راز فوران های باستانی؛ آتشفشان هایی که زمین را قرن ها منجمد کردند
برخی از قدرتمندترین فورانهای تاریخ ممکن است زمین را به دورههای سرمایش پایدار و طولانیمدتی کشانده باشند که قرنها به طول انجامیده است.
به گزارش هفت صبح معمولاً یک فوران آتشفشانی میتواند آسمان را تیره کرده و سیاره را برای یکی دو سال خنک کند. اما تحقیقات جدید نشان میدهد که برخی از بزرگترین فورانهای تاریخ، تأثیری بسیار قدرتمندتر داشتهاند: آنها زمین را به دورههای سردی کشاندهاند که قرنها ادامه یافته است.
این کشف میتواند به حل یک معمای دیرینه اقلیمی کمک کند. دوره «هولوسن» (دوره گرمی که حدود ۱۱,۷۰۰ سال پیش آغاز شد)، اغلب بهعنوان دورهای با ثبات اقلیمی شناخته میشود. با این حال، این ثبات بارها دچار وقفه شده است. پژوهشگران حدود ۲۲ رویداد بزرگ را شناسایی کردهاند که در آنها دما کاهش یافته، الگوهای بارش تغییر کرده، اکوسیستمها آسیب دیدهاند و یخچالهای کوهستانی پیشروی کردهاند.
آتشفشانها؛ کلید حل یک معمای قدیمی اقلیمی
آلیس پین، پژوهشگر پسادکتری در دانشگاه بازل که بودجه تحقیقاتش توسط SNSF تأمین میشود، میگوید: «تا امروز توضیح قانعکنندهای برای این پدیده وجود نداشت. همیشه به نظر میرسید که یک قطعه از پازل گم شده است.»
دانشمندان پیشتر دلایل احتمالی متعددی از جمله تغییرات در فعالیتهای خورشیدی، اختلال در جریانهای اقیانوسی و حرکت تودههای بزرگ یخ به سمت اقیانوس اطلس شمالی را مطرح کرده بودند. اما آلیس پین و یک تیم بینالمللی بررسی کردند که آیا فورانهای انفجاری آتشفشانی ممکن است همان شوک اولیه ایجادکننده این تغییرات بوده باشند یا خیر.
یافتههای آنها که در نشریه Nature Communications منتشر شده، نشان میدهد که فورانهای بزرگ با اکثر دورههای طولانیمدت سرد در هولوسن ارتباط نزدیکی داشتهاند. آتشفشانها با پر کردن مداوم جو از خاکستر، سیاره را سرد نگه نمیداشتند؛ بلکه به نظر میرسد زنجیرهای از تغییرات را آغاز کردهاند که نور خورشید، یخهای دریایی، بارشها و جریانهای اقیانوسی را درگیر کرده است.
بازسازی ۱۲ هزار سال فوران آتشفشانی
این تیم، سوابق ۵۱ فوران بزرگ را که در دوره هولوسن در مناطق شمالیِ ۲۰ درجه عرض جغرافیایی جنوبی رخ داده بود، جمعآوری کردند. بسیاری از این فورانها در اطراف «حلقه آتش اقیانوس آرام» اتفاق افتاده است؛ کمربند وسیعی از آتشفشانها و مناطق زلزلهخیز که بخش بزرگی از اقیانوس آرام را احاطه کرده است. در این منطقه، حرکت و برخورد صفحات تکتونیکی میتواند فورانهای بسیار انفجاری ایجاد کند.
بازسازی فورانهای هزاران سال پیش دشوار است، زیرا فرسایش، فورانهای بعدی و تغییر شکل مناظر، بخش بزرگی از شواهد زمینشناسی را از بین میبرد. پژوهشگران برای حل این مشکل، رسوبات آتشفشانی را با سولفاتهای موجود در هستههای یخی گرینلند و قطب جنوب، تاریخگذاری رادیومتری سنگهای آتشفشانی و مواد آلی مدفون در لایههای خاکستر ترکیب کردند.
