Solen kysser de magtfulde vulkaners svovl
Efterladenskaber fra de kraftigste vulkanudbrud er blevet brændemærket af Solen, inden de blev begravet i polarområdernes is. Det gør det muligt at finde ud af, hvornår vulkanerne havde magt over klimaet.

Mens solens ultraviolette lys bestemmer hastigheden for omdannelse af vulkanernes svovldioxid til sulfat i stratosfæren, gør isotopernes egne masser det i troposfæren. Omdannelsen af svovldioxid til sulfat i troposfæren er altså masseafhængig. (Foto: Colourbox)

I 1601 blev klimaet pludselig markant koldere. Det køligere klima var fremprovokeret af et voