3.Влияние вулканических извержений на изменение климата.
Внастоящее время на земной поверхности насчитывается 524 вулкана, проявляющих в той или иной степени свою деятельность, в том числе 68 вулканов подводных.
В северном полушарии размещается значительно больше вулканов, чем в южном, а особенно они распространены в экваториальной зоне.
Основные области: Камчатка, Исландия, острова Средиземного моря, Индийского и Тихого океанов и западное побережье Америки. Больше всего вулканов на побережьях и островах Тихого океана (322 вулкана, или 61,7%), где они образуют Тихоокеанское огненное кольцо.
Вулканическая деятельность зависит от тектонических процессов и вулканы приурочены к геосинклинальным областям, как наиболее подвижным зонам земной коры.
Общее количество действующих вулканов (с 1500 до н.э.) – 817, на Камчатке 129 вулканов, 30 – действующих.
вулкан Эйяфьятлайокудль
ДЕЙСТВУЮЩИЕ ВУЛКАНЫ ЗЕМЛИ
Действующим считается вулкан, извергавшийся в историческое время. Всего известно примерно 2500 извержений 500 таких вулканов.
Некоторые извержения, такие как Везувий 79г. до н.э., являлись короткими, другие как Лаки 1738 г. длились месяцами.
Типы вулканических извержений, как правило, называются в честь известных вулканов, на которых наблюдается характерное поведение:
Гавайский, Стромболианский, Плинианский Пелейский, газовый или фреатический, подлёдный, извержение пепловых потоков, гидроэксплозивные извержения, исладский тип.
Схема путей извержения и влияния на атмосферу. |
Типы вулканов: |
|
- эффузивный (выливающий лаву), |
|
- эксплозивный (взрывной), |
|
- экструзивный (выдавливающий). |
|
Выбрасываемый материал зависит от типа вулкана. |
По содержанию главной составляющей – оксид кремния в магме: ультраосновные (<40%), основные (40-52%), средние (52-65%), кислые (65-75%).
Состав вулканического газа:
50-85% - водяной пар, 10% - СО2, 5% - сернистый газ, 25% - хлористый водород и 0.2-0.05% - хлористый водород.
Воздействия на атмосферу: уменьшение прозрачности, загрязнение, уничтожение стратосферного озона, кислотные дожди, нагревание верхних слоев, охлаждение нижних.
Шкала вулканических извержений
VEI - Volcanic Explosivity (взрывоопасности) Index -основан на объёме извергнутых продуктов (тефра) и высоте столба пепла. Предложена К. Ньюхоллом (C.A. Newhall) и С. Селфом (S. Self) в 1982 году для оценки воздействия извержений на земную атмосфер Диапазон изменения в баллах: от 0 (< 10 тыс. м³ (0.01 км³)) до 8 (> 1000 км³ пепла и высотой столба пепла более 25 км).
При VEI>6 м.б. эффект вулканической зимы.
Некоторые крупные извержения вулканов:
1). Извержение Йеллоустонского вулкана около 600 тыс. лет назад имело силу 8 баллов 2450 км³ пепла было выброшено в атмосферу.
2) 69-77 тыс. лет назад произошло извержение вулкана Тоба, Суматра. В результате на Земле в течение 6-10 лет шли сернистые дожди, была вулканическая зима. Это же послужило причиной последующего 1000-летнего похолодания. Численность предков человека сократилась до 2-10 тысяч.
3). Около 27 тыс. лет назад на Северном острове Новой Зеландии произошло извержение вулкана Таупо (сильнейшее за последние 70 тыс. лет) силой 8 баллов. Объём выбросов составил порядка 1100 км³ пепла, не считая 530 км³ магмы. Это 30 млрд тонн пород.
4). Извержение вулкана Санторин в Эгейском море, в 95 км к северу от Крита, около 1628 г. до н.э было в 3 раза сильнее, чем Кракатау. 60-65 км³ выбросов.
5). 180 г.н. э. извержение «Хатепе» вулкана Таупо (сильнейшее за последние 25 тыс. лет) силой 7 баллов. Образовалось озеро Таупо. Римские и Китайские источники зарегистрировали явление «красного неба».
6). В 535-536 гг. произошло самое резкое понижение среднегодовой температуры в северном полушарии за последние 2 000 лет. Часто это похолодание связывают с извержениями вулканов Кракатау и Тавурвур.
7). Около 1000 г.н. э. Сильное извержение вулкана Пэктусан, образовалось Небесное озеро (Тяньчи).
