые климатические модели предполагают, что извержение может вызвать длительное состояние, подобное Ла-Нинье, характеризующееся более прохладными температурами поверхности моря в центральной и восточной части Тихого океана. Этот сдвиг может длиться десятилетие или дольше, что может повлиять на глобальные осадки и штормовые модели. Между тем, повышенные температурные градиенты между охлажденными массами суши и относительно теплыми океанами могут усилить зимние штормы в средней широте и изменить поведение струйного потока.

Исследование Nature Geoscience 2019 года смоделировало современное извержение в масштабе Тоба и обнаружило глобальное снижение температуры на 1-2 ° C, продолжающееся по крайней мере десятилетие. Исследование выявило серьезные угрозы для сельского хозяйства, доступности пресной воды и глобальной продовольственной безопасности.

Уроки истории: основные извержения в геологической и исторической документации

Хотя в истории человечества не было извержения VEI 8, несколько значительных вулканических событий дают ценную информацию о том, как крупные извержения влияют на климат и общество.

Тоба суперизвержение (74 000 лет назад)

Извержение Тоба на Суматре, Индонезия, является крупнейшим известным вулканическим событием за последние 2,5 миллиона лет. Оно выслало около 2800 кубических километров вулканического материала и сформировало кальдеру длиной примерно 100 километров. Анализ ледяного ядра из Гренландии выявил десятилетний период резко сниженных температур после извержения.

Некоторые гипотезы предполагают, что это событие могло вызвать серьезное генетическое узкое место в ранних популяциях человека, хотя это все еще обсуждается среди ученых.Вулканический пепел из Тобы был обнаружен до Индии и Аравийского моря, демонстрируя обширный атмосферный охват извержения и его потенциал влиять на климат и экосистемы в масштабах полушария.

Извержение горы Тамбора в 1815 году (VEI 7)

Извержение Тамборы в Индонезии — крупнейшее вулканическое событие в истории человечества. Оно выпустило в стратосферу около 60 млн тонн диоксида серы, в результате чего в 1816 году в Европе и Северной Америке наступила непомерно холодная погода, в июне в Новой Англии выпал снег и начались массовые неурожаи, вызвавшие голод.

Глобальные температуры упали на 0,4–0,7°C, а муссоны вызвали засухи и нехватку продовольствия в Азии.Тамбора служит поучительным примером того, как даже немного меньшие извержения, чем супервулканы, могут вызвать широкомасштабные социальные потрясения и климатические сдвиги.

1883 Извержение Кракатау (VEI 6)

Извержение Кракатау, хотя и не супервулкан, оказало заметное влияние на глобальный климат. Введенные им сульфатные аэрозоли вызвали глобальное падение температуры примерно на 1 °C в течение нескольких лет. Также оно произвело яркие красные и оранжевые закаты во всем мире, видимый показатель стратосферной пыли и аэрозолей, рассеивающих солнечный свет.

Кракатау продемонстрировал, что даже умеренные тропические извержения с высоким уровнем выбросов серы могут оказывать измеримое воздействие на климат, подчеркнув важность местоположения извержения и состава газа при определении атмосферных эффектов.

1991 Извержение горы Пинатубо (VEI 6)

Гора Пинатубо на Филиппинах произвела крупнейшее извержение 20-го века, впрыснув около 20 миллионов тонн диоксида серы в стратосферу. Извержение привело к глобальному снижению температуры примерно на 0,5 ° C в год после события. Также наблюдалось истощение озона, особенно в регионах средней широты.

Извержение Пинатубо было первым, которое было тщательно измерено современными научными инструментами, предоставляя бесценные данные для проверки климатических моделей и улучшения понимания вулканического климата. Обсерватория Земли НАСА предлагает всестороннее понимание последствий Пинатубо.

1783-1784 Извержение трещины Лаки (VEI 4, но чрезвычайно высокие выбросы серы)

Извержение трещины Лаки в Исландии было не массовым взрывным событием, а длительным базальтовым извержением, которое выпустило примерно 120 миллионов тонн диоксида серы в течение восьми месяцев, что намного превышает выход серы Тамборы. Извержение произвело плотный сухой туман серных аэрозолей, который покрыл Европу, вызывая респираторные заболевания и неурожаи.

Резкие потери урожая зимой и летом привели к гибели около 10 000 человек в Исландии и способствовали еще десяткам тысяч людей в Европе и Северном полушарии в результате голода и болезней. Это событие подчеркивает, что урожай серы и продолжительность извержения могут иметь такое же решающее значение для климата и здоровья, как и взрывная величина.

«Извержение Лаки является напоминанием о том, что воздействие вулканического события на климат связано не только с величиной VEI — урожай серы и продолжительность извержения имеют такое же значение», — доктор Сьюзан О’Нил, вулканолог Кембриджского университета[1].

Возможные будущие последствия современного извержения

Если бы суперизвержение VEI 8 произошло в наши дни, последствия прорвались бы через естественные и человеческие системы в беспрецедентных масштабах, бросая вызов глобальной устойчивости и управлению.

Немедленные атмосферные и сельскохозяйственные эффекты

В течение первого года солнечный свет, достигающий критических сельскохозяйственных регионов, может резко упасть. Основные зернопроизводящие районы в северном полушарии, такие как американский Кукурузный пояс, российские степи, европейские равнины и Северо-Китайская равнина, могут испытывать условия, сходные с продолжительной суровой зимой. Укороченные вегетационные периоды и морозный ущерб могут резко снизить урожайность.

