Η επίδραση των Ηφαιστείων στο κλίμα της Γης

Το 1784 ο Βενιαμίν Φραγκλίνος έκανε αυτό θα γινόταν η πρώτη σύνδεση μεταξύ ηφαιστείων και παγκόσμιου κλίματος, όταν βρισκόταν στο Παρίσι ως ο πρώτος διπλωματικός εκπρόσωπος των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής. Παρατήρησε πως κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού του 1873, το κλίμα ήταν ασυνήθιστα κρύο, τόσο στην Ευρώπη όσο και στην Αμερική. Το έδαφος πάγωνε νωρίς, το πρώτο χιόνι παρέμενε στο έδαφος χωρίς να λιώνει, ο χειμώνας ήταν πιο βαρύς απΆ όσο συνήθως και φαινόταν ότι υπήρχε μια διαρκής ομίχλη πάνω από όλη την Ευρώπη και ένα μεγάλο μέρος της Βόρειας Αμερικής.
Αυτό που είχε παρατηρήσει ο Βενιαμίν Φραγκλίνος ήταν βέβαια το αποτέλεσμα της ηφαιστειακής δραστηριότητας. Μια κολοσσιαία έκρηξη του ηφαιστειακού συστήματος Laki (μια αλυσίδα από ηφαίστεια στην οποία η λάβα ξεσπά μέσω μιας ρωγμής στο έδαφος και όχι από ένα συγκεκριμένο σημείο) στην Ισλανδία προκάλεσε αυτές τις διαταραχές. Οι εκρήξεις του Laki παρήγαγαν περίπου 14 κυβικά χιλιόμετρα από βασάλτη (λεπτή, μαύρη, ρευστή λάβα) κατά τη διάρκεια περισσοτέρων από οκτώ μηνών δραστηριότητας.
Ακόμα σημαντικότερα από την άποψη του παγκόσμιου κλίματος ωστόσο, το συμβάν του Laki παρήγαγε επίσης ένα σύννεφο στάχτης που πιθανότατα είχε φτάσει μέχρι τη στρατόσφαιρα. Αυτό το σύννεφο προκάλεσε μια πυκνή καταχνιά στην Ευρώπη που σκοτείνιασε τον Ήλιο, ίσως μέχρι και τη Σιβηρία. Μαζί με τη σκόνη, το εκρηκτικό σύννεφο αποτελούνταν κυρίως από τεράστιες ποσότητες διοξειδίου του θείου, υδροχλωρίου και αερίων υδροφθορίου. Τα αέρια συνδυάστηκαν με νερό στην ατμόσφαιρα και προκάλεσαν όξινη βροχή, καταστρέφοντας σπαρτά και σκοτώνοντας ζώα σε φάρμες. Οι συνέπειες, βέβαια, ήταν περισσότερο σοβαρές στην Ισλανδία, τελικά περισσότερο από το 75% των κτηνοτροφικών της ζώων και 25% του ανθρώπινου πληθυσμού της πέθαναν από λιμό ή από τις τοξικές επιδράσεις των νεφών που προήλθαν από τις εκρήξεις του Laki. Οι συνέπειες επέδρασαν όμως και πολύ μακρύτερα από την Ισλανδία. Θερμοκρασιακά δεδομένα από τις Ηνωμένες Πολιτείες υποδηλώνουν πως είχαν σημειωθεί ιδιαίτερα χαμηλές θερμοκρασίες το χειμώνα του 1783 1784. Στην ουσία, η θερμοκρασία μειώθηκε περίπου ένα βαθμό Κελσίου σε ολόκληρο το Βόρειο Ημισφαίριο. Αυτό ίσως να μη φαίνεται πολύ, αλλά είχε τεράστια αποτελέσματα σε όρους αποθεμάτων τροφής και στην επιβίωση των ανθρώπων του Βόρειου Ημισφαιρίου. Για σύγκριση, η παγκόσμια θερμοκρασία της πιο πρόσφατης Εποχής των Παγετώνων ήταν μόνο περίπου πέντε βαθμούς Κελσίου χαμηλότερα από τη θερμοκρασία αυτή.
Υπάρχου πολλοί λόγοι που εξηγούν γιατί οι μεγάλες ηφαιστειακές εκρήξεις έχουν τόσο εκτεταμένα αποτελέσματα στο παγκόσμιο κλίμα. Πρώτον, οι ηφαιστειακές εκρήξεις παράγουν μεγάλες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα, ένα αέριο που είναι γνωστό ότι συμβάλλει στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Τέτοια αέρια θερμοκηπίου παγιδεύουν τη θερμότητα που αντανακλάται από την επιφάνεια της γης σχηματίζοντας ένα είδος μόνωσης γύρω από τον πλανήτη. Το φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι θεμελιώδες για την επιβίωσή μας διότι διατηρεί τη θερμοκρασία του πλανήτη μας σε μια βιώσιμη κλίμακα. Παρ' όλα αυτά, υπάρχει αυξανόμενη ανησυχία ότι η παραγωγή μας σε αέρια όπως το διοξείδιο του άνθρακα από την καύση φυσικών καυσίμων μπορεί να πιέζει ακόμα περισσότερο το σύστημα, έχοντας ως αποτέλεσμα την υπέρμετρη θέρμανση σε παγκόσμια κλίμακα. Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι οι ηφαιστειακές εκρήξεις προσθέτουν διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, αλλά σε σύγκριση με την ποσότητα που παράγεται από ανθρώπινες δραστηριότητες, η επίδρασή τους είναι πρακτικά ασήμαντη: οι ηφαιστειακές εκρήξεις παράγουν περίπου 110 εκατομμύρια τόνους διοξειδίου κάθε χρόνο, ενώ οι ανθρώπινες δραστηριότητες παράγουν περίπου 10.000 φορές περισσότερη ποσότητα.
