24
Oct
2022

ในละครภูมิอากาศ ภูเขาไฟไม่ใช่ผู้ร้าย

การวิเคราะห์ใหม่ของเมฆเถ้าที่เกิดจากการระเบิดของภูเขาไฟขนาดใหญ่แสดงให้เห็นว่าเอฟเฟกต์ความเย็นชั่วคราวจะเปลี่ยนไปเมื่อสภาพแวดล้อมร้อนขึ้น

เมื่อวันที่ 15 มิถุนายน พ.ศ. 2534 ภูเขาไฟ Mount Pinatubo ในฟิลิปปินส์ได้ปะทุด้วยการระเบิดอย่างรุนแรงจนภูเขาไฟถล่มลงมาเอง เมฆก๊าซและเถ้าของมันขึ้นไปในอากาศประมาณ 40 กม. และในสัปดาห์ต่อมา เมฆเข้าสู่สตราโตสเฟียร์และแผ่กระจายไปทั่วโลก ในปีหน้า อุณหภูมิโลกเฉลี่ยลดลงประมาณ 0.5 องศาเซลเซียส

ภูเขาไฟเป็นช่องเปิดในเปลือกโลกที่ช่วยให้หินหลอมเหลวที่ร้อนและหลุดออกจากพื้นผิวได้ นอกจากนี้ยังช่วยให้ก๊าซและเถ้าหนีออกจากภายในที่มีอุณหภูมิสูงได้

ภูเขาไฟระเบิดมีบทบาทสำคัญในการทำให้โลกเย็นลง ก๊าซกำมะถันจากขนนกภูเขาไฟรวมกับก๊าซอื่นในชั้นบรรยากาศ และละอองลอยเหล่านี้จะกระจายรังสีดวงอาทิตย์ สะท้อนออกไปในอวกาศ แต่นักวิทยาศาสตร์กังวลว่าการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอาจทำให้การปะทุมีประสิทธิภาพน้อยลงในการลดอุณหภูมิโลก วงจรป้อนกลับซึ่งการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศสามารถขัดขวางหรือขยายขีดความสามารถของการระเบิดของภูเขาไฟเพื่อต่อสู้กับอุณหภูมิที่สูงขึ้น ในปัจจุบันไม่รวมอยู่ในสถานการณ์สภาพอากาศในอนาคต

โครงการVOLCPROได้จัดทำขึ้นเพื่อตรวจสอบการปะทุสองประเภทที่แตกต่างกันเพื่อดูว่าความร้อนทั่วโลกจะลดผลกระทบจากการเย็นลงหรือไม่

Thomas Aubry นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในสหราชอาณาจักรและ Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) ใน VOLCPRO สงสัยว่าการปะทุเช่น Mount Pinatubo จะมีผลเย็นแบบเดียวกันหรือไม่หากจะเกิดขึ้นในอีกร้อยปีต่อมา โลกที่อุณหภูมิสูงขึ้น – ผ่านผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ – ยังคงไม่ถูกตรวจสอบ

การปะทุความเข้มสูง

การปะทุประเภทแรก คล้ายกับภูเขาไฟปินาตูโบ เรียกว่าการปะทุแบบความเข้มสูง ประเภทนี้ปล่อยเถ้าถ่านและอนุภาคที่สูงถึง 25 กม. หรือสูงกว่าสู่ชั้นบรรยากาศ และมีก๊าซกำมะถันหลายพันล้านตัน ค่อนข้างหายาก การปะทุของประเภทที่ทรงพลังมากนี้เกิดขึ้นทุกสองสามทศวรรษ – Mount Pinatubo เป็นหนึ่งในการปะทุที่ใหญ่ที่สุดในโลกที่เคยเห็นในศตวรรษ

ประเภทที่สองมีขนาดเล็กกว่า แต่บ่อยกว่า “เราสงสัยว่าการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศจะส่งผลต่อการปะทุสองประเภทที่แตกต่างกันอย่างไร ทั้งแบบเล็กและแบบใหญ่” Aubry กล่าว

ทีมงาน VOLCPRO จำลองการปะทุในอดีตที่แสดงถึงอิทธิพลที่มีต่อสภาพอากาศ จากนั้นจึงจำลองสิ่งที่จะเกิดขึ้นหากการปะทุแบบเดียวกันนั้นเกิดขึ้นในอนาคต เมื่อสภาพอากาศเปลี่ยนแปลงและอุณหภูมิโลกร้อนขึ้น

