Все статьиВсеК прогнозу

Как извержения вулканов меняют погоду и климат на Земле?

Сегодня вулканологи всего мира обсуждают “проснувшийся” Рейкьянес – полуостров, где живёт ⅔ населения Исландии и где в последние 3 года извержения идут друг за другом.

Буквально 8-9 февраля 2024 года недалеко от горы Силингарфелл 50-80-метровыми фонтанами лавы в третий раз за два месяца извергалась трёхкилометровая трещина в земле [1].

А всё началось в марте 2021 года, когда в самом густонаселённом районе Исландии проснулись вулканы, спавшие последние 800 лет. Фотографии с извержения 500-метровой трещины в 30 км от Рейкьявика облетели весь мир. Учёные считают, что это старт новой вулканической эры, которая может продлиться не один век [2].

Почему же метеорологам так важно наблюдать за извержением вулканов?

Грозные пеплопады

Всё дело в том, тефра (осколочные вулканические материалы разного размера, включая пепел) может переноситься на гигантские расстояния от места извержения – на десятки, сотни и даже тысячи километров. И в воздухе она сверхопасна для авиасообщения, потому что может вывести из строя самолётные двигатели, компрессоры, повредить фюзеляж, засорить датчики, устроить короткое замыкание электросистемам [3].

Через некоторое время вулканические частицы начинают постепенно опадать на Землю и погребают под собой гигантские пространства.

По своему химическому составу тефра содержит большое количество диоксида серы, углерода и аммиака. Поэтому при попадании на водную поверхность или на поверхность земли вулканические осадки сильно окисляют водоёмы, водотоки и почвы, делая их непригодными для использования человеком и для жизни организмов [4]. Дело в том, при высоком содержании кислот природная среда становится крайне токсичной, лишая флору и фауну доступа к питательным веществам, уничтожая экосистемы, разрушая пищевые цепочки и препятствуя размножению. Например, для окуней, форелей, раков, креветок и насекомых резкий скачок кислотности в родном водоёме оказывается фатальным.

Ещё пепел облепляет растения со всех сторон и не даёт им возможности осуществлять жизненно необходимый процесс фотосинтеза. Если частички не успели застыть в воздухе и падают на землю разгорячённом состоянии, они могут вызывать масштабные и длительные лесные пожары. Плюс это большая угроза для активно развивающейся солнечной энергетики: из-за потенциального засыпания пеплом эффективность работы панелей может снижаться до 20-30% [5]. Не говоря уже о том, что с неба падают явно не отшлифонные пушинки, а шероховатые, иногда даже заострённые твёрдые микрочастички, которые могут сильно поцарапать покрытие солнечных модулей. И, конечно, если пеплопад случается в населённом людьми районе, то практически наверняка он повредит сельскохозяйственные поля и уничтожит урожай, нарушит движение в городе и засыпет жилые дома.

Например, 11 апреля 2023 года похожая история случилась на Камчатке. Взорвавшийся вулкан Шивелуч выбросил в воздух 15-километровое облако тефры, которое разнеслось ветрами на сотни километров вокруг. В итоге, многие города Усть-Камчатского района засыпало 7-8 сантиметровым слоем пепла.

На самом деле, похожие извержения происходят по миру достаточно часто. Поэтому наблюдение за выбросами вулканической тефры в атмосферу и прогнозирование перемещения пепловых облаков в небе – одна из важных задач современной метеорологии.

Как извержения вулканов влияют на погоду?

При взрывном извержении вулкана происходит мощнейший выброс водяного пара, пепла, сернистого ангидрида и других ядовитых газов в атмосферу. Причём если взрыв был мощным, поток вулканических частиц может пробиться не только до тропосферы, откуда будет вымыт дождями в течение пары недель. Но и до стратосферы и даже мезосферы (более 50 км ввысь) [6].

Если мы говорим о краткосрочном влиянии извержений на атмосферу – об изменении погоды – то здесь есть несколько важных пунктов.

Во-первых, вместе с потоками газов и тефры вулканы выбрасывают в воздух гигантское количество электрически заряженных частиц, которые разлетаются на сотни километров и провоцируют глобальные разряды электричества в атмосфере [7]. Например, после извержения в Океании вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай на стыке декабря 2021 и января 2022 гг. – мощнейшего за последние 30 лет – только на территорию находящегося поблизости острова Тонгатапу за первые 6 часов пришлось 1300 ударов молнии. Всего за первые часы было зафиксировано 400 тысяч разрядов [8].

