Maapallo on ollut noin 12 000 vuotta holoseenin aikakaudella, joka on kylmäkauden jälkeen seuraava lämpimämpi kausi. Tänä aikana on kuitenkin esiintynyt noin 22 äkillisesti ilmaantunutta kylmempää vaihetta, jotka kestivät jopa useita vuosisatoja ja johtivat jäätiköiden laajenemiseen.
"Tähän ilmiöön ei ollut aiemmin vakuuttavaa selitystä. Aina tuntui siltä, että jotain puuttui", sanoo SNF:n tukema Alice Paine Baselin yliopistosta. On epäilty muun muassa etelään ajautuvien jäävuorien vaikutusta, Auringon aktiivisuuden vaihteluita tai merivirtojen muutoksia.
Postdoc-tutkija on nyt yhdessä kansainvälisen tiimin kanssa tutkinut tarkemmin erään toisen idean: tulivuorien aktiivisuuden. Heidän Nature Communications -lehdessä julkaistu tutkimus osoittaa, että purkaukset olivat erittäin todennäköinen syy pitkään kestäneille kylmäkausille. Tutkijat tarjoavat myös vakuuttavan selityksen niiden taustalla olevalle mekanismille.
Samanaikaiset tulivuorenpurkaukset ja jäätiköiden kasvu
Tiimi keräsi eri lähteistä kaikki tiedot voimakkaista tulivuorenpurkauksista holoseenin aikana. Niitä oli 51, joista monet tapahtuivat Tyynenmeren länsipuolella niin sanotulla Tyynenmeren tulirenkaalla. Tässä alueella sijaitsee useita aktiivisia tulivuoria, koska siellä maan kuoren laatat törmäävät toisiinsa ja työntyvät toistensa päälle, mikä voi aiheuttaa valtavia, räjähdysmäisiä purkauksia.
Tulivuoritapahtumien ajankohta voitiin määrittää erittäin tarkasti Arktiksen ja Antarktiksen jäätikköydinten avulla sekä ajoittamalla tuliperäisiin tuhkaläjityksiin sulkeutunut orgaaninen aine. Vulkaanikivien päivitetty ajoitus antoi lisää tietoa.
Nämä tiedot tutkijat sitten vertasivat holoseenin pitkäkestoisten kylmäkausien esiintymisiin. Näiden vaiheiden ajoitus perustui pääosin tietoihin jäätiköiden maksimilaajennuksista. Tämä tehtiin analysoimalla moreenia, kivimateriaalia, jota jääkielet työntävät mukanaan.
Tulos: Yli kahdeksankymmentä prosenttia jäätiköiden laajentumisista tapahtui samaan aikaan kuin vähintään yksi tulivuorenpurkaus. "Yhdistämällä tilastollisen analyysimme tulokset olemassa oleviin paleoklimaattisiin rekonstruktioihin olemme erittäin varmoja, ettei kyseessä ole sattuma. Lisäksi analyysi yhdistää kaikki aiemmat tiedot mekanismeista", toteaa Paine.
Lämpötilasuhteet joutuvat epätasapainoon
Näiden mukaan tulivuorenpurkaus voi joskus sekoittaa maapallon energiajärjestelmän niin, että ilmasto muuttuu globaalisti: Purkauksen seurauksena rikkihiukkaset heitetään ilmakehään, missä ne heijastavat auringonvaloa. Tämä jäähdyttää maan pintaa pohjoisella pallonpuoliskolla.
Arktinen merijää laajenee, mikä tarkoittaa, että valtameri luovuttaa vähemmän lämpöä ilmakehään. Tämä muuttaa merivirtojen kulkua. Myös ekvaattorin ympärillä oleva sadepilvinen matalapainealue siirtyy etelään - ja kylmä alue laajenee.
"Koko vaikutukset vahvistavat toisiaan, tämä toimii lumipallo-efektin periaatteen mukaan", Paine sanoo. Jossain vaiheessa on niin kylmää, että jäätiköt alkavat kasvaa, erityisesti korkeammilla alueilla, kuten Sveitsissä.
Jotta näin tapahtuisi, on kuitenkin täytettävä joitakin reunaehtoja. Jos tulivuorenpurkaus on esimerkiksi liian heikko, rikkihiukkaset eivät saavuta ylempää ilmakehää. Jos se taas on liian voimakas, pölypilvi voi painonsa vuoksi romahtaa, jolloin suhteellisen vähän rikkiä pääsee ylempään ilmakehään.
Paine korostaa: Ilmiötä ei pidä sekoittaa siihen, mitä tapahtui vuonna 1816 "Vuonna ilman kesää". Silloin nykyisen Indonesian Tambora-tulivuoren purkaus aiheutti usean asteen lämpötilan laskun, mikä johti maailmanlaajuisiin katoihin ja nälänhätiin. Vaikutus kesti kuitenkin vain vuoden, kunnes pölyhiukkaset katosivat ilmakehästä.
Pidemmillä kylmäkausilla on toisin. "Rikkihiukkaset saavat vain lumipallon vierimään. Mutta niiden vaikutukset Maapallon järjestelmään kestävät vuosikymmeniä tai jopa vuosisatoja, kauan sen jälkeen, kun hiukkaset on huuhtoutunut ilmakehästä pois."
Ennusteet ovat vaikeita
Yksi suuri kysymys on, voisiko tällainen tulivuorten aiheuttama kylmäkausi tapahtua myös lähitulevaisuudessa. "Tutkimissamme tapahtumissa ilmasto oli niin sanotusti luonnollisessa tilassa," tutkija huomauttaa. Nykyisin se on kuitenkin ihmisen vaikutuksen vuoksi ennennäkemättömässä tilassa.
Jotkut tutkijat uskovat, että ilmasto saattaa siksi kääntyä helpommin tapahtumissa, kuten tulivuorenpurkauksissa. Toiset taas sanovat, että tulivuorenpurkaus ei ole nykyään enempää kuin pisara vettä kuumalle kivelle - ottaen huomioon tällä hetkellä tapahtuvat valtavat muutokset ilmakehässä. "Mitä enemmän ilmastomme muuttuu, sitä monimutkaisemmiksi prosessit tulevat," Paine arvioi. "Tässä on vielä valtava tietovaje täytettävänä."
Lehdistökontakti:
Alice R. Paine
Ympäristötieteiden osasto
Baselin yliopisto
Bernoullikatu 32
4056 Basel
Puhelin: +41 61 207 2880
Sähköposti: alice.paine@unibas.ch