سپس آنها جدول زمانی فورانها را با ۲۲ دوره از رشد بزرگ یخچالها که در ۱۷ منطقه ثبت شده بود، مقایسه کردند. این پیشرویها عمدتاً از طریق «مورنها» (تپههایی از سنگ و رسوب که هنگام رسیدن یخچالها به حداکثر وسعتشان باقی میمانند) شناسایی شدند.
پیوندی آشکار با رشد یخچالها
تنها چهار مورد از ۲۲ مورد پیشروی یخچالها، با فورانهای بزرگ شناختهشده همخوانی نداشتند (با در نظر گرفتن خطای روشهای تاریخگذاری). بیش از ۸۰ درصد آنها حداقل با یک فوران بزرگ همزمان بودند.
این ارتباط برای شدیدترین رویدادها حتی قویتر بود. هر فوران شناختهشده در دوره هولوسن با بزرگی ۷ یا بیشتر، در بازه زمانی نزدیک به یک دوره پیشروی یخچالها رخ داده است. برای حدود ۷۲ درصد از آن فورانها، شواهد پیشروی یخچالها در هر دو نیمکره زمین دیده میشد.
برای آزمایش اینکه آیا این الگو ممکن است تصادفی باشد، تیم پژوهشی ۱۰ میلیون مجموعه داده تصادفی از تاریخ فورانها ایجاد کرد. ارتباط بین بزرگترین فورانها و پیشروی یخچالها در سطح اطمینان ۹۹ درصد، همچنان معنادار باقی ماند.
پین میگوید: «با ترکیب نتایج تحلیلهای آماری با بازسازیهای اقلیمی گذشته، با اطمینان بالایی میگوییم که این یک تصادف نیست. علاوه بر این، تحلیل ما تمام یافتههای تاکنون موجود درباره این مکانیسمها را با هم هماهنگ میکند.»
چگونه گوگرد آتشفشانی زمین را خنک میکند؟
پژوهشگران معتقدند این فرآیند زمانی آغاز میشود که یک فوران، مقادیر زیادی گوگرد را به لایههای بالای جو پرتاب میکند. گوگرد ذرات ریز معلقی (آئروسل) تشکیل میدهد که بخشی از نور خورشید ورودی را به فضا بازتاب میدهد و به سرعت سطح زمین را خنک میکند.
اغلب، خاکستر را عامل خنککنندگی آتشفشانی میدانند، اما خاکستر معمولاً نسبتاً سریع از جو خارج میشود. آئروسلهای گوگردی مهمتر هستند، زیرا میتوانند بهطور گسترده در لایههای فوقانی جو پخش شوند و مدتزمان بسیار بیشتری در آنجا باقی بمانند.
هر فوران بزرگی تأثیر اقلیمی یکسانی ندارد. تأثیر آن به عواملی مانند موقعیت مکانی، مقدار گوگرد آزاد شده، ارتفاع ستون دود و وضعیت اقلیم در آن زمان بستگی دارد. یک فوران عظیم ممکن است تأثیر نسبتاً محدودی داشته باشد اگر بیشتر گوگرد آن قبل از رسیدن به لایههای فوقانی جو حذف شود؛ در حالی که یک فوران کوچکتر اما غنی از گوگرد میتواند سرمایش قابلتوجهی ایجاد کند.
فورانهای باستانی، حجم عظیمی از گوگرد را آزاد کردند
برخی فورانهای هولوسن مقادیر فوقالعادهای گوگرد آزاد کردند. فوران «سامالاس» در سال ۱۲۵۷ میلادی، فوران «K-Ah» در ژاپن امروزی و فورانی که دریاچه «کوریل» در روسیه را شکل داد، هر کدام به نظر میرسد بیش از دو برابرِ فوران سال ۱۸۱۵ کوه «تامبورا»، گوگرد به جو تزریق کرده باشند.