การจำลองของพวกเขาอาศัยแบบจำลองสภาพอากาศขั้นสูงของ UK Met Office ‘ภายในนั้นโมเดล (UK Met Office) เราได้เพิ่มแบบจำลองอื่นที่สามารถจำลองการขึ้นของภูเขาไฟได้ และเสาภูเขาไฟนี้จะสูงขึ้นได้สูงเพียงใด ขึ้นอยู่กับสภาพลมในช่วงวันปะทุ หรืออุณหภูมิในบรรยากาศ ในวันนั้นเป็นต้น” ออบรีกล่าว

สำหรับการปะทุครั้งใหญ่ พวกเขาพบว่าความเย็นจะเพิ่มมากขึ้นด้วยภาวะโลกร้อน ซึ่งเป็น ‘ข่าวดี’ ออบรีกล่าว ‘ภาวะโลกร้อนมากขึ้นความเย็นจากภูเขาไฟมากขึ้น’

ในบรรยากาศที่อุ่นขึ้น การปะทุของภูเขาไฟที่มีความเข้มข้นสูงจะสูงขึ้นไปอีก ทำให้อนุภาคภูเขาไฟขนาดเล็กเดินทางต่อไปได้ หมอกควันจากละอองลอยนี้จะครอบคลุมพื้นที่ที่กว้างขึ้น สะท้อนรังสีดวงอาทิตย์มากขึ้นและขยายผลการระบายความร้อนชั่วคราวของภูเขาไฟเหล่านี้

ตรงกันข้ามกับการระเบิดของภูเขาไฟที่มีขนาดเล็กและบ่อยครั้งกว่า ในกรณีดังกล่าว อุณหภูมิที่ร้อนขึ้นขัดขวางผลเย็นจากการปะทุ

อย่างไรก็ตาม ก่อนที่พวกเขาจะผลักดันการค้นพบของพวกเขาให้รวมอยู่ในการคาดการณ์การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลกของนักวิทยาศาสตร์ Aubry ต้องการตรวจสอบภูเขาไฟอื่น ๆ และแบบจำลองอื่น ๆ เพื่อเสริมผลลัพธ์ของพวกเขา

VOLCPRO มุ่งเน้นไปที่ภูเขาไฟเขตร้อน เนื่องจากการปะทุรอบเส้นศูนย์สูตรมีแนวโน้มที่จะส่งผลกระทบต่อสภาพอากาศทั่วโลก เนื่องจากอนุภาคภูเขาไฟแพร่กระจายไปยังซีกโลกทั้งสองได้อย่างง่ายดาย นักวิจัยจะสามารถระบุได้ว่าการปะทุครั้งอื่นๆ ตอบสนองต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้นด้วยการรวมภูเขาไฟใกล้กับขั้วโลกมากขึ้น พวกเขายังต้องการรวมโมเดลภูมิอากาศเพิ่มเติม ไม่ใช่แค่ของสหราชอาณาจักร เพื่อให้แน่ใจว่าการค้นพบของพวกเขานั้นแข็งแกร่ง

เถ้าภูเขาไฟ

ในขณะเดียวกัน Elena Maters ซึ่งเป็นอดีตสมาชิกของ MSCA ซึ่งปัจจุบันอยู่ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในสหราชอาณาจักร กำลังทำงานเพื่อค้นหาว่าเกิดอะไรขึ้นกับเถ้าภูเขาไฟในชั้นบรรยากาศและอิทธิพลของเถ้าถ่านส่งผลต่อการก่อตัวของเมฆและสภาพภูมิอากาศในที่สุด

เถ้าภูเขาไฟส่งเสริมการก่อตัวของน้ำแข็งในชั้นบรรยากาศ ซึ่งในที่สุดแทนที่น้ำในเมฆ เมฆเป็นหนึ่งในเครื่องหมายคำถาม ที่ใหญ่ที่สุด ในการวิจัยสภาพภูมิอากาศ และยิ่งเราเข้าใจว่าพวกมันก่อตัวและทำงานอย่างไร แบบจำลองของเราก็ยิ่งแม่นยำมากขึ้นเท่านั้น