Во-вторых, вместе с извержением в атмосферу попадает большое количество водяного пара. А значит, большое количество влаги, которая затем выпадает в виде дождей, снега и града в аномальном количестве. Это приводит к штормам, повышению уровня воды в реках, сходам оползней и селей. Как, например, произошло в 2022-м в Северной Америке. Когда извержение гавайского вулкана Мауна-Лоа нарушило ход глобальной циркуляции Северного полушария и принесло в США и Канаду сильнейшие зимние циклоны и метели [9], несмотря на расстояние в 3700 км между Гавайями и континентальной Америкой.

Когда в Океании на рубеже 2021 и 2022 года извергался Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай, атмосферное возмущение оказалось настолько сильным, что на тихоокеанское побережье всех материков и даже на берега Атлантики обрушилась серия мощных штормов, на Мадагаскаре и в Пакистане были зафиксированы сильнейшие ливни и подъём уровня воды в реках. А из-за выброса пара на высоту более 55 километров (в мезосферу) и его превращения в кристаллики льда через несколько месяцев над Европой и Северной Америкой наблюдались необычайно яркие серебристые облака [9].

Третий любопытный метеорологический эффект – кислотно-яркие закаты и красное небо даже за сотни и тысячи километров от извержения. Это происходит из-за большого количества пылеватых вулканических частиц в воздухе и изменившегося на время рассеяния света. Например, после извержения в Тонга красные закаты наблюдались в Бразилии, Чили, Южной Африке, Австралии и Новой Зеландии.

Последний, четвёртый эффект – вулканическое затенение, связанное с большим количеством микрочастиц в воздухе. При высокой концентрации они не дают проникнуть солнечному свету на поверхность Земли. Например, после извержения в 1883 году вулкана Кракатау (Индонезия) в радиусе 450 км от эпицентра из-за пепловых туч солнца не было видно на небе в течение 3 дней [9].

Самое сильное влияние на глобальную атмосферу обычно оказывают извержения вулканов, находящихся в тропической зоне. Например, в Юго-Восточной Азии, Восточной Африке, в Латинской Америке. Они могут изменять погоду и даже климат в обоих полушариях. Это происходит из-за особенностей циркуляции тропического воздуха, который может перемещаться на большие расстояния и вторгаться в более низкие и более высокие широты. В то же время, “внетропические” вулканы способны повлиять на погоду только в том полушарии, в котором они сами находятся.

И, наконец, о климате

Конечно, самое интересное в извержениях вулканов – как они влияют на нашу планету в долгосрочной перспективе. В первую очередь, как они влияют на климат. Это становится возможным, когда взрыв вулкана настолько сильный, что выбрасываемые в атмосферу пыль, газы и сернистые соединения пробиваются за пределы тропосферы. Потому что в тропосфере все эти вещества достаточно быстро осядут и будут вымыты вместе с дождями за пару недель. Но при попадании в стратосферу пеплы, пар и ангидрид серы остаются в воздухе на длительное время, иногда на 1-3 года.

Если в стратосферу, помимо пеплов, вынесло большое количество диоксида серы, то срабатывает “охладительный” эффект. Встретившись с атмосферной влагой, сернистые соединения формируют сульфатную аэрозольную пелену, которая способна окутать отдельные регионы и в исключительных случаях – даже всю планету. Эта пелена работает, как экран: отражает всё поступающее из космоса тепло. Именно после таких извержений происходит охлаждение климата. Например, после длительного извержения в 1783-1784 гг. вулкана Лаки в Исландии в воздух попало около 100 млн тонн аэрозолей. Из-за чего Европу настигло краткосрочное похолодание – на пару лет средняя температура воздуха упала на 1°C [10].

Взорвавшийся в 1815 году вулкан Тамбора (Индонезия) сократил поступление солнечной энергии на Землю на ¼ и вызвал двухлетнее понижение температуры в Северном полушарии на 0,5°C [7].

Печально известный Кракатау в 1883 выбросил в небо так много пепла (45 км³) и сернистых соединений, что в первый год после извержения среднемировые температуры опустились на 1,2°C. В своё нормальное русло климат вернулся лишь спустя 5 лет [9].

Мощно рванувший в 1991 году филиппинский Пинатубо выпустил в атмосферу на высоту 30 километров заряд из 20 млн тонн сернистого ангидрида и стал причиной двухлетнего падения глобальной температуры на 0,5°C [6].

Зато если же в ходе извержения вулкана в стратосферу попало больше водяного пара и углекислого газа, то ситуация меняется. Срабатывает парниковый эффект: случается краткосрочный нагрев Земли или даже не случается ровным счётом ничего [11].

