Pakastuva tulivuoriplaneetta

Tulivuoret iskukylmentävät Maata

Maapallo lämpenee, mutta kehityssuunta voi kääntyä yhtäkkiä, sillä suuri tulivuorenpurkaus voi viilentää ilmastoa rajusti ja johtaa pitkään talveen. Keskilämpötilan nousu kasvattaa purkauksen ja samalla äkillisen kylmenemisen riskiä.

Maapallo lämpenee, mutta kehityssuunta voi kääntyä yhtäkkiä, sillä suuri tulivuorenpurkaus voi viilentää ilmastoa rajusti ja johtaa pitkään talveen. Keskilämpötilan nousu kasvattaa purkauksen ja samalla äkillisen kylmenemisen riskiä.

Claus Lunau

Purkaus on niin raju, että se näkyy avaruuteen. Filippiineillä sijaitseva Pinatubo syöksee kivisulaa, tuhkaa ja kaasua jopa 40 kilometrin korkeuteen. Räjähdyksessä kuolee 350 ihmistä, ja vulkaaninen mutavyöry ja evakuoitujen keskuudessa riehuva kulkutauti nostavat uhriluvun yli 700:aan.

Äkillisesti purkautunut tulivuori myös rauhoittuu yhtäkkiä. Laava ja tuhka ovat aiheuttaneet paikallisia tuhoja, mutta niitä ei synny enää lisää. Sen sijaan purkaus alkaa vaikuttaa maailmanlaajuisesti.

Pinatubo heräsi 15. kesäkuuta 1991, ja Nasan arvion mukaan purkaus laski seuraavien 15 kuukauden aikana maapallon keskilämpötilaa 0,6 astetta. Koska mikään muu tulivuorenpurkaus ei ole vaikuttanut ilmastoon yhtä paljon sadan viime vuoden aikana, tutkijoiden käsitys tulivuorten ilmastoa viilentävästä vaikutuksesta perustuu pitkälti tähän tapaukseen.

5 astetta voi keskilämpötila laskea vuosiksi suuren tulivuorenpurkauksen seurauksena.

Vaikka Pinatubon purkaus ei ollut pahimmasta päästä, se antoi esimakua siitä, mitä vielä suuremmat purkaukset voivat tuoda tullessaan. Niitä on nimittäin odotettavissa. Tiedelehti Naturessa julkaisemassaan artikkelissa kuusi brittitutkijaa toteaa, että maapallon keskilämpötilan nousu voi – ehkä hieman yllättävästi – voimistaa vulkaanisen toiminnan viilentävää vaikutusta.

Tutkijat arvelevat, että lämpimämmässä ilmastossa Pinatubon purkauksen kaltainen tapahtuma laskee maapallon keskilämpötilaa asteen verran pitkäksi aikaa. Ja vielä suurempi tulivuorenpurkaus johtaa rajuun – neljän viiden asteen – kylmenemiseen.

Vulkaaninen pilvi

Filippiineillä sijaitsevan Pinatubo-tulivuoren purkaus vuonna 1991 laski maapallon keskilämpötilaa 0,6 astetta. Samanlainen purkaus tulevaisuuden lämpimämmässä ilmastossa aiheuttaa selvästi rajumman kylmenemisen.

© ARLAN NAEG/AFP/Ritzau Scanpix

Tulivuorenpurkausten ilmastoa viilentävä vaikutus voi kuulostaa hyvältä uutiselta, kun maapallon keskilämpötila on nousussa. Tosiasiassa haitat ovat hyötyjä suuremmat.

Pisarat heijastavat auringonvaloa takaisin

Vulkaaninen toiminta kylmentää maapalloa, koska vapautuva rikkidioksidi reagoi ilmakehässä veden ja hapen kanssa. Silloin syntyy pieniä rikkihappopisaroita, jotka heijastavat auringonsäteitä ja samalla energiaa takaisin avaruuteen.

Jotta rikkihappopisarat vaikuttaisivat pitkäaikaisesti ilmastoon, niiden pitää päätyä yläilmakehään, joka alkaa – vaihdellen leveysasteen ja vuodenajan mukaan – 8–16 kilometrin korkeudesta. Vaatimus täyttyy ainoastaan rajuissa tulivuorenpurkauksissa.

Tulivuori

Tulivuorista nousee ilmakehään rikkidioksidia. Siellä siitä syntyy pieniä rikkihappopisaroita, jotka heijastavat auringonvaloa takaisin avaruuteen.

