44

Vulkanizmus - 8: Vulkánkitörések klimatikus hatásai

R. P. Hoblitt felvétele, Pinatubo, 1991 június 15

Dr. Harangi Szabolcs (2006(2006-2009)

0-502 szoba,

ELTE KőzettanKőzettan-Geokémiai Tanszék

E-mail: szabolcs.harangi@ [email protected]

Harangi Szabolcs (2006-2009): Vulkanizmus 8. Vulkánkitörések klimatikus hatásai

dia - 1 / 44

Vulkanizmus tematika 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.

Vulkán, vulkanológia Vulkánok és lemeztektonika, miért működnek vulkánok a Földön? Filmvetítés (Toba) Filmvetítés (Mt St Helens) Vulkánkitörések I.: lávaöntés Vulkánkitörések II: robbanásos kitörések ZH-1 Vulkánkitörési típusok és vulkánformák Vulkánkitörések klimatikus hatásai Vulkánkitörések társadalmi hatásai Vulkánkitörések előrejelzése A Kárpát-medence tűzhányói ZH-2

Ábrák egy része Alan Robock: Volcanic Eruptions and Climate c. előadás anyagából származik (http://envsci.rutgers.edu/~robock)


dia - 2 / 44

1

Folyamatosan „füstölgő” Erebusz (Antarktisz) Harangi Szabolcs (2006-2009): Vulkanizmus 8. Vulkánkitörések klimatikus hatásai

dia - 3 / 44

Mt. St. Helens, 1980


dia - 4 / 44

2

Vulkáni gázok: kb. 80% H2O kb. 10% CO2 kb. 5% SO2 kb. 1% H2S <1% HCl, N2 Galeras, Kolumbia


dia - 5 / 44

Az elmúlt 250 év fontosabb vulkáni kitörései

Volcano

Year

VEI

d.v.i/Emax

IVI

Lakagígar [Laki craters], Iceland Unknown (El Chichón?) Tambora, Sumbawa, Indonesia Cosiguina, Nicaragua Askja, Iceland Krakatau, Indonesia Okataina [Tarawera], North Island, NZ Santa Maria, Guatemala Ksudach, Kamchatka, Russia Novarupta [Katmai], Alaska, US Agung, Bali, Indonesia Mt. St. Helens, Washington, US El Chichón, Chiapas, Mexico Mt. Pinatubo, Luzon, Philippines

1783 1809 1815 1835 1875 1883 1886 1902 1907 1912 1963 1980 1982 1991

4

2300

7 5 5 6 5 6 5 6 4 5 5 6

3000 4000 1000 1000 800 600 500 500 800 500 800 1000

0.19 0.20 0.50 0.11 0.01* 0.12 0.04 0.05 0.02 0.15 0.06 0.00 0.06 —

three different scales that have been used to measure the size of the eruptions, the Volcanic Explosivity Index, the Dust Veil Index, and the Ice-core Volcanic Index. Harangi Szabolcs (2006-2009): Vulkanizmus 8. Vulkánkitörések klimatikus hatásai

dia - 6 / 44

3

Az elmúlt 250 év fontosabb vulkáni kitörései

Volcano

Year

VEI

d.v.i/Emax

IVI

Lakagígar [Laki craters], Iceland Unknown (El Chichón?) Tambora, Sumbawa, Indonesia Cosiguina, Nicaragua Askja, Iceland Krakatau, Indonesia Okataina [Tarawera], North Island, NZ Santa Maria, Guatemala Ksudach, Kamchatka, Russia Novarupta [Katmai], Alaska, US Agung, Bali, Indonesia Mt. St. Helens, Washington, US El Chichón, Chiapas, Mexico Mt. Pinatubo, Luzon, Philippines

1783 1809 1815 1835 1875 1883 1886 1902 1907 1912 1963 1980 1982 1991

4

2300

7 5 5 6 5 6 5 6 4 5 5 6

3000 4000 1000 1000 800 600 500 500 800 500 800 1000

0.19 0.20 0.50 0.11 0.01* 0.12 0.04 0.05 0.02 0.15 0.06 0.00 0.06 —

…és amelyek bizonyítottan befolyásolták a klímát


dia - 7 / 44

Példák: Laki, Izland, 1783


dia - 8 / 44

4



dia - 9 / 44

Példák: Laki, Izland, 1783 •

Grí Grímsvötn msvötn vulkáni rendszer része

•

25 km hosszú hasadék

•

934: Eldgjá kitörés – ca. ca. 20 km3 mennyiségű bazalt láva (a történelmi idők egyik legnagyobb lávaöntő kitörése)