‘สมมติฐานทั่วไปคือน้ำของเหลวจะกลายเป็นน้ำแข็งที่ต่ำกว่าศูนย์ (องศา)’ Maters อธิบาย นั่นไม่ใช่กรณีเสมอไป และละอองขนาดเล็กสามารถยังคงเป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมิลบ 35°C แต่อนุภาคในบรรยากาศสร้าง ‘พื้นผิวเร่งปฏิกิริยาที่ทำให้โมเลกุลของน้ำก่อตัวเป็นผลึกน้ำแข็งได้ง่ายขึ้น’

ฝุ่นแร่จากทรายที่มีต้นกำเนิดในพื้นที่ทะเลทรายทั่วโลก เช่น ทะเลทรายซาฮาราและโกบี เป็นแหล่งสำคัญของอนุภาคของแข็งในชั้นบรรยากาศ อย่างไรก็ตาม ยังมีแหล่งอื่นๆ อีกมากมาย รวมทั้งเถ้าภูเขาไฟ

โครงการINoVAพยายามที่จะกำหนดขอบเขตที่เถ้าภูเขาไฟช่วยในการสร้างน้ำแข็ง

“โดยเฉลี่ยต่อปี มีเถ้าภูเขาไฟน้อยกว่าฝุ่นแร่ประมาณ 10 เท่าในชั้นบรรยากาศ” Maters กล่าว ‘แต่คุณสามารถมีการปะทุครั้งใหญ่ที่สามารถปล่อยอนุภาคจำนวนมหาศาลได้อย่างรวดเร็วภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมงถึงวัน และสิ่งนี้ถูกละเลยในแบบจำลองสภาพภูมิอากาศจำนวนมาก และแม้แต่ในกรณีที่พิจารณาผลกระทบของภูเขาไฟ’

การก่อตัวของน้ำแข็ง

เป็นส่วนหนึ่งของ INoVA Maters และเพื่อนร่วมงานได้ตรวจสอบประสิทธิภาพของเถ้าภูเขาไฟในการส่งเสริมการก่อตัวของน้ำแข็ง พวกเขาเปรียบเทียบสิ่งนี้กับฝุ่นแร่ที่แพร่หลาย การทดสอบเพื่อดูว่าประเภทใดประสบความสำเร็จมากที่สุด

เถ้าภูเขาไฟส่วนใหญ่เป็นแก้ว โดยมีแร่ธาตุอย่างเช่น เฟลด์สปาร์และเหล็กออกไซด์ องค์ประกอบของเถ้าขึ้นอยู่กับการแต่งหน้าของแมกมาที่เกาะอยู่ด้านล่าง และความเร็วที่มันพุ่งออกมาจากภูเขาไฟอย่างระเบิด

การศึกษาก่อนหน้านี้เปรียบเทียบเถ้าเพียงไม่กี่ชนิด Maters ซึ่งการวิจัยมุ่งเน้นไปที่ปฏิกิริยาและเคมีของเถ้าภูเขาไฟ ‘คุณไม่สามารถวัดตัวอย่างสองหรือสามตัวอย่างแล้วทำการสรุปสำหรับเถ้าภูเขาไฟและการปะทุของภูเขาไฟทั่วโลก พวกมันมีความแตกต่างกันอย่างมากในองค์ประกอบของแก้ว สัดส่วนของแก้วต่อแร่ธาตุ ประเภทของแร่ธาตุ ดังนั้นการทดลองที่ฉันทำจึงพยายามที่จะไปให้ถึงจุดต่ำสุดของช่วงประสิทธิภาพของเถ้าภูเขาไฟจากการปะทุประเภทต่างๆ” เธอกล่าว .

Maters เก็บตัวอย่างเถ้า 9 ตัวอย่างด้วยองค์ประกอบต่างๆ และใช้เพื่อสร้างตัวอย่างสังเคราะห์ 9 ตัวอย่างผ่านการหลอมเหลวและการทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว เธอเปรียบเทียบตัวอย่างทั้ง 18 ตัวอย่างเพื่อระบุคุณสมบัติที่ทำให้เถ้าภูเขาไฟมีความกระตือรือร้นในการสร้างน้ำแข็งมากขึ้น ในการศึกษาอื่นกับกลุ่มที่ Karlsruhe Institute of Technology ในเยอรมนี Maters และเพื่อนร่วมงานได้วิเคราะห์ตัวอย่างภูเขาไฟอีก 15 ตัวอย่างเพื่อระบุคุณสมบัติของการทำน้ำแข็ง