© Getty Images

Alailmakehä on lämmin ja kostea: 99 prosenttia ilmakehän vesihöyrystä sijaitsee ilmakehän alimmassa osassa, jossa sääilmiöt syntyvät. Kun rikkihappo jää alailmakehään, se häviää ilmasta sateiden mukana. Yläilmakehä on sen sijaan kylmä ja kuiva, ja siellä rikkihappo voi säilyä viidestä kymmeneen vuotta.

Geofyysikko Thomas J. Aubryn johtaman brittiläisen tutkimusryhmän mukaan ilmaston lämpeneminen nostaa ala- ja yläilmakehän rajaa. Muutoksesta seuraa, että pienten ja keskisuurten tulivuorenpurkausten ilmastoa viilentävä vaikutus heikkenee, koska yläilmakehään päätyy entistä vähemmän rikkihappopisaroita.

Tutkimus paljasti kuitenkin myös, että voimakkaassa vulkaanisessa toiminnassa syntyvä purkauspylväs kasvaa. Niinpä yläilmakehässä voi esiintyä paljon pisaroita. Koska maapallon keskilämpötilan nousu voimistaa yläilmakehän virtauksia, pisarat kulkeutuvat entistä korkeammalle ja leviävät tehokkaammin ympäri maapalloa.

Kun ilmasto on lämpimämpi, vulkaanista alkuperää olevasta rikkidioksidista syntyy enemmän pieniä rikkihappopisaroita. Ne muodostavat yhdessä tehokkaamman heijastimen, sillä niiden pinta-ala on suuri suhteessa niiden tilavuuteen.

Lisäksi pienet pisarat voivat leijua kauemmin yläilmakehässä. Kumpikin ominaisuus voimistaa osaltaan viilentävää vaikutusta.

Viileneminen voimistuu 60 prosenttia

Tutkijat yhdistivät tulivuorenpurkaus- ja ilmastomallit. Näin huomioon otettiin paitsi kasvihuonekaasut myös sumumaiset aerosolit, joihin myös heijastimina toimivat rikkihappopisarat kuuluvat.

Mallinnusten valossa näyttää siltä, että keskimäärin 50–100 vuoden välein tapahtuvien suurten tulivuorenpurkausten ilmastovaikutukset voimistuvat 15 prosenttia. Muutos voi vaikuttaa pieneltä, mutta siitä syntyy yhdessä muiden ilmastonmuutostekijöiden kanssa pelottava kokonaisuus.

Meteorologi John Fasullon johtama kuuden yhdysvaltalaisen tutkijan ryhmä totesi Naturessa vuonna 2017 julkaistussa artikkelissaan, että valtameret kerrostuvat voimakkaammin ilmaston lämmetessä. Siitä seuraa, että vesimassat sekoittuvat tulevaisuudessa vähemmän.

Kun ilmasto tulivuorenpurkauksen jälkeen viilenee, pintavesi jäähtyy. Normaalisti kylmä vesi vajoaa ja tilalle nousee lämpimämpää vettä. Tulevaisuudessa valtamerien on siis vaikeampi kumota tulivuorenpurkauksen viilentävä vaikutus. Tutkijakuusikon mukaan merien voimakkaampi kerrostuminen voi vahvistaa suurten purkausten viilentävää vaikutusta jopa 40 prosenttia.

Thomas J. Aubry ja hänen tutkijatoverinsa ovat yrittäneet määrittää merien vaikutuksen. Laskelmien mukaan tulivuorenpurkausta seuraava ilmaston viileneminen voimistuu peräti 60 prosenttia, kun kaikki osatekijät otetaan huomioon.

Toisin sanoen Pinatubon vuoden 1991 purkauksen kaltainen tapahtuma laskee keskilämpötilaa asteen 0,6 asteen sijasta. Suuremmat tulivuoret vääntävät termostaattia vielä ronskimmin.

Tulivuorenpurkaus aiheutti nälänhädän

Vuoden 1800 jälkeen ihmiskunta on kokenut kerran ilmaston rajun kylmenemisen vakavat seuraukset.

Indonesiassa sijaitseva Tambora alkoi purkautua 10. huhtikuuta 1815 ja myrkytti ilmakehää noin 100 miljoonalla tonnilla rikkihappoa. Maapallon keskilämpötila kääntyi laskuun ja laski seuraavina vuosina jokseenkin tasan asteen.

