Kan vulkanutbrott påverka klimatet?

Kraftfulla vulkanutbrott har förmågan att tillföra miljontals ton mikrometersmå partiklar djupt in i atmosfären. Sådana utbrott kan förklara en del av den variation vi historiskt har sett i jordens temperatur, eftersom partiklarna sprider solljus och kan på så vis kyla jorden.

Utbrott i Sarychev i juni 2009
Utbrottet i vulkanen Sarychev i Ryssland i juni 2009 nådde djupt in i atmosfären och påverkade partikelhalterna i stratosfären på norra halvklotet. Foto Earth Science and Remote Sensing Unit, NASA Johnson Space Center, https://eol.jsc.nasa.gov/

Vid vulkanutbrott skapas stora mängder gaser och partiklar som med explosiv kraft tillförs atmosfären. När det gäller ett utbrotts effekt på klimatet, är det framförallt gasen svavelsyra (SO2), vilken omvandlas till sulfatpartiklar (SO4) i atmosfären, som är viktig. Sulfatpartiklarna sprider solljuset effektivt och kyler därmed klimatet eftersom mindre solstrålning når jordytan. Även askpartiklar från vulkanutbrott kan, om de avges i tillräckligt stor mängd och om de är tillräckligt små för att stanna länge i atmosfären, vara av viss betydelse. Askpartiklarnas egenskaper gör att de har förmågan att i större utsträckning absorbera solljus, vilket ger upphov till en uppvärmning i den del av atmosfären där partiklarna befinner sig.

Vad bestämmer utbrottets inverkan på klimatet?

Hur stor effekt ett vulkanutbrott har på den globala temperaturen styrs i huvudsak av tre faktorer: Mängden partiklar som bildas från utbrottet, hur långt upp i atmosfären vulkanplymen når, och vulkanens geografiska läge. Om de vulkaniska partiklarna uppehåller sig på höga breddgrader är också årstiden och därmed tillgången på det solljus som sprids av partiklarna av betydelse. 

Om ett vulkanutbrott ska få en betydande inverkan på klimatet behöver det nå den del av atmosfären som kallas stratosfären. Atmosfärens lägsta luftlager kallas för troposfären, där utspelar sig allt det väder som vi dagligen upplever.  Den ovanliggande stratosfären är en stabil luftmassa som börjar på cirka 10 km i polartrakterna och på höga latituder, och cirka 17 km i tropikerna. Eftersom det inte finns någon nederbörd som kan rena luften i stratosfären har partiklar som är små nog för att ha en försumbar fallhastighet en lång uppehållstid där. Typiska partikelstorlekar efter stora vulkanutbrott är 1 µm eller något mindre, i diameter, det vill säga en tusendels millimeter.

Om ett vulkanutbrott sker i tropikerna och når stratosfären, kan partiklarna transporteras över hela jorden genom att de följer den storskaliga cirkulationen i stratosfären (den så kallade Brewer-Dobson cirkulationen) från tropikerna mot polerna. De får då vanligen en uppehållstid i stratosfären på något eller några år innan de transporteras ned i den underliggande troposfären, där partiklarna snabbt försvinner. Om vulkanutbrottet sker på högre breddgrader blir transportvägen mot polerna och uppehållstiden i stratosfären kortare, varav effekten på temperaturen blir mindre och mer lokal.

I frånvaro av explosiva vulkanutbrott innehåller stratosfären endast små mängder partiklar med relativt liten effekt på det globala klimatet. Vulkanutbrott är den källa som kan skapa de största variationerna i mängden stratosfärisk aerosol, och behöver därmed tas i beräkningen i klimatstudier. Figuren nedan visar en tidserie på stratosfärsaerosolens optiska djup sedan 1870-talet. Aerosolen optiska djup är ett mått på reduktionen av solljuset via partikelspridning och absorption.

stratosfäriskt aod
Tidsserie för aerosolernas optiska djup (AOD) i stratosfären globalt, samt uppdelat på norra och södra halvklotet. Namnet på vulkaner som haft stora utbrott och påverkat partikelhalterna i stratosfären kraftigt finns utmärkta. Förstorat i den grå boxen är perioden 2000-2013, som påverkats av en rad utbrott med medelstor explosivitet. Källa: S. M. Andersson, 2015, Volcanic aerosol in the upper troposphere and stratosphere. Diss., Lunds Universitet. Baserad på data från Sato et al., (1993), http://data.giss.nasa.gov/modelforce/strataer Förstora Bild

Några historiska utbrott

Utbrottet av vulkanen Pinatubo på Filippinerna i juni 1991 är det största i modern tid, där man haft möjlighet att studera effekten på atmosfären noggrant genom mätningar. Vulkanen injicerade cirka 20 miljoner ton SO2 till atmosfären till en höjd av cirka 27 km, det vill säga djupt in i stratosfären. Eftersom vulkanen är belägen nära ekvatorn spreds partiklarna till båda hemisfärerna och gav upphov till en global temperatursänkning som uppskattats ligga runt 0,5 grad, tillräckligt för att överstiga den globala uppvärmningen under perioden 1991-1992.

Ett annat utbrott av historiska mått är det av Tambora i april år 1815 i Indonesien, vilket nådde en höjd på runt 30 km och tros ha skapat över 100 miljoner ton svavelpartiklar. Partiklarna spreds globalt och bidrog till vad man ibland kallar ”året utan sommar”, med dåliga skördar, svält och ekonomisk kris som följd på flera håll.

De vulkanutbrott som efterföljt Pinatubo 1991 har haft SO2 emissioner som varit 10-100 gånger mindre. Många minns kanske utbrottet i vulkanen Eyjafjallajökull på Island i april 2010, som på grund av askmolnen som bildades skapade stora problem för flygtrafiken i Europa. Vulkanutbrottet hade däremot en mycket liten effekt på stratosfären och klimatet eftersom det inte nådde tillräckligt högt och svavelemissionerna var relativt små. Trots avsaknaden av riktigt stora utbrott har man på senare år kunnat visa att även medelstora utbrott under 2000-talet med tillräcklig explosivitet kan ha en viktig inverkan på stratosfärsaerosolen och därmed behöver tas i beräkningen vid klimatstudier.

Framtida vulkanutbrott och klimatet 

Inverkan från kommande vulkanutbrott på framtidens klimat är en faktor som inte går att förutspå. Om ett nytt utbrott av liknande magnitud som Pinatubo inträffar, skulle sannolikt den globala uppvärmningen bromsas under några år. Simuleringar med aerosoler i stratosfären har också gjorts för att studera möjligheten att artificiellt injicera partiklar i stratosfären för att kunna kyla jordens temperatur om den globala uppvärmningen blir mycket stor, så kallad ”geoengineering”. Det finns dock negativa effekter med höga halter av stratosfäriska partiklar och stora risker kopplat till detta. En sådan risk är att partiklar i stratosfären bidrar till ökad nedbrytning av ozonlagret, som är viktigt för att vi ska skyddas mot stora mängder skadlig UV-strålning.