Uma nova análise de nuvens de cinzas criadas a partir de grandes erupções vulcânicas mostra que os efeitos temporários de resfriamento são alterados à medida que o ambiente se torna mais quente.
Em 15 de junho de 1991, o vulcão do Monte Pinatubo nas Filipinas entrou em erupção com uma explosão cataclísmica tão violenta que o vulcão desabou sobre si mesmo. Sua nuvem de gás e cinzas atingiu cerca de 40 km no ar e, nas semanas que se seguiram, a nuvem entrou na estratosfera e se espalhou pelo globo. Durante o ano seguinte, a temperatura média global caiu cerca de 0,5 graus Celsius.

Um vulcão é uma abertura na crosta terrestre que permite que rochas quentes e derretidas escapem para a superfície. Também permite que o gás e as cinzas escapem do interior de alta temperatura da terra.

As erupções vulcânicas desempenham um papel importante no resfriamento do planeta. Os gases sulfurosos das plumas vulcânicas combinam-se com outros gases na atmosfera, e esses aerossóis espalham a radiação solar, refletindo-a no espaço. Mas os cientistas estão preocupados que as mudanças climáticas possam tornar as erupções menos eficazes na redução das temperaturas globais. Esse ciclo de feedback, no qual as mudanças climáticas podem dificultar ou ampliar a capacidade das erupções vulcânicas de combater o aumento das temperaturas, atualmente não está incluído nos cenários climáticos futuros.

O projeto VOLCPRO se propôs a investigar dois tipos diferentes de erupções para ver se o aquecimento global comprometeria seu efeito de resfriamento.

Thomas Aubry, pesquisador da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, e bolsista da Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) no VOLCPRO, questionou se uma erupção como o Monte Pinatubo teria o mesmo efeito de resfriamento se tivesse acontecido cem anos depois em um mundo onde o aumento da temperatura global – através dos efeitos das mudanças climáticas – continua sem controle.

Erupção de alta intensidade

O primeiro tipo de erupção, semelhante ao Monte Pinatubo, é conhecido como erupção de alta intensidade. Esse tipo emite nuvens de cinzas e partículas que atingem 25 km ou mais na atmosfera e contém bilhões de toneladas de gases sulfurosos. Relativamente rara, uma erupção desse tipo poderoso surge a cada poucas décadas – o Monte Pinatubo foi uma das maiores erupções que o mundo viu em um século.

O segundo tipo é menor, mas mais frequente. “Estávamos imaginando como as mudanças climáticas afetariam esses dois tipos diferentes de erupções, as pequenas versus as grandes”, disse Aubry.

A equipe do VOLCPRO modelou erupções históricas mostrando sua influência no clima e, em seguida, simulou o que aconteceria se essas mesmas erupções ocorressem no futuro, quando o clima mudasse e as temperaturas globais fossem mais quentes.

Suas simulações se basearam no modelo climático avançado do Met Office do Reino Unido. "Dentro desse modelo (U.K. Met Office), adicionamos outro modelo que pode simular a ascensão de uma pluma vulcânica e quão alto essa coluna vulcânica pode subir dependendo, por exemplo, da condição do vento durante o dia da erupção ou da temperatura na atmosfera no dia, e assim por diante", disse Aubry.

Para as grandes erupções, eles descobriram que o resfriamento seria amplificado pelo aquecimento global, "o que é uma boa notícia", disse Aubry. "Mais aquecimento global, mais resfriamento vulcânico."

Em uma atmosfera mais quente, as plumas de erupções de alta intensidade subirão ainda mais, permitindo que as minúsculas partículas vulcânicas viajem ainda mais. Essa névoa de aerossóis cobrirá uma área mais ampla, refletindo mais radiação solar e amplificando o efeito de resfriamento temporário desses vulcões.

O oposto aconteceu com as erupções vulcânicas menores e mais frequentes. Nesses casos, as temperaturas mais altas impediram os efeitos de resfriamento das erupções.

No entanto, antes de pressionar para que suas descobertas sejam incluídas nas projeções de mudanças climáticas globais dos cientistas, Aubry quer investigar outros vulcões e outros modelos para reforçar seus resultados.

O VOLCPRO se concentrou em vulcões tropicais, pois as erupções ao redor do equador tendem a afetar o clima globalmente porque as partículas vulcânicas se espalham facilmente para ambos os hemisférios. Ao incluir vulcões mais próximos dos polos, os pesquisadores poderão determinar como outras erupções respondem a temperaturas mais altas. Eles também querem incluir mais modelos climáticos, não apenas os do Reino Unido, para garantir que suas descobertas sejam robustas.