Temperatur over Europa
© Malene Vinther

Tulivuorenpurkaus jatkoi talvea

Indonesiassa sijaitsevan Tamboran purkaus vuonna 1815 on ollut ilmastovaikutuksiltaan merkittävin tapahtuma viime vuosisatoina. Pian sen jälkeen oli laajalti tavallista kylmempää. Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa vuosi 1816 oli kesätön. Kartta havainnollistaa Euroopan tuolloisten lämpötilojen eroa pitkän ajan keskiarvoon.

Seuraukset olivat vakavat. Euroopassa sato tuhoutui ja nähtiin nälkää. Myös Kiinan pohjoisosissa kylmyys aiheutti kadon ja kasvit ja kotieläimet kärsivät. Lounais-Aasiassa satoi rankasti ja syntyi laajoja tulvia ja paljon kuolonuhreja vaatineita koleraepidemioita.

Geofyysikot ovat löytäneet menneisyydestä kuitenkin vielä paljon pahempia tulivuorenpurkauksia. Niiden vaikutuksista on saatu tietoa muun muassa analysoimalla kairausnäytteitä, joita on otettu Grönlannin ja Etelämantereen jäätiköistä. Jääkairasydämet paljastavat nimittäin melko tarkasti, millaisissa ilmasto-olosuhteissa jää muodostui.

Esimerkiksi Alaskassa sijaitsevan Okmokin purkautuminen vuonna 43 eaa. pistää silmään. Purkauksen jälkeen pohjoisella pallonpuoliskolla koettiin yksi kylmimmistä jaksoista sitten viime jääkauden, jonka päättymisestä on noin 11 700 vuotta. Tutkimusten mukaan vuosi 43 eaa. oli toiseksi ja vuosi 42 eaa. kahdeksanneksi kylmin viimeisten 2 500 vuoden aikana. Jäänäyte- ja puiden vuosirengassarjojen vertailu muun muassa Pohjolan osalta osoittaa lämpötilan laskeneen tuolloin peräkkäisinä vuosina kolme ja 2,5 astetta.

Kun otetaan huomioon nykyisen ilmastonmuutoksen vaikutus viilenemiseen, Okmokin purkauksen kaltainen tapahtuma voisi siis yhtäkkiä tehdä Pohjolan ilmastosta 3–5 astetta kylmemmän vuosikausiksi. Luonto ja maatalous kärsisivät näin suuresta muutoksesta.

Tutkija ja jäänäyte

Tulivuorenpurkaukset jättävät jälkiä tuhkana ja niin sanottuna happamana jäänä. Grönlannin ja Etelämantereen jäätiköistä kairatut sydämet valottavat menneiden purkausten vaikutuksia.

© Arctic-Images/Getty Images

Tutkimukset osoittavat lisäksi, että maapallon keskilämpötilan nousu uhkaa vilkastuttaa vulkaanista toimintaa, joten tulivuorenpurkauksia on odotettavissa entistä enemmän. Brittiläinen geologi Bill McGuire on saanut selville, että vulkaaninen toiminta on 2–6 kertaa niin vilkasta ilmaston muuttuessa kuin sen pysyessä vakaana.

Jään sulaminen lisää magmaa

McGuire on tutkinut muun muassa Islannin ja Välimeren ympäristön tulivuoria. Näillä alueilla vulkaaninen toiminta oli vilkkaimmillaan 6 000–17 000 vuotta sitten, jolloin viime jääkauden laajat jäätiköt olivat pääosin sulaneet ja merenpinta nousi yli 100 metriä.

Yksi syy tulivuorenpurkausten yleistymiseen on jään hupenemisesta seuraava paineenmuutos. Kun maankuoreen kohdistuva kuormitus pienenee jäätikön vetäytyessä, kallion sulamispiste laskee. Niinpä syntyy enemmän magmaa eli sulaa kiviainesta ja tulivuorenpurkauksesta tulee entistä todennäköisempi.

Tämä syysuhde on olennainen ilmaston lämmetessä. Muun muassa syksyllä 2017 toimintansa lopettaneen GRACE-satelliitin mittausten ansiosta tiedetään, että Grönlannin mannerjäätikkö kutistuu 100–550 miljardin tonnin vuosivauhtia.