•

1783 június 8. – 1784 február 7.: Laki hasadék kitörés – ca. ca. 15 km3 bazalt láva

•

A hasadék mentén 130 kráter jött létre

•

Kezdetben robbanásos kitörések, a lávaszökőkutak 800800-1400 méter magasságba szöktek

•

Később, tömeges lávaöntés


dia - 10 / 44

5

During several of the summer months of the year 1783, when the effect of the sun’s rays to heat the earth in these northern regions should have been greatest, there existed a constant fog over all Europe, and great part of North America. This fog was of a permanent nature; it was dry, and the rays of the sun seemed to have little effect towards dissipating it, as they easily do a moist fog, arising from water. They were indeed rendered so faint in passing through it, that when collected in the focus of a burning glass, they would scarce kindle brown paper. Of course, their summer effect in heating the earth was exceedingly diminished. Hence the earth was early frozen, Hence the first snows remained on it unmelted, and received continual additions. Hence the air was more chilled, and the winds more severely cold. Hence perhaps the winter of 1783-4, was more severe, than any that had happened for many years. The cause of this universal fog is not yet ascertained. Whether it was adventitious to this earth, and merely a smoke, proceeding from the Benjamin Franklin, Párizs, 1783 nyara consumption by fire of some of those great burning balls or globes which we happen to meet within our rapid course round the sun, and which „ …kékes, hideg, száraz köd… are sometimes seen to kindle and be destroyed in passing our atmosphere, and whose smoke might …ami nem engedi át a nap sugarait… be attracted and retained by our earth; or whether it was the vast quantity of smoke, long …vajon egy izlandi vulkán kitörésének a continuing to issue during the summer from Hecla in Iceland, and that other volcano which arose out következménye?” of the sea near that island, which smoke might be spread by various winds, over the northern part of world, is yet uncertain. Harangi Szabolcs (2006-2009): Vulkanizmus 8. Vulkánkitörések klimatikusthe hatásai dia - 11 / 44


Példák: Laki, Izland, 1783 •

1783 nyara: melegrekord

•

17831783-1784 tele: hideg rekord

•

1784 tavasza: jelentős áradások

•

Sűrű, fojtó szmog egész Európán

•

Egyiptom, Nílus, 1784: anomálisan alacsony vízállás – éhínség, járványok


dia - 12 / 44

6

Példák: Laki, Izland, 1783 Grönlandi jégfurat sav koncentráció (H+/kg)

Laki kitörés

Egyesült Államok, téli átlaghőmérséklet

Ábra: Schmincke – Volcanism c. könyvéből


dia - 13 / 44


Az évi átlagos hőmérséklet változása 1768 és 1798 között.


dia - 14 / 44

7


A Laki vulkáni köd (szmog) megjelenése az északi féltekén A. Robock és J. Grattan nyomán


dia - 15 / 44


A. Robock nyomán


dia - 16 / 44

8



dia - 17 / 44


Thordarson and Self (2003)

Sulfur mass released SO2 total = 122 Mt SO2 at vent = 98 Mt SO2 by lava = 24 Mt

Other volatiles H2O = 235 Mt CO2 = 349 Mt HF = 15 Mt, HCl = 7 Mt


dia - 18 / 44

9

Példák: Tambora, Indonézia, 1815 Sumbawa szigetén (Szunda szigetek), a Sanggar félszigeten található, egy aktív szubdukciós zónában, de a vulkáni front mögött, egy jelentős szerkezeti vonal mentén


dia - 19 / 44

Példák: Tambora, Indonézia, 1815 •

1815 előtt: ca. ca. 5000 éven keresztül inaktív, 4300 m magas tűzhányó

•

1815 április 5.: hatalmas erejű robbanásos kitörés, majd április 1010-én egy ennél is nagyobb kitörés •

3 napig sötétség, sűrű hamueső több száz kilométeres körzetben

•

A robbanás hangja >2000 km távolságban is hallható!