Так, на стыке 2021 и 2022 годов в Тихом океане встрепенулся обычно не особо активный Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай. Это извержение стало самым сильным на планете за историю современных наблюдений. 15 января 2022 года взрыв мощностью около 10 мегатонн в тротиловом эквиваленте частично обрушил кальдеру вулкана и выбросил в атмосферу больше 1 км³ пепла [12]. Вулканический шлейф из газов, водяного пара и пепла пробился аж в мезосферу, на высоту около 58 километров. При этом в стратосфере на высоте 30 км разрослось газово-пепловое пятно площадью 157 тыс км² (чуть больше Мурманской или Вологодской области). Благодаря ветрам оно обогнуло планету дважды и окончательно рассосалось лишь спустя год.

Учёные опасались, что взрыв Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай сможет серьёзно охладить климат Земли. Однако пеплово-газовое облако состояло в основном из водяного пара, а не опасного в таких случаях диоксида серы [13]. Поэтому при высочайшей мощности взрыва последствия оказались не такими масштабными: извержение привело к ряду мегагроз с рекордным количеством молний и серией цунами, которые затронули даже отдалённые от эпицентра Индийский океан и Средиземное море [14]. В общем, краткосрочные и ограниченные по площади последствия вместо суровой планетарной вулканической зимы.

Сильные извержения вулканов даже способны менять режим таких глобальных природных явлений, как тропические муссоны, Эль-Ниньо и Североатлантическое колебание (природное перераспределение воздушных масс между Арктикой и Атлантикой, отвечающее за зимнюю погоду в Европе) [15].

Встреча с боссом в конце уровня

Однако самый сильный и долгосрочный эффект на климат оказывают так называемые “суперизвержения” – невероятно мощные извержения супервулканов. Последнее такое извержение произошло 75 тысяч лет назад, когда на территории современной Индонезии рванул вулкан Тоба. За 1,5-2 недели в атмосферу Земли попало более 1000 км³ только вулканического пепла, а также гигантское количество ядовитых газов (в 100 раз больше диоксида серы, чем при извержении Пинатубо) [16]. Выбросы тефры привели к всеобщей темноте на большой площади на несколько месяцев. Проникновение солнечного света в районе современных Индонезии и Малайзии в какой-то момент сократилось до 0,01% от нормы [10]. Дополнительно сильнейший вулканический взрыв истощил озоновый слой, из-за чего на поверхность Земли обрушилось экстремальное ультрафиолетовое излучение [17]. В совокупности это привело к многолетней вулканической зиме и одному из крупнейших массовых вымираний живых организмов за последние 2,6 млн лет.

Самое крупное и масштабное извержение, изменившее биосферу планеты, случилось 250 млн лет назад. Тогда в районе современной Сибири произошла гигантская вспышка вулканической активности. На огромной территории в течение 1 миллиона лет извергались и растекались по поверхности сотни тысяч кубометров лавы [18]. Это стало причиной капитальной перестройки атмосферы: воздух насытился углекислым газом, сероводородом, хлороводородом. Концентрация СО2 была выше современной примерно в 20 раз. Из-за грандиозных атмосферных перестроек на планете практически разрушился озоновый слой, произошло тотальное закисление пресных и морских вод Мирового океана. Всё это привело к самому масштабному вымиранию живых организмов в истории Земли: в течение 30 тысяч лет исчезло 96% морских видов организмов, 73% позвоночных суши [19].

Но нам с вами бояться нечего: на сегодняшний день из 20 супервулканов, известных учёным, ни один пока не находится в стадии пробуждения [20]. Поэтому встреча с финальным боссом для человечества пока что откладывается.

Сервис для прогнозирования распространения вулканического пепла от Яндекса

Сегодня на нашей планете, по разным подсчётам, от 650 до 1200 активных вулканов. Они “дышат”, извергаются. Иногда выдавливают из себя лаву, как пасту из тюбика. Иногда переживают мощные взрывы с выбросом гигантского количества пеплов и газов в воздух. Всё это в разной степени влияло, влияет и будет влиять на нашу с вами жизнь и на погоду за окном. Поэтому очень важно, чтобы за подобными атмосферными событиями следили специалисты.

Облачная платформа Yandex Cloud, Яндекс Погода и Школа анализа данных (ШАД) Яндекса представили сервис для прогнозирования распространения вулканического пепла. С его помощью спасательные, городские службы и учёные-геофизики смогут быстрее оповещать международную авиацию, жителей и туристов о распространении пепла и эффективнее устранять последствия выбросов. Сервис может прогнозировать распространение выбросов пепла в любой точке мира. Сейчас технология уже помогает следить за пеплопадами на Камчатке.

Список источников