Cinza vulcânica

Enquanto isso, Elena Maters, ex-bolsista da MSCA agora baseada na Universidade de Cambridge, no Reino Unido, está trabalhando para descobrir o que acontece com as cinzas vulcânicas na atmosfera e como isso influencia a formação de nuvens e, em última análise, o clima.

As cinzas vulcânicas promovem a formação de gelo na atmosfera, que acaba substituindo a água nas nuvens. As nuvens são um dos maiores pontos de interrogação na pesquisa climática, e quanto mais entendemos como elas são formadas e se comportam, mais precisos são nossos modelos.

“A suposição comum é que a água líquida se transformará em gelo abaixo de zero (graus)”, explicou Maters. Nem sempre é esse o caso e pequenas gotículas podem permanecer no estado líquido até cerca de 35 graus Celsius negativos. Mas as partículas na atmosfera criam "superfícies catalíticas que tornam mais fácil para as moléculas de água formar um cristal de gelo".

A poeira mineral, da areia originária de regiões desérticas ao redor do mundo, como os desertos do Saara e Gobi, é a fonte dominante de partículas sólidas na atmosfera. No entanto, existem muitas outras fontes, incluindo cinzas vulcânicas.

O projeto INoVA procurou determinar até que ponto as cinzas vulcânicas auxiliam na formação de gelo.

"Em média anual, há cerca de 10 vezes menos cinzas vulcânicas (do que poeira mineral) na atmosfera", disse Maters. “Mas você pode ter grandes erupções que podem rapidamente, em questão de horas ou dias, liberar grandes quantidades de partículas, e isso foi negligenciado em muitos modelos climáticos e até mesmo em casos que analisam os impactos dos vulcões”.

Formação de gelo

Como parte do INoVA, Maters e colegas investigaram a eficácia das cinzas vulcânicas na promoção da formação de gelo. Eles compararam isso com o pó mineral onipresente, testando para ver quais tipos eram os mais bem-sucedidos.

As cinzas vulcânicas são principalmente de vidro, com uma pitada de minerais como feldspatos e óxidos de ferro. A composição das cinzas depende da composição do magma que se agita por baixo e da velocidade com que é ejetado explosivamente do vulcão, entre outras coisas.

Estudos anteriores compararam apenas um punhado de tipos de cinzas, disse Maters, cuja pesquisa se concentra na reatividade e química das cinzas vulcânicas. "Você não pode medir duas ou três amostras e depois tirar uma conclusão para todas as cinzas vulcânicas e erupções vulcânicas em todo o mundo. Elas variam enormemente na composição do vidro, na proporção de vidro para minerais, os tipos de minerais, e assim os experimentos que fiz estavam tentando chegar ao fundo da gama de eficácia das cinzas vulcânicas de diferentes tipos de erupções", disse ela.

Maters pegou nove amostras de cinzas com uma variedade de composições e as usou para criar nove amostras sintéticas por meio de fusão e resfriamento rápido. Ela comparou essas 18 amostras para identificar quais propriedades tornam as cinzas vulcânicas mais ativas na criação de gelo. Em outro estudo com um grupo do Instituto de Tecnologia Karlsruhe, na Alemanha, Maters e colegas analisaram outras 15 amostras vulcânicas para identificar suas propriedades de fabricação de gelo.

Ela sugeriu que o componente mais ativo do gelo nas cinzas vulcânicas é o feldspato alcalino, um mineral composto de alumínio, silício e oxigênio comumente encontrado na crosta terrestre. “Agora, tendo essa compreensão de quais minerais nas cinzas são bons em nucleação (formação) de gelo”, disse Maters, “você pode prever quando um vulcão entra em erupção se esse vulcão, com base em sua composição de magma, pode produzir gelo ativo. cinza."

Embora seu trabalho anteriormente fosse muito baseado em laboratório, a pandemia de COVID a forçou a modelar, ela brincou. Ela agora está investigando as erupções vulcânicas Eyjafjallajökull de 2010 na Islândia para ver como isso introduziu partículas formadoras de gelo na atmosfera e como essas partículas se comparam à abundância de poeira mineral.

O estudo examinará como as cinzas vulcânicas têm um papel na formação de gelo quando realmente as conectamos à atmosfera. Ele irá compará-lo com outros tipos de partículas, como poeira mineral e fará a pergunta:"Isso importa?"

À medida que melhores modelos climáticos são desenvolvidos, “é uma prova de conceito demonstrar que erupções explosivas podem ser importantes para incluir”, disse Maters. + Explorar mais

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