•

VEI=7 erősség, 2525-40 km magas kitörési felhők

•

Kb. 50 km3 mennyiségű magma tört a felszínre

•

A kitörés után 2850 m magas hegy marad, egy 6x7 km nagyságú, 1 km mély beszakadással a közepén


dia - 20 / 44

10

Példák: Tambora, Indonézia, 1815

•

500 000 km2 területet fed be a vulkáni hamu


dia - 21 / 44

Példák: Tambora, Indonézia, 1815 1816: „a nyár nélküli év” Hóviharok, fagyok júniustól augusztusig 0,40,4-0,7oC átlagos globális hőmérsékletcsökkenés Global Surface Temperature Reconstruction 0.3

Anomaly (°C)

0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 1980

1960

1940

1920

1900

1880

1860

1840

1820

1800

1780

1760

1740

1720

1700

-0.4

Year

Ok: 200 millió tonna SO2 gáz kerül a légkörbe! Harangi Szabolcs (2006-2009): Vulkanizmus 8. Vulkánkitörések klimatikus hatásai

dia - 22 / 44

11

Példák: El Chichón, Mexikó, 1982

Fotó: Bill Rose, Michigan Technological University

•

Dél Mexikóban (Chiapas térség) egy komplex tufakúp és lávadóm együttes

•

Kitörések: március 29, április 3 és április 4; az utolsó volt a legerősebb.

•

Ezt megelőzően a vulkánnak több száz éve nem volt kitörése (úgy gondolták, hogy már inaktív)

•

Több piroklaszt ár és torlóár zúdult le a környező völgyekben

•

Kb. 2000 halálos áldozat, kapcsolódó politikai felkelés

•

Pont ebben az időben kezdődött egy El Niňo a déli féltekén

Fotók: NODAK EDU, North Dakota, USA


dia - 23 / 44

Példák: El Chichón, Mexikó, 1982

A kitörési felhő nyugati irányba húzódott és 3 hét alatt kerülte meg a Földet! 7 millió tonna SO2 jut a levegőbe (anhidrit keletkezése) A globális lehűlést valószínűleg kompenzálta az El Niňo felmelegedés


dia - 24 / 44

12

Példák: El Chichon, Mexikó, 1982

Naplemente Madison, Wisconsin, 1983, május Fotó: A. Robock Harangi Szabolcs (2006-2009): Vulkanizmus 8. Vulkánkitörések klimatikus hatásai

dia - 25 / 44

Példák: Pinatubo, Fülöp-szigetek, 1991 •

Aktív rétegvulkán Manilától mintegy 100 km-re

•

1991-es kitörés mintegy 500 év szünet után!

•

260 m-rel csökken a hegy magassága, 2,5 km széles kaldera alakul ki

•

10 km3 magma tör ki (VEI=6)

•

A 20 sz. egyik legnagyobb kitörése

•

Veszély-előrejelzési sikertörténet

•

300 halálos áldozat (a kitöréssel egy időben tájfun is pusztított) Casadevall et al., 1996


dia - 26 / 44

13

Példák: Pinatubo, Fülöp-szigetek, 1991 •

Jelentős mennyiségű vulkáni hamu és gáz kerül a sztratoszférába

•

20 millió tonna SO2 kerül a levegőbe (anhidrit képződése)

•

0,5oC-os globális átlaghőmérséklet csökkenés, a sztratoszféra hőmérséklete viszont több fokkal emelkedett

•

Erőteljes ózon-károsodás (ehhez hozzájárult a chilei Mt. Hudson vulkán kitörése is)

•

Színes naplementék, a Hold fénye fakóbb 1992ben

Fotó: USGS


dia - 27 / 44

Példák: Pinatubo, Fülöp-szigetek, 1991 Clark Air Force Base 25 km from volcano

Fotó: R. P. Hoblitt, June 15, 1991


dia - 28 / 44

14

Példák: Pinatubo, Fülöp-szigetek, 1991 Cubi Point Naval Air Station, 40 km from volcano

U.S. Navy photograph by R. L. Rieger This World Airways DC-10 was not evacuated in time. The white and black coatings are volcanic ash. There was so much weight on the stabilizer that it tipped the plane backwards. Harangi Szabolcs (2006-2009): Vulkanizmus 8. Vulkánkitörések klimatikus hatásai

dia - 29 / 44

Példák: Pinatubo, Fülöp-szigetek, 1991 „Pinatubo medvék”

1992 nyarán a Hudson öböl jege kb. 1 hónappal később olvadt meg a szokásosnál

“Mindez drámai hatással volt a jegesmedvékre. Nagyobbak, súlyosabbak lettek és több medvekölyök is megmaradt, mivel számukra kedvezőbbek voltak a körülmények. Ezeket ezért „Pinatubo medvéknek” nevezik.” Stirling (1997) Kanadában azóta is ez a medve generáció jóval népesebb, mint az azt megelőző, illetve azután született medve generációk. Mindez arra is rámutat, hogy a jegesmedvék mennyire érzékenyen reagálnak a klímaváltozásra. A felmelegedés ezzel szemben erős negatív hatást gyakorol rájuk!