آن انفجار اولیه گوگرد میتواند جو را بهقدری خنک کند که تغییرات کندتر و پایدارتری را به راه بیندازد. با کاهش دما در سراسر نیمکره شمالی، یخهای دریایی قطب شمال شروع به گسترش میکنند. از آنجایی که یخ روشن، نور خورشید بیشتری را نسبت به آب تیره اقیانوس بازتاب میدهد، گسترش آن سرمایش را عمیقتر میکند. یخ همچنین مانع انتقال گرما و رطوبت بین اقیانوس و جو میشود و سیستم اقلیمی را بیشتر مختل میکند.
گسترش یخهای دریایی در نهایت میتواند گردش آبهای اقیانوس اطلس شمالی را تغییر داده و میزان گرمایی را که توسط جریانهای اقیانوسی به سمت شمال حمل میشود، کاهش دهد. در عین حال، کمربند بارانهای استوایی زمین ممکن است به سمت جنوب تغییر مکان دهد که این امر باعث تغییر بارش در مناطق وسیع شده و شرایط سردتر و خشکتر را در بخش بزرگی از نیمکره شمالی گسترش میدهد.
پین میگوید: «همه این اثرات یکدیگر را تقویت میکنند؛ این یک اثر گلولهبرفی است.»
چرا سرمایش قرنها طول کشید؟
شوک اولیه آتشفشانی ممکن است تنها چند سال طول بکشد، اما اقیانوس و یخهای دریایی بسیار کندتر واکنش نشان میدهند. هنگامی که این سیستمها به حالت متفاوتی رانده شوند، میتوانند سرمایش را برای دههها یا قرنها حفظ کنند. در این صورت یخچالها زمان کافی برای رشد پیدا میکنند، بهویژه در مناطق مرتفع کوهستانی مانند آلپ.
«ذرات گوگرد فقط گلوله برفی را به حرکت در میآورند. اما تأثیر آنها بر سیستم زمین دههها یا حتی قرنها، مدتها پس از آنکه ذرات از جو شسته شدهاند، باقی میماند.»
این مکانیسم با آنچه پس از فوران کوه تامبورا در اندونزی امروزی رخ داد، متفاوت است. سال بعد، ۱۸۱۶، به «سالی بدون تابستان» معروف شد. دما در برخی مناطق چندین درجه کاهش یافت، محصولات کشاورزی از بین رفتند و کمبود مواد غذایی در بخشهایی از جهان گسترش یافت. شدیدترین اثرات این واقعه پس از پاک شدن ذرات آتشفشانی از جو، فروکش کرد.
آیا این اتفاق در اقلیم امروز ممکن است رخ دهد؟
مطالعه جدید نشان میدهد که تحت شرایط مناسب، یک فوران میتواند بیش از ایجاد یک شوک دمایی کوتاه، عمل کند. فوران میتواند بازخوردهای کندتری را فعال کند که مدتها پس از پاک شدن آسمان، همچنان به تغییر شکل اقلیم ادامه میدهند. با این حال، هنوز مشخص نیست که آیا این بازخوردها در دنیای بسیار گرمتر امروز نیز به همان شیوه عمل خواهند کرد یا خیر.
پین اشاره میکند: «برای رویدادهایی که ما مطالعه کردیم، اقلیم به اصطلاح در حالت طبیعی خود بود.» از آن زمان، فعالیتهای انسانی جو را دگرگون کرده و سیاره را گرم کرده است که شرایطی بیسابقه را ایجاد کرده که مشابه دقیقی در سوابق هولوسن ندارد.
برخی پژوهشگران استدلال میکنند که اقلیمی که بهسرعت در حال تغییر است، میتواند در برابر اختلالات ناگهانی آسیبپذیرتر باشد. برخی دیگر معتقدند حتی یک فوران عظیم تنها وقفه موقتی در گرمایش بسیار بزرگتر و مستمری ایجاد میکند که ناشی از انتشار گازهای گلخانهای است.
پین میگوید: «هرچه اقلیم ما بیشتر تغییر کند، فرآیندها پیچیدهتر میشوند. هنوز شکاف دانش بسیار بزرگی وجود دارد که باید پر شود.»