Tulivuoret vaikuttavat ilmastoon, mutta myös ilmasto vaikuttaa tulivuoriin. Maapallon keskilämpötilan nousu voi vilkastuttaa vulkaanista toimintaa, ja lisäksi purkauksilla on kauaskantoisempia seurauksia.

Tulivuori sateessa
© Shutterstock & Malene Vinther

Sade saa tulivuoren kiehumaan yli

Kun ilmasto lämpenee, sateet voimistuvat. Vesi voi tunkeutua tulivuoren magmasäiliöön repeymien ja halkeamien kautta. Kun vesi höyrystyy, paine kammiossa kasvaa ja purkausriski suurenee.

Tulivuori ja jäätikkö
© Shutterstock & Malene Vinther

Jäätikön sulaminen pienentää painetta

Kun jäätikkö hupenee, maankuoreen kohdistuva kuormitus pienene – esimerkiksi Etelämantereella jään alla olevien tulivuorten kohdalla. Paineen pieneneminen laskee kallion sulamispistettä, joten syntyy enemmän magmaa ja purkauksesta tulee monta kertaa todennäköisempi.

Kierto vedessä
© Shutterstock & Malene Vinther

Meren kerrostuminen ylläpitää kylmyyttä

Suurten tulivuorenpurkausten jälkeen merenpinta jäähtyy. Koska maapallon keskilämpötilan nousu taas heikentää veden kiertoa valtamerissä, kylmä ja lämmin vesimassa kerrostuvat. Siitä seuraa, että kylmän pintaveden vajoaminen pohjaan häiriintyy.

Sulavat jäätiköt voivat edistää tulivuorenpurkauksia myös muuten kuin lisäämällä magmaa.

Jää vakauttaa painollaan paikallisesti maanpinnan tuntumassa olevia magmasäiliöitä. Kun jäätikkö sulaa, paine pienenee magmasäiliössä ja syntyy haihtuvia aineita. Ne ovat suuressa paineessa kivisulaan sisältyviä aineksia, jotka kaasuuntuvat, kun paine pienenee.

Kaasuuntuminen nostaa painetta magmasäiliössä räjähdysmäisesti. Silloin tulivuori alkaa kiehua yli: sen sisältö pursuu ulos kuin limsapullosta, jota on ravistettu ennen avaamista.

Samalla tavalla vaikuttavat suuret sulamis- ja sadevesimäärät, sillä repeämien ja halkeamien kautta magmasäiliöön pääsevä vesi höyrystyy. Maapallon keskilämpötilan nousu lisää ja voimistaa sateita joissakin maanosissa.

Vaaralliset tulivuoret uinuvat

Tutkijat ovat siis saaneet uutta ja huolestuttavaa tietoa tulivuorten mahdollisuuksista kylmentää äkillisesti ilmastoa.

Silmällä pidettävien tulivuorten luettelo on pitkä. Ongelmallista on kuitenkin se, että kaikkein vaarallisimpia tulivuoria ei välttämättä edes tunneta. Todella mittaviin purkauksiin kykenevät tulivuoret purkautuvat nimittäin erittäin harvoin ja ne valmistautuvat hyvin huomaamattomasti seuraavaan purkaukseen.

11 niistä tulivuorista, joiden voidaan odottaa purkautuvan ilmastoa muuttavalla tavalla, sijaitsee Euroopassa.

Ongelmaa käsitteli kolme yhdysvaltalaista geologia Geosphere-artikkelissaan vuonna 2018. He pyrkivät löytämään kaikki ne tulivuoret, jotka purkautuvat todennäköisimmin VEI-indeksiä seitsemän vastaavalla voimalla. Kahdeksanportainen VEI on ikään kuin vulkaanisen toiminnan Richterin asteikko.

VEI eli volcano explosivity index ilmaisee tulivuorenpurkauksen räjähtävyyden logaritmisesti: seuraava porras on – Richterin asteikon tavoin – kymmenkertainen edelliseen verrattuna.

VEI-indeksin seitsemän saavia tulivuorenpurkauksia tapahtuu vakaan ilmaston aikana kaksi kolme kertaa 1 000 vuodessa, mutta ne ovat siis todennäköisempia ilmaston muuttuessa niin kuin nykyään. Näin rajuilla tulivuorenpurkauksilla on vakavia seurauksia tuhoisista laavavirroista lämpötilan laskuun jopa 10 000 kilometrin säteellä.