dia - 30 / 44

15

Példák: Pinatubo, Fülöp-szigetek, 1991

A közvetlen napsugárzás mérése a hawaii Mauna Loa obszervatóriumban


dia - 31 / 44

Vulkánkitörések klimatikus hatásai •

Fojtó szmog

•

Globális hőmérsékletcsökkenés

•

Színes naplementék

•

Monszunesők elmaradása - szárazság

Okok: Lamb (1970):

légkörbe jutó finomszemcsés vulkáni hamu az első publikációs, ami összeköti a vulkáni működést és a klímaváltozást!

El Chichón (1982) kitörés: tudományos „forradalom” Aeroszolok légi mintagyűjtése: jelentős mennyiségű H2SO4 cseppek kimutatása 13 megatonna (13x1012 g) SO2 került a levegőbe a kitörés során Következtetés: A klímaváltozásért nem a vulkáni hamuszemcsék, hanem a vulkáni gázok, elsősorban az SO2 a felelős! Harangi Szabolcs (2006-2009): Vulkanizmus 8. Vulkánkitörések klimatikus hatásai

dia - 32 / 44

16

Kritérium: A vulkáni gázok a sztratoszférába jussanak fel, ahol néhány évig megmaradhatnak (északi területeken már akár 10-12 km magasan kezdődik, az egyenlítő területén viszont 18-20 km magasságban indul) Harangi Szabolcs (2006-2009): Vulkanizmus 8. Vulkánkitörések klimatikus hatásai

•

dia - 33 / 44

Kénsav aeroszolok: kb. 0,5 μm sugarú gömböcskék, méretük összevethető a látható fény hullámhosszával ⇓ Fénysugarak erősen szóródnak, ég fényessége csökken (a Pinatubo kitörés után az ég fehérebb volt) Napsugarak egy része visszaverődik, más részük abszorbeálódik

•

Trópusi területeken lévő vulkánok kitörései mindkét féltekére kihathatnak

•

Északi területeken lévő vulkánok (pl. Katmai, Laki, Kamcsatka) elsősorban az északi féltekén fejtenek ki erős hatást (ráadásul itt alacsonyabban van a sztratoszféra alsó határa)

•

Vulkánok globális kén-kibocsátása: kb. 14%-t tesznek ki az évente a troposzférába jutó összes kén-mennyiségnek


dia - 34 / 44

17

Trópusi területeken zajló nagy vulkánkitörések hatásai: •

Legalább 1-5 megatonna SO2-nek kell a sztratoszférába jutni

•

Sztratoszféra felmelegedés (napsugarak abszorpciója) 1-2 éven át, a kitörést követő 1-3 hónapot követően

•

Globális lehűlés (rövid hullámú napsugarak visszaverése) 1-3 éven keresztül, rögtön a kitörést követően (több egyidejű nagy vulkánkitörés esetében a globális hűlés akár évtizedekig is tarthat

•

Ózon csökkenés (heterogén kémiai reakciók a sztratoszférában) 1-2 éven keresztül

•

Heterogén téli melegedés az északi féltekén (ez függ a tropopausában jellemző erős ún. futószelektől. A futószelek erőssége alapvetően a trópusok és sarki hőmérséklet különbségtől függnek)


dia - 35 / 44

Ábrák: Schmincke – Volcanism c. könyvéből

Fa évgyűrű elemzés és jégfúrások adatai

http://www.icedrill.ch/ice_core_drill.html Harangi Szabolcs (2006-2009): Vulkanizmus 8. Vulkánkitörések klimatikus hatásai

dia - 36 / 44

18

A jég fúrómagok sav-tartalma (vezetőképesség mérése), oxigén izotóp összetétele érzékenyen jelzi a múltbeli kitörések környezeti hatásait

A thin cut of the ice core shows the dark bubbles of ancient atmosphere, trapped in dark bubbles between ice grains (Image: W Berner/University of Bern) Harangi Szabolcs (2006-2009): Vulkanizmus 8. Vulkánkitörések klimatikus hatásai

dia - 37 / 44

• Leghosszabb jégfúrás: GISP2 Grönlandon, ami 110 ezer évet ölel fel • Bizonyos kitörések mindkét pólus jégmintáin nyomot hagytak (pl. Tambora, Krakatau), a Laki és Katmai kitörés csak a grönlandi jégmintákon észlelhető, az új-zélandi Tarawera kitörés pedig csak az antarktiszi jégmintákon látható • Vannak olyan nyomok is, amelyekhez nem lehet vulkáni kitörést rendelni, pl. 1259, 1809 évben mindkét sarki jégfuratokon