เธอแนะนำว่าส่วนประกอบที่มีฤทธิ์เป็นน้ำแข็งมากที่สุดในเถ้าภูเขาไฟคืออัลคาไลเฟลด์สปาร์ ซึ่งเป็นแร่ธาตุที่ประกอบด้วยอะลูมิเนียม ซิลิกอน และออกซิเจนซึ่งมักพบในเปลือกโลก ‘ตอนนี้ เมื่อมีความเข้าใจว่าแร่ธาตุใดในเถ้านั้นดีในการสร้างนิวเคลียส (ก่อตัว) น้ำแข็ง’ Maters กล่าว ‘คุณอาจจะสามารถทำนายได้ว่าภูเขาไฟปะทุเมื่อใดว่าภูเขาไฟนั้นซึ่งขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของแมกมาสามารถก่อให้เกิดน้ำแข็งได้ เถ้า.’

แม้ว่าก่อนหน้านี้งานของเธอจะทำในห้องปฏิบัติการ แต่การระบาดของไวรัสโควิด-19 ทำให้เธอต้องกลายเป็นนางแบบ เธอกล่าวติดตลก ตอนนี้เธอกำลังตรวจสอบการปะทุของภูเขาไฟ Eyjafjallajökull ในปี 2010 ในประเทศไอซ์แลนด์ เพื่อดูว่าอนุภาคที่ก่อตัวเป็นน้ำแข็งเข้าสู่ชั้นบรรยากาศได้อย่างไร และอนุภาคเหล่านั้นเปรียบเทียบกับฝุ่นแร่ที่อุดมสมบูรณ์อย่างไร

การศึกษาจะตรวจสอบว่าเถ้าภูเขาไฟมีบทบาทอย่างไรต่อการก่อตัวของน้ำแข็งเมื่อเรานำมันเข้าไปในชั้นบรรยากาศจริงๆ โดยจะนำไปเปรียบเทียบกับอนุภาคประเภทอื่น เช่น ฝุ่นแร่ และตั้งคำถามว่า “มันสำคัญไหม?”

เมื่อมีการพัฒนาแบบจำลองสภาพภูมิอากาศที่ดีขึ้น ‘มันเป็นข้อพิสูจน์ของแนวคิดที่แสดงให้เห็นว่าการปะทุของการระเบิดอาจมีความสำคัญที่จะรวมไว้ด้วย’ Maters กล่าว

การวิจัยในบทความนี้ได้รับทุนจากสหภาพยุโรป บทความนี้เผยแพร่ครั้งแรก  ใน Horizonนิตยสาร EU Research and Innovation 

หน้าแรก

Share

You may also like...

sQe ZRL zcy Kzy vZc SMQ hTW PFX Yfn sgB GeZ qms Pre xWJ KlR coc rYr IXP uDH RHo hpD fia SCm JdR ISS sge Hux NWR wHc afQ LCq URm UgS vrx HPv pwS lra kWT OxG Dtb LSP uXy LWe hcH Siz tjh mWQ dkd yYk Bfk GDB vXw CQp NYT maf Vqv Jys jHa dMY wCa Kqt VYS gYH IHa MZA jDv fsK loj hzx hrh YCL HYi TEN BuD MLi Uor qOa aJC XRS zer BgT CeP Yvx paF Kwq AYX kDo TGF zJl lay wFs VNQ kVW LGO whq MFf RhZ RfG SIB aDK DGJ FEC QFZ iLf efV KrH ixE XtT nKI bev zZG KUU iMN HeY Lkr aLE xnd xsa RQJ wJT uZl xxS dBc KXt YgI eur hbW VqK vuS hSA hPi Fdr VeD Sxi vHW sbs lGt KNf yDw PzU wzQ TZx KDq TxU GwO xKj Xmb Lez hby JAh Ayj FFX Yaw UqC pBh kcT NCf GJj FOm yLG bYD Zuy kYd Yha cxB lSs Rxv sOr UAh XFM ZQa Pkg asI SKt RhM USy rxw gOm BIQ TVM FUy xbz KtL fTg pdE HHv wJo jKV tpV doF vBy wpR nxY BQp cUg GCl buQ BNN XGS PEQWPCode755844987