Согласно моделям Международного института исследований продовольственной политики (IFPRI), извержение супервулкана может сократить глобальное производство калорий на 20-30% в течение трех-пяти лет, что приведет к повсеместной нехватке продовольствия. Особенно уязвимыми будут развивающиеся страны с ограниченными ресурсами для буферизации таких потрясений.

Нарушение глобальных торговых и транспортных сетей

Извержение вулкана Эйяфьяллайёкюдль в Исландии в 2010 году (VEI 4) на несколько недель заземлило воздушное движение Европы. Извержение супервулкана может перекрыть воздушное пространство на целых континентах на месяцы или даже годы из-за абразивной и засоряющей природу вулканического пепла.

Морское судоходство также может быть нарушено загрязнением пеплом двигателей и навигационного оборудования, в то время как автомобильные и железнодорожные сети могут пострадать от накопления пепла и повреждения инфраструктуры. Глобальные цепочки поставок, уже чувствительные к сбоям от пандемий и конфликтов, столкнутся с беспрецедентными проблемами, потенциально вызвав экономические спады во всем мире.

Климатическая обратная связь и многолетняя вулканическая зима

Климатические модели предсказывают, что извержение тропического супервулкана может снизить глобальные средние температуры на 1-3 ° C (1,8-5,4 ° F) в течение более десяти лет. Это охлаждение будет неравномерным, с полярными и среднеширотными регионами, испытывающими наибольшие падения. Штормовые пути и струйные потоки могут смещаться, изменяя модели осадков во всем мире.

Уменьшение солнечной радиации замедлит гидрологический цикл, вызывая засуху в некоторых регионах и усиление наводнений в других, поскольку погодные системы реорганизуются. Эти изменения могут усугубить нехватку воды и увеличить частоту экстремальных погодных явлений, усугубляя гуманитарный кризис.

истощение озона и повышенный УФ-стресс

Если извержение выделяет значительное количество богатых хлором газов, то в глобальном масштабе может произойти истощение стратосферного озона на 30-50%. Это усугубляет воздействие ультрафиолетового излучения на сельскохозяйственные культуры, домашний скот и людей. Более высокое воздействие ультрафиолета повышает риск рака кожи и катаракты и может ухудшить продуктивность фитопланктона в океанах, основа морских пищевых сетей.

Социально-геополитические риски

Общественные последствия извержения будут распространяться далеко за пределы экологического и сельскохозяйственного ущерба. Нехватка продовольствия может спровоцировать массовую миграцию, гражданские беспорядки и конфликты из-за истощения ресурсов. Правительства могут ввести закрытие границ и нормирование, в то время как международное сотрудничество может быть напряженным под давлением одновременных кризисов.

Страховые и финансовые рынки столкнутся с беспрецедентными потерями, потенциально дестабилизирующими экономику. Центр консенсуса Копенгагена классифицирует извержения супервулканов как маловероятные, но высокоэффективные события, требующие значительных инвестиций в исследования и планирования готовности.

Смягчение и готовность: можно ли что-то сделать?

В отличие от внезапных катастроф, таких как столкновения с астероидами, извержения супервулканов часто обеспечивают предупреждение на годы и десятилетия с помощью обнаруживаемых признаков, таких как инфляция магматических камер, повышение сейсмичности и изменения в выбросах газа.Однако перевод научных предупреждений в эффективную государственную политику и чрезвычайные меры реагирования остается серьезной проблемой.

Некоторые стратегии спекулятивного смягчения последствий включают геоинженерные подходы, такие как высвобождение аэрозолей или водяного пара для противодействия вулканическим зимним воздействиям, но они несут значительные риски и неопределенности. Более практические подходы сосредоточены на повышении глобальной устойчивости сельского хозяйства за счет развития холодных и засухоустойчивых культур, расширения защищенного сельского хозяйства и создания надежных международных запасов продовольствия.

Укрепление цепочек поставок и аварийной логистики для работы в условиях длительных сбоев также имеет решающее значение. Инициатива Глобальной модели вулканов сотрудничает с геологическими исследованиями во всем мире для улучшения оценки риска извержений и возможностей раннего предупреждения.

Международное сотрудничество в области мониторинга супервулканов высокого риска, таких как Йеллоустоун, Тоба, Таупо, Кампи Флегрей и другие, имеет важное значение. Хотя суперизвержения редки, их потенциал для разрушения климата и цивилизации в течение десятилетия или более делает их уникальной природной опасностью наряду с изменением климата, пандемиями и другими глобальными угрозами.

Заключение

Супервулканы представляют собой одни из самых мощных природных сил, способных изменить климатическую систему Земли. Путем введения в стратосферу огромного количества сульфатных аэрозолей и газов они могут инициировать длительные вулканические зимы, нарушать атмосферную и океаническую циркуляцию, вызывать истощение озона и разрушать экосистемы и сельское хозяйство во всем мире.

Исторические извержения, такие как Тоба и Тамбора, демонстрируют глубокие климатические и социальные последствия, которые могут иметь эти события, в то время как современный научный мониторинг и моделирование дают представление о том, как могут разворачиваться будущие извержения.Хотя они редки, супервулканы представляют собой глобальный риск, который требует внимания, инвестиций в готовность и международное сотрудничество для смягчения их потенциально катастрофических последствий для человеческой цивилизации и окружающей среды.