Montage of photos taken during experimental ice core drilling in Greenland, 2005. Taken from Riebeek (2006b) Harangi Szabolcs (2006-2009): Vulkanizmus 8. Vulkánkitörések klimatikus hatásai

dia - 38 / 44

19

Summer and winter core layers There are two primary sources for this dust. During the dry northern summer, particulates from Arctic Canada and coastal Greenland are carried by wind currents and deposited on the Greenland ice sheet. In addition to this seasonal influx of dust, gigantic volcanic eruptions anywhere on the globe can also spew enormous quantities of dust into the atmosphere. Eventually, if atmospheric conditions are right, some of this dust may find its way onto the Greenland ice sheet. These dust layers are extremely important because they have allowed scientists to date the GISP2 core more accurately than most previous cores. Photo Credits: Anthony Gow, United States Army Corps of Engineers, Cold Regions Research and Engineering Laboratory. Harangi Szabolcs (2006-2009): Vulkanizmus 8. Vulkánkitörések klimatikus hatásai

dia - 39 / 44

Fa évgyűrű elemzés Bizonyos esetekben nagyon jó eszköz nagy vulkáni kitöréseket követő hőmérséklet csökkenés kimutatására. A növekedési időszakban beköszönő fagyok következtében ugyanis vékonyabb évgyűrűk jelennek meg. Ezekre különösen az északi területek fatípusai érzékenyek.

H.U. Schmincke: Volcanism c. könyvéből


dia - 40 / 44

20

Fa évgyűrű elemzés Briffa kutatásai alapján jó egyezést kapott az északi félteke fa évgyűrű adatai és nagyobb vulkáni kitörések ideje között, mint pl. 1816 (Tambora), 1884 (Krakatau) és 1912 (Katmai). Az elmúlt 600 év legkiugróbb fagyási évgyűrűi azonban 1600. évnél jelentkezik, amit valószínűleg a perui Huaynaputina vulkán kitörése okozhatott.


dia - 41 / 44

Vulkáni naplementék Ahogy a Nap nyugszik le, a fénysugarai közül a vörös visszaverődik a sztratoszféra alsó részén lévő vulkáni felhőről, ami erős vörös naplementét eredményez még 1-1.5 órával napnyugta után is!

Naplemente Madison, Wisconsin, 1983, május


dia - 42 / 44

21

Vulkáni naplementék

Amikor a fény áthalad a légkörön, az ott jelenlevő anyaggal (pl. porszemcsék) kapcsolatba lép. Ha a hullámhossz összemérhető a részecskék méretével, akkor a fény szóródik. Rayleigh vizsgálata szerint annál nagyobb a szóródás mértéke, minél kisebb a fény hullámhossza. Naplemente során, amikor a fény a nagy beesési szög miatt nagy tömegű levegő rétegen, azaz vastag porrétegen halad át, erősen szóródik, elsősorban a kis hullámhosszú ibolya és kék színű sugarak, míg a nagyobb hullámhosszú sárga, narancs és vörös sugarak megmaradnak. Ha a sztratoszférában is jelentős mennyiségű apró szemcse található (aeroszol, vulkáni hamu), akkor a fénysugarakat akkor is látjuk, amikor a Nap már a horizont alatt van. A fekete égen erősebben jelennek meg az élénk színek.


dia - 43 / 44

Vulkáni naplementék

These two photos show the Earth’s limb at sunset before and after the Mt. Pinatubo eruption. The first view (STS41D-32-14) shows a relatively clear atmosphere, taken August 30, 1984. Astronauts were looking at the profiles of high thunderstorms topping out at the tropopause at sunset; different atmospheric layers absorbed the last rays of light from the sun as the spacecraft moved eastward. The same type of photograph (STS043-22-23) was taken August 8, 1991, less than two months after the Pinatubo eruption. Two dark layers of aerosols make distinct boundaries in the atmosphere. The estimated altitude of aerosol layers in this view is 20 to 25 km.

http://earthobservatory.nasa.gov/Study/AstronautPinatubo/astronaut_pinatubo2.html Harangi Szabolcs (2006-2009): Vulkanizmus 8. Vulkánkitörések klimatikus hatásai

dia - 44 / 44

22

44

Recommend Documents