Η κατά πολύ σημαντικότερη κλιματική επίδραση των ηφαιστείων οφείλεται στην παραγωγή ατμοσφαιρικής καταχνιάς. Οι στήλες από μεγάλες εκρήξεις εκτοξεύουν σωματίδια στάχτης και πλούσια σε θείο αέρια στην τροπόσφαιρα και τη στρατόσφαιρα και τα σύννεφα αυτά μπορούν να περικυκλώσουν τη γη μέσα σε βδομάδες της ηφαιστειακής δραστηριότητας. Τα μικρά σωματίδια της στάχτης μειώνουν την ποσότητα του ηλιακού φωτός που φτάνει στην επιφάνεια της γης και μειώνουν τις μέσες παγκόσμιες θερμοκρασίες. Τα θειικά αέρια συνδυάζονται με νερό στην ατμόσφαιρα και σχηματίζουν όξινα αεροζόλ που επίσης απορροφούν την εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία και τη στέλνουν πίσω στο διάστημα.
Η στάχτη και τα σύννεφα από αέρια και νερό που προέρχονται από μεγάλες ηφαιστειακές εκρήξεις διασπείρονται γρήγορα μέσα στην ατμόσφαιρα. Στις 26 και 27 Αυγούστου του 1883, το ηφαίστειο Κρακατόα εξεράγη σε ένα καταστροφικό συμβάν που εκτόξευσε περίπου 20 κυβικά χιλιόμετρα υλικού σε μια στήλη που ήταν περίπου 40 χιλιόμετρα ψιλή. Αμέσως επήλθε σκοτεινιά στα γειτονικά νησιά της Ινδονησίας, στην Ιάβα και τη Σουμάτρα. Λεπτά σωματίδια ωστόσο, παρασύρθηκαν από τα ατμοσφαιρικά ρεύματα προς τη Δύση. Μέχρι το απόγευμα της 28ης Αυγούστου, η καταχνιά από την έκρηξη στο Κρακατόα είχε φτάσει στη Βόρεια Αφρική και μέχρι την 9η Σεπτεμβρίου είχε κυκλώσει τη γη, κάνοντας τον γύρο μερικές ακόμα φορές πριν καθαρίσει από την ατμόσφαιρα.
Αρχικά, οι επιστήμονες πίστευαν πως τα ηφαιστειακά σύννεφα στάχτης στη στρατόσφαιρα ήταν εκείνα που είχαν την κύρια επίδραση στις παγκόσμιες θερμοκρασίες. Η έκρηξη του ηφαιστείου El Chichon στο Μεξικό όμως, άλλαξε αυτή την άποψη. Μόλις δύο χρόνια νωρίτερα, η μεγάλη έκρηξη του ηφαιστείου της Αγίας Ελένης είχε μειώσει τις παγκόσμιες θερμοκρασίες κατά περίπου 0,1 βαθμό Κελσίου. Η κατά πολύ μικρότερη έκρηξη του El Chichon αντίθετα, είχε τρεις με πέντε φορές μεγαλύτερο αποτέλεσμα παγκόσμιας θερμοκρασιακής μείωσης. Παρά το μικρότερο σύννεφο στάχτης, το El Chichon εκτόξευσε περισσότερο από σαρανταπλάσια ποσότητα αερίων που ήταν πλούσια σε θείο από όσα είχαν εκτοξευθεί από το ηφαίστειο του όρους της Αγίας Ελένης, κάτι που αποκάλυψε ότι ο σχηματισμός θειικών αεροζόλ στην ατμόσφαιρα έχει πιο ουσιαστικό αποτέλεσμα στις παγκόσμιες θερμοκρασίες από την ποσότητα στάχτης που παράγεται σε μια έκρηξη. Τα θειικά αεροζόλ φαίνεται ότι χρειάζονται αρκετά χρόνια για να φύγουν από την ατμόσφαιρα, κάτι που είναι ένας από τους λόγους που τα αποτελέσματά τους είναι τόσο εκτεταμένα και έχουν τόσο μεγάλη διάρκεια.
