Un nuevo análisis de las nubes de ceniza creadas a partir de grandes erupciones volcánicas muestra que los efectos temporales de enfriamiento cambian a medida que el ambiente se calienta.

El 15 de junio de 1991, el volcán Monte Pinatubo en Filipinas entró en erupción con una explosión cataclísmica tan violenta que el volcán colapsó sobre sí mismo. Su nube de gas y ceniza alcanzó unos 40 km en el aire, y en las semanas siguientes, la nube entró en la estratosfera y se extendió por todo el mundo. Durante el próximo año, la temperatura global promedio cayó alrededor de 0,5 grados centígrados.

Un volcán es una abertura en la corteza terrestre que permite que la roca fundida y caliente escape a la superficie. También permite que el gas y las cenizas escapen del interior de alta temperatura de la tierra.

Las erupciones volcánicas juegan un papel importante en el enfriamiento del planeta. Los gases de azufre de las columnas volcánicas se combinan con otros gases en la atmósfera, y estos aerosoles dispersan la radiación solar, reflejándola en el espacio. Pero a los científicos les preocupa que el cambio climático pueda hacer que las erupciones sean menos efectivas para reducir las temperaturas globales. Este circuito de retroalimentación, en el que el cambio climático podría dificultar o amplificar la capacidad de las erupciones volcánicas para combatir el aumento de las temperaturas, actualmente no está incluido en los escenarios climáticos futuros.

El proyecto VOLCPRO se propuso investigar dos tipos diferentes de erupciones para ver si el calentamiento global comprometería su efecto de enfriamiento.

Thomas Aubry, investigador de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido y miembro de Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) en VOLCPRO, se preguntó si una erupción como la del Monte Pinatubo habría tenido el mismo efecto de enfriamiento si hubiera ocurrido cien años después en un mundo donde el aumento de la temperatura global, a través de los efectos del cambio climático, continúa sin control.

Erupción de alta intensidad

El primer tipo de erupción, similar al Monte Pinatubo, se conoce como erupción de alta intensidad. Este tipo emite penachos de ceniza y partículas que alcanzan los 25 km o más en la atmósfera y contiene miles de millones de toneladas de gases de azufre. Relativamente rara, una erupción de este tipo poderoso surge cada pocas décadas:el Monte Pinatubo fue una de las erupciones más grandes que el mundo había visto en un siglo.

El segundo tipo es más pequeño, pero más frecuente. "Nos preguntábamos cómo afectará el cambio climático a estos dos tipos diferentes de erupciones, las pequeñas frente a las grandes", dijo Aubry.

El equipo de VOLCPRO modeló erupciones históricas que muestran su influencia en el clima y luego simuló lo que sucedería si esas mismas erupciones ocurrieran en el futuro, cuando el clima haya cambiado y las temperaturas globales sean más altas.

Sus simulaciones se basaron en el modelo climático avanzado de la Oficina Meteorológica del Reino Unido. "Dentro de ese modelo (Oficina Meteorológica del Reino Unido), agregamos otro modelo que puede simular el ascenso de una columna volcánica y qué tan alto puede elevarse esta columna volcánica dependiendo, por ejemplo, de las condiciones del viento durante el día de la erupción, o la temperatura en la atmósfera. en el día, y así sucesivamente", dijo Aubry.

Para las grandes erupciones, descubrieron que el calentamiento global amplificaría el enfriamiento, "lo cual es una buena noticia", dijo Aubry. "Más calentamiento global, más enfriamiento volcánico".

En una atmósfera más cálida, las columnas de erupciones de alta intensidad se elevarán aún más, lo que permitirá que las diminutas partículas volcánicas viajen más lejos. Esta neblina de aerosoles cubrirá un área más amplia, reflejando más radiación solar y amplificando el efecto de enfriamiento temporal de estos volcanes.

Lo contrario ocurrió con las erupciones volcánicas más pequeñas y frecuentes. En esos casos, las temperaturas más altas frustraron los efectos de enfriamiento de las erupciones.

Sin embargo, antes de presionar para que sus hallazgos se incluyan en las proyecciones de cambio climático global de los científicos, Aubry quiere investigar otros volcanes y otros modelos para reforzar sus resultados.

VOLCPRO se centró en los volcanes tropicales, ya que las erupciones alrededor del ecuador tienden a afectar el clima a nivel mundial porque las partículas volcánicas se propagan fácilmente a ambos hemisferios. Al incluir volcanes más cercanos a los polos, los investigadores podrán determinar cómo responden otras erupciones a temperaturas más altas. También quieren incluir más modelos climáticos, no solo los del Reino Unido, para asegurarse de que sus hallazgos sean sólidos.