Tulivuoren lähiympäristö kärsii purkauksen tuhovoimista välittömästi. Ennen pitkää vaikutukset ulottuvat kuitenkin pitkien matkojen päähän, ja purkauksen seuraukset tulevat esiin eri puolilla maapalloa vuosien ajan.

© Stocktrek Images/Richard Roscoe/Getty Images

Päiviä: Kuuma vyöry aiheuttaa tuhoa

Kun tulivuoresta kohoava purkauspylväs luhistuu, syövyttävistä kaasuista ja magmapisaroista syntyy hehkuva vyöry. Sen lämpötila on 400–800 astetta, ja se voi tuhota kaiken useiden neliökilometrien alalta.

Vulkanstøv i hjemmet
© Ezra Acayan/Getty Images

Viikkoja: Tuhka romahduttaa rakennukset

Sadan kilometrin säteellä tulivuoresta kaikki peittyy tuhkaan, joka on niin raskasta, että vahvimmatkin rakennukset sortuvat. Tuhka tukahduttaa ihmisiä ja eläimiä ja estää evakuoinnin.

Mennesker og vulkanstøv
© The Asahi Shimbun/Getty Images

Kuukausia: Hiukkaset saastuttavat ilmaa

Mikroskooppisen pienet tuhkahiukkaset ja vulkaaniset kaasut leviävät tuulen mukana laajalle. Ilma, juomavesi ja elintarvikkeet saastuvat 1 000 kilometrin säteellä. Saasteet ärsyttävät hengityselimiä ja tukkivat suodattimia niin autoissa, tehtaissa kuin voimalaitoksissakin.

© Christopher Evans/Boston Herald/Ritzau Scanpix

Vuosia: Rikkikilpi viilentää maapalloa

Rajujen purkausten jälkeen yläilmakehään nousseet kevyet hiukkaset ja kaasut voivat laskea maapallon keskilämpötilaa useita asteita. Ilmasto viilenee jopa vuosiksi, ja talvista voi tulla ankaria laajalti.

Viimeisin superkolossaalinen tulivuorenpurkaus oli Tamboran purkaus vähän yli 200 vuotta sitten. Tällaisessa tapahtumassa purkautuu yli 100 kuutiokilometriä ainetta. Joukossa on esimerkiksi 60 miljoonaa tonnia rikkiä.

Geologikolmikko määritti ensi alkuun kuusi ominaisuutta, jotka tekevät tulivuoresta sellaisen, että sen purkaus voi saavuttaa VEI-indeksin seitsemän. Esimerkiksi tulivuoren pitää olla purkautunut aiemmin näin voimakkaasti ja sen magman tulee olla räjähtävintä laatua.

Luettelo on huolestuttavan pitkä, ja sen yli sadasta tulivuoresta 11 sijaitsee Euroopassa – lähinnä siellä, missä Afrikan laatan pohjoisosa työntyy Eurooppaa vasten, kuten Turkissa, Italiassa ja Kreikassa, tunnetuimpina esimerkkeinä Santoríni ja Kos.

Santorini

Kreikan lomasaari Santoríni sai nykyisen muotonsa tulivuoren räjähdyksessä. Nykyään tulivuori uinuu, mutta se on niiden tulivuorten luettelossa, jotka vaikuttavat todennäköisimmin purkautuessaan ilmastoon.

© Shutterstock

Nykyajan suurimman ilmastohuolen, maapallon keskilämpötilan nousun, lisäksi on siis hieman yllättäen pelättävä sitä, että ilmasto kylmenee äkillisesti. Rajujen tulivuorenpurkausten seuraukset voivat olla jotain aivan muuta kuin viileän raikkaita tuulahduksia.

Ihmiskunnan lisäksi luonto yrittää jatkuvasti sopeutua ilmastonmuutokseen. Viljelykasveja jalostetaan ja vaihdetaan, ja monet eläin- ja kasvilajit hakeutuvat uuteen elinympäristöön. Siksi nopea ilmaston kylmeneminen on kova kolaus sekä maataloudelle että sopeutumispaineen stressaamille ekosysteemeille.

Jos Okmokin vuoden 43 eaa. purkaus antaa osviittaa, ilmaston kylmenemisellä on kauaskantoisia seurauksia. Tutkijoiden mukaan purkauksella oli osuus sekä Rooman tasavallan ajan että Egyptin hellenistisen kauden päättymisessä.