8). Извержение вулкана Лаки, Исландия (19.6 км³ лавы). Вызванное извержением понижение температуры в северном полушарии привело в 1784 году к неурожаю и голоду в Европе.
9). Извержение вулкана Тамбора на острове Сумбава в 1815 г., достигло 7 баллов. Объём выбросов в атмосферу порядка 150-180 км³.
10). В 1883 году «целиком» взорвался вулкан Кракатау (объём выброса тефра составил 18 км³). Взрывная волна 7 раз обошла Земной шар. Мощность взрыва оценивается в 26 раз больше самой мощной водородной бомбы.
11). Пинатубо на филиппинском острове Лусон в 1991 г. (VEI=6) вызвал падение температуры на 0.5 °C.
Связь VEI с объемом выбросов в атмосферу
Количество и вид извергаемого вещества.
Состав продуктов извержений обычно базальтовый, реже – андезитовый.
Количество двуокиси серы (SO2), поступившее в
атмосферу за период извержений с 1979 по 1992 г. (Symonds et al, 1994).
Влияние на климат
История
Бенджамин Франклин, в 1783 году, первый предположил, что крупные извержения вулканов влияют на климат, после извержения вулкана Лаки в Исландии. Однако, большинство из выброшенного материала от этого извержения остались в нижней части атмосферы, так что Франклин имел правильную идею, но неправильный вулкан.
Концепция влияния предложена в 1920х годах Гемфрисом. После извержений в стратосфере возникают облака мелких частиц, состоящих из вулканической пыли. Они могут заметно ослаблять поток коротковолновой радиации к поверхности и почти не меняют поток длинноволнового уходящего излучения.
Влияние
Только некоторые типы вулканических извержений влияют на климат. Прежде всего они должны быть значительными, чтобы выбросить достаточно материала в нижние слои стратосферы (20-25 км) и находиться в низких широтах. Тогда частицы сформируют "вуаль" по всей планете. Это покрывало влияет на количество солнечной энергии, достигающее поверхности Земли.
Последствия извержений меньшего масштаба имеют локальный характер. Вулканические газы (двуокись серы и углекислый газ) даже если они не образуют аэрозольные капли, могут усиливать парниковый эффект, при котором происходит разогрев
нижних слоев атмосферы, поскольку эти газы абсорбируют инфракрасное излучение, испускаемое нагретой солнцем Землей.
1.Крупное извержение вулкана Санторин в (Греция, Эгейское море, 1470 г. до н.э.) привело к падению Минойский империи, явилось причиной значительного охлаждения атмосферы, что зафиксировано в узких кольцах деревьев и в кернах льда в Гренландии.
2.Наиболее известное извержение последнего времени вулкана Тамбора (Индонезия) произошло 5-12 апреля 1815 г. Следующий год зафиксирован как год без лета во многих частях северного полушария, глобальная температура упала на 30С.
3.После Кракатау (Индонезия, 26-27 авг. 1883 г.)аэрозоль достиг средней стратосферы (27 км) и мезосферы (70 км), ударная волна обошла Землю 7 раз, видимость около 1 м, тьма была 22 ч.R=400 км, цунами, тем-ра в Сев. полушарии упала на 0.40С.
4.Крупное извержение вулкана Сент-Хеленс произошло в 1980 г., но основная масса выброшенного материала вышла под углом
45°, а не прямо вверх, и он так не смог войти в стратосферу. Поэтому весь вулканический материал сосредоточился в северных равнинных штатах равнин, который вымылся осадками в течение нескольких недель.
5.После извержения в Мексике в 1982 г. вулкана Эль-Чичон в последующие три-четыре года было уничтожено 10% озона. В 1991 г. извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах вызвало уменьшение озона на 15 %в течение нескольких лет, и считается, что оно явилось причиной увеличения размера озоновой дыры над Антарктикой, облако пепла циркулировало 22 дня
6.В 20м веке было 10 крупных извержений (5 – в тропиках, 5 – в других широтах). Извержения происходили неравномерно: до 1915 г. и после 1956 г. и не явились причиной современного потепления.
Влияние вулканических извержений на солнечную радиацию
После крупных извержений происходит снижение радиации, которое зависит от мощности извержений (Будыко, Пивоварова, Логинов, Кравчук). Снижение сохраняется от нескольких месяцев до 3 и более лет.