Ceniza volcánica

Mientras tanto, Elena Maters, ex becaria de MSCA que ahora trabaja en la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, está trabajando para descubrir qué sucede con las cenizas volcánicas en la atmósfera y cómo influye en la formación de nubes y, en última instancia, en el clima.

La ceniza volcánica promueve la formación de hielo en la atmósfera, que finalmente reemplaza el agua en las nubes. Las nubes son uno de los mayores interrogantes en la investigación del clima, y ​​cuanto más comprendamos cómo se forman y se comportan, más precisos serán nuestros modelos.

"La suposición común es que el agua líquida se convertirá en hielo por debajo de cero (grados)", explicó Maters. Ese no es siempre el caso y pequeñas gotas pueden permanecer en estado líquido hasta alrededor de menos 35 grados centígrados. Pero las partículas en la atmósfera crean "superficies catalíticas que facilitan que las moléculas de agua formen un cristal de hielo".

El polvo mineral, procedente de la arena que se origina en las regiones desérticas de todo el mundo, como los desiertos del Sahara y Gobi, es la fuente dominante de partículas sólidas en la atmósfera. Sin embargo, hay muchas otras fuentes, incluida la ceniza volcánica.

El proyecto INoVA buscó determinar hasta qué punto las cenizas volcánicas contribuyen a la formación de hielo.

"En promedio anual, hay unas 10 veces menos ceniza volcánica (que polvo mineral) en la atmósfera", dijo Maters. "Pero puedes tener grandes erupciones que pueden liberar rápidamente, en cuestión de horas o días, enormes cantidades de partículas, y esto se ha descuidado en muchos modelos climáticos e incluso en casos que analizan los impactos de los volcanes".

Formación de hielo

Como parte de INoVA, Maters y sus colegas investigaron la eficacia de las cenizas volcánicas para promover la formación de hielo. Compararon esto con el omnipresente polvo mineral, probando para ver qué tipos eran los más exitosos.

La ceniza volcánica es principalmente vidrio, con una pizca de minerales como feldespatos y óxidos de hierro. La composición de la ceniza depende de la composición del magma que se mueve debajo y de la velocidad a la que es expulsado explosivamente del volcán, entre otras cosas.

Estudios anteriores compararon solo un puñado de tipos de cenizas, dijo Maters, cuya investigación se centra en la reactividad y la química de las cenizas volcánicas. "No se pueden medir dos o tres muestras y luego llegar a una conclusión para todas las cenizas volcánicas y erupciones volcánicas en todo el mundo. Varían enormemente en la composición del vidrio, la proporción de vidrio a minerales, los tipos de minerales y, por lo tanto, los experimentos que hice estaban tratando de llegar al fondo del rango de eficacia de las cenizas volcánicas de diferentes tipos de erupciones", dijo.

Maters tomó nueve muestras de ceniza con una variedad de composiciones y las usó para crear nueve muestras sintéticas mediante fusión y enfriamiento rápido. Comparó estas 18 muestras para identificar qué propiedades hacen que la ceniza volcánica sea más activa en la creación de hielo. En otro estudio con un grupo del Instituto de Tecnología de Karlsruhe en Alemania, Maters y sus colegas analizaron otras 15 muestras volcánicas para identificar sus propiedades para hacer hielo.

Sugirió que el componente más activo del hielo en la ceniza volcánica es el feldespato alcalino, un mineral compuesto de aluminio, silicio y oxígeno que se encuentra comúnmente en la corteza terrestre. "Ahora, teniendo esta comprensión de qué minerales en las cenizas son buenos para nuclear (formar) hielo", dijo Maters, "es posible que pueda predecir cuándo entra en erupción un volcán si ese volcán, en función de su composición de magma, podría producir hielo activo". ceniza."

Si bien su trabajo anteriormente se basaba mucho en el laboratorio, la pandemia de COVID la obligó a modelar, bromeó. Ahora está investigando las erupciones volcánicas Eyjafjallajökull de 2010 en Islandia para ver cómo introdujeron partículas formadoras de hielo en la atmósfera y cómo esas partículas se comparan con la abundancia de polvo mineral.

El estudio examinará cómo la ceniza volcánica tiene un papel en la formación de hielo cuando en realidad lo echamos a la atmósfera. Lo comparará con otros tipos de partículas, como el polvo mineral y hará la pregunta:"¿Importa?"

A medida que se desarrollan mejores modelos climáticos, "es una prueba de concepto para demostrar que las erupciones explosivas podrían ser importantes para incluir", dijo Maters. + Explora más

El cambio climático transformará los efectos refrescantes de las erupciones volcánicas, sugiere un estudio