Τα ατμοσφαιρικά αποτελέσματα των ηφαιστειακών εκρήξεων αποδείχτηκαν στην έκρηξη του βουνού Πινατούμπο το 1991 στις Φιλιππίνες. Το σύννεφο από την έκρηξη έφτασε σε ύψος 40 χιλιομέτρων και εκτοξεύτηκαν περίπου 17 εκατομμύρια τόνοι από διοξείδιο του θείου, δηλαδή πάνω από δύο φορές περισσότερο από την ποσότητα που είχε εκτοξευθεί από το El Chichon το 1982. Τα πλούσια σε θείο αέρια κύκλωσαν τον πλανήτη μέσα σε τρεις βδομάδες και προκάλεσαν ένα αποτέλεσμα παγκόσμιας ψύξης περίπου διπλάσιο από αυτό του El Chichon. Το Βόρειο Ημισφαίριο ψυχράνθηκε περίπου κατά 0,6 βαθμούς Κελσίου μεταξύ του 1992 και 1993. Ακόμα περισσότερο, τα σωματίδια από το αεροζόλ που είχε δημιουργηθεί ίσως να είχαν συμβάλλει στην επιτάχυνση του ρυθμού της ελάττωσης του όζοντος κατά τη διάρκεια της ίδιας περιόδου. Είναι ενδιαφέρον το γεγονός ότι πολλοί επιστήμονες ισχυρίζονται πως χωρίς το ψυκτικό αποτέλεσμα από μεγάλες ηφαιστειακές εκρήξεις όπως αυτή του El Chichon και του βουνού Πινατούμπο, τα αποτελέσματα της υπερθέρμανσης του πλανήτη που οφείλονται σε ανθρώπινες δραστηριότητες θα ήταν κατά πολύ σοβαρότερα.
Οι μεγάλες ηφαιστειακές εκρήξεις έχουν πρόσθετα κλιματικά αποτελέσματα πέρα από τη μείωση της παγκόσμιας θερμοκρασίας και την όξινη βροχή. Η στάχτη και τα αέρια που διατηρούνται στην ατμόσφαιρα διασπούν το φως στο ερυθρό μήκος κύματος, έχοντας συχνά ως αποτέλεσμα υπέροχα χρωματιστά ηλιοβασιλέματα και ξημερώματα σε ολόκληρο τον κόσμο. Τα εντυπωσιακά οπτικά αποτελέσματα του σύννεφου της έκρηξης στο Κρακατόα το 1883 παρατηρήθηκαν σε ολόκληρο τον κόσμο και πιθανότατα ενέπνευσαν πολλούς καλλιτέχνες και συγγραφείς στο έργο τους. Οι φωτοβόλες, παλλόμενες αντανακλάσεις του ερυθρής γραμμής στον ορίζοντα κατά τη Δύση του Ηλίου στον Τάμεση του Λονδίνου, που αποτυπώνονται από τον βρετανό ζωγράφο William Ascroft για παράδειγμα, ίσως να έχουν εμπνευστεί από το αποτέλεσμα της έκρηξης του Κρακατόα.
Το 1815, το ινδονησιακό ηφαίστειο Tambora προώθησε περισσότερη στάχτη και αέρια στην ατμόσφαιρα από οποιαδήποτε άλλη έκρηξη στην ιστορία και είχε ως αποτέλεσμα σημαντική ατμοσφαιρική ψύξη σε παγκόσμια κλίμακα, παρόμοια με του Κρακατόα μερικές δεκαετίες αργότερα. Η Νέα Αγγλία και η Ευρώπη είχαν χτυπηθεί ιδιαίτερα έντονα, με χιονοπτώσεις ακόμα και τον Αύγουστο και μαζικές καταστροφές σπαρτών. Τα ψυχρά, υγρά και δυσάρεστα κλιματικά αποτελέσματα της έκρηξης έδωσαν στο 1816 το όνομα 'η χρονιά δίχως καλοκαίρι' και ενέπνευσαν τον Λόρδο Βύρωνα να γράψει:
Ο λαμπρός Ήλιος εξαλείφθηκε και τα αστέρια Περιπλανιόντουσαν σκοτεινιασμένα στο απέραντο διάστημα Χωρίς ακτίνες και τροχιές, και η παγωμένη γη Αιωρούνταν τυφλή και μαυρισμένη στο ασέληνο αγέρι. Η αυγή ήρθε κι έφυγε και ήρθε Και δεν έφερε καμία ημέρα.
Λόρδος Βύρωνας, 'Σκοτεινιά' (Darkness)
Υπάρχει μια ιστορία που αναφέρει ότι ο Βύρωνας κάλεσε κάποιους φίλους του στο σπίτι του στην Ελβετία εκείνο το καλοκαίρι, για να χαλαρώσουν στις ακτές της λίμνης της Γενεύης. Η έλλειψη ήλιου και του θερμού καλοκαιριάτικου καιρού έκανε την ομάδα να οργανώσει έναν διαγωνισμό στον οποίο θα έγραφαν ιστορίες με φαντάσματα, έτσι ώστε να διασκεδάσουν. Μια από τους καλεσμένους, η Mary Shelley, έγραψε τη διάσημη νουβέλα Frankenstein για τον διαγωνισμό αυτό, αποδεικνύοντας πως μαζί με τις σημαντικές κλιματικές επιπτώσεις, οι ηφαιστειακές εκρήξεις μπορούν να έχουν κάποια μη αναμενόμενα και αρκετά μακρινά αποτελέσματα.