Данные мировой актинометрической сети Потепление Арктики
Катмай, 1912 
Мон-Пеле 
2 года Кракатау, 1883 
Эль-Чичон, 1982
Пинатубо, 
1991
Снижение прямой солнечной радиации после извержения
Извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах вызвало уменьшение озона на 15 % в течение нескольких лет, и считается, что оно явилось причиной увеличения размера озоновой дыры над Антарктикой.
|
Вулкан |
Число |
Период осреднения, мес |
Снижение |
|
|
|
станций |
До извержения |
После |
радиации, % |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
извержения |
|
|
Агунг |
8 |
36 |
24 |
3.6 |
Последние Фуэго |
8 |
36 |
24 |
2.0 |
|
30 лет |
Суфриер, Сент- |
8 |
36 |
24 |
2.9 |
|
|||||
|
Хеленс, Алаид |
|
|
|
|
|
Эль-Чичон |
7 |
36 |
24 |
13.2 |
|
Кракатау |
1 |
12 |
24 |
14.0/12.8 |
|
Мон-Пеле, |
1 |
24 |
24/36 |
10.5 |
|
Суфриер, |
|
|
|
|
|
Санта-Мария |
|
|
|
|
Катмай |
9 |
30 |
30 |
10.0 |
Влияние извержений вулканов |
Сезон |
на ослабление прямой |
|
солнечной радиации в СНГ по |
|
сезонам (в %) |
|
Зима
Весна
Лето
+60%
Осень
Зима
-25%
Весна
Лето
Осень
-5% |
Зима |
|
Весна |
1 – прямая радиация, 2 – рассеянная, 3 - суммарная
Лето
Агунг (1963) |
Фуэго (1974) |
Эль-Чичон (1982) |
|||
Широта сектора |
Широта сектора |
Широта сектора |
|||
60-700 |
40-500 |
60-700 |
40-500 |
60-700 |
40-500 |
|
Европейский сектор |
|
|
||
14.7 |
8.8 |
10.1 |
2.6 |
22.5 |
14.2 |
6.8 |
5.0 |
3.7 |
2.3 |
13.4 |
8.1 |
1.9 |
1.0 |
0.7 |
0.2 |
9.7 |
5.7 |
5.3 |
4.0 |
7.9 |
1.2 |
14.9 |
12.1 |
|
|
Сибирский сектор |
|
|
|
6.0 |
5.4 |
4.0 |
3.6 |
25.6 |
18.5 |
5.0 |
4.7 |
3.1 |
3.0 |
9.9 |
4.3 |
2.2 |
1.3 |
2.3 |
2.0 |
10.0 |
1.6 |
5.3 |
4.0 |
7.9 |
1.2 |
14.9 |
12.1 |
|
Дальневосточный сектор |
|
|
||
15.0 |
7.1 |
5.3 |
2.2 |
26.5 |
9.7 |
5.6 |
3.0 |
4.2 |
3.5 |
6.4 |
4.3 |
2.2 |
1.5 |
2.6 |
2.0 |
10.1 |
5.5 |
5.5 |
1.5 |
6.6 |
1.3 |
19.7 |
5.8 |
Длина пути солнечного луча в северных широтах больше
Глобальная температура до и после извержений
4 вулкана
Похолодание в теплый сезон (март-октябрь) в течение 2х лет после извержения
На континентах и в средних - высоких широтах с макс.на востоке Северной Америки и в северной и центральной Азии (Kelly et al., 1996).
Основные извержения, происходящие в низких широтах, достигают высоких широт обоих полушарий благодаря атмосферной циркуляции, но доходят только до полярного круга. На изменение в полярных областях влияют вулканы Аляски и Камчатки.
Суммарный эффект 4х извержений
Пинатубо, 1991
Влияние извержений на давление, температуру, осадки
Широтное распределение времени наступления минимума температуры (t, мин) ТПО (- - -) и АТ(----) 1- зима. 2 –весна, 3 – лето, 4 -осень
Разности между аномалиями ТПО (т-ра поверхности океана) и АТ (температура над океаном) до и после вулканических извержений
(в относительных единицах от естественной изменчивости)
Изм. Т |
|
|
Южное полушарие |
|
|
|
Северное полушарие |
|
|||
|
60-500 |
50-400 |
40-300 |
30-200 |
20-100 |
10-00 |
0-100 |
10-200 |
20-300 |
30-400 |
40-500 |
ΔТПО |
0.06 |
0.05 |
0.12 |
0.21 |
0.17 |
0.12 |
0.11 |
0.26 |
0.22 |
0.28 |
0.28 |
ΔТА |
0.11 |
0.14 |
0.17 |
0.20 |
0.16 |
0.23 |
0.15 |
0.41 |
0.14 |
0.27 |
0.31 |