Jorden har befunnit sig i holocenperioden, en varmare period som följde en istid, i cirka 12'000 år. Under denna epok har det dock förekommit cirka 22 abrupta köldperioder, som varade i flera århundraden och ledde till en utvidgning av glaciärer.
"Hittills fanns det ingen övertygande förklaring till detta fenomen. Det verkade alltid att något saknades", säger Alice Paine från universitetet i Basel, som stöds av SNF. Man har bland annat misstänkt att det kan bero på isberg som driver mot söder, variationer i solaktivitet eller förändringar i havsströmmar.
Doktoranden har tillsammans med ett internationellt team undersökt en annan idé mer noggrant: vulkanernas aktivitet. Deras studie, publicerad i Nature Communications*, visar att utbrotten sannolikt var orsaken till de långvariga köldperioderna. Forskarna ger också en övertygande förklaring till mekanismen bakom.
Samtida vulkanutbrott och glaciärutbredning
Teamet samlade information från olika källor om starka vulkanutbrott under holocen. Det fanns 51 sådana utbrott, många av dem kring den så kallade Stilla havets eldring. I detta område finns många aktiva vulkaner, eftersom jordskorpeplattorna här kolliderar och överlappar varandra, vilket kan orsaka enorma, explosiva utbrott.
Tidpunkten för vulkanhändelserna kunde bestämmas med stor noggrannhet med hjälp av isborrkärnor från Arktis och Antarktis samt genom dateringar av organiskt material inneslutet i asklager. En uppdaterad datering av vulkaniska bergarter gav ytterligare information.
Forskarna jämförde sedan denna information med förekomsten av de längre köldperioderna under holocen. Datering av dessa faser gjordes främst med hjälp av information om glaciärernas maximala utbredning. Detta gjordes genom analys av moräner, det stenmaterial som isstungorna flyttar med sig.
Resultatet: Mer än åttio procent av glaciärutvidgningarna inträffade samtidigt som minst ett av vulkanutbrotten. "Genom att kombinera resultaten av vår statistiska analys med befintliga paleoklimatiska rekonstruktioner är vi mycket säkra på att detta inte är en tillfällighet. Dessutom förenar analysen också all tidigare kunskap om mekanismerna," säger Paine.
Temperaturförhållanden rubbas
Enligt dessa rubbar ett vulkanutbrott ibland jordens energibalans så att klimatet förändras globalt: Genom utbrottet kastas svavelpartiklar ut i atmosfären, som reflekterar det infallande solljuset. Detta får jordytan på norra halvklotet att kylas av.
Det arktiska havsisen expanderar, vilket gör att havet avger mindre värme till atmosfären. Detta förändrar havsströmmarnas lopp. Ett regnigt lågtrycksområde runt ekvatorn förskjuts dessutom söderut - och den kalla zonen vidgas.
"Alla dessa effekter förstärker varandra, det fungerar enligt snöbollsprincipen," säger Paine. Till slutet blir det så kallt att glaciärerna börjar växa, särskilt på höjder som i Schweiz.
För att detta ska hända måste dock vissa förhållanden vara uppfyllda. Om vulkanutbrottet till exempel är för svagt, når inte svavelpartiklarna den övre atmosfären. Om det däremot är för starkt kan stoftkolumnen kollapsa under sin egen vikt, så att relativt lite svavel når den högre atmosfären.
Paine betonar: Fenomenet bör inte förväxlas med vad som hände 1816 under "året utan sommar". Då ledde utbrottet av vulkanen Tambora i dagens Indonesien till en temperaturminskning av flera grader, vilket världen över orsakade missväxt och hungersnöd. Effekten höll dock bara i ett år, tills stoftpartiklarna åter föll ner från atmosfären.
Vid de långsiktiga köldperioderna är det annorlunda. "Svavelpartiklarna sätter bara snöbollen i rullning. Men deras effekter på jordens system kvarstår i årtionden eller till och med århundraden, långt efter det att partiklarna har tvättats ur atmosfären."
Prognoser är svåra
En stor fråga är om en sådan vulkanorsakad köldperiod kan inträffa i närtid. "Vid de undersökta händelserna befann sig klimatet så att säga i ett naturligt tillstånd," påpekar forskaren. För närvarande befinner det sig dock på grund av mänsklig påverkan i ett unikt tillstånd.
Vissa forskare tror att detta kan göra klimatet mycket lättare att rubba vid händelser som vulkanutbrott. Andra argumenterar för att ett vulkanutbrott idag inte är mer än en droppe i havet - med tanke på de stora förändringar som pågår i atmosfären. "Ju mer vårt klimat förändras, desto mer komplexa blir processerna," säger Paine. "Här finns ett enormt kunskapsgap att fylla."
Presskontakt:
Alice R. Paine
Departement miljövetenskaper
Universitetet i Basel
Bernoullistrasse 32
4056 Basel
Tel.: +41 61 207 2880
E-post: alice.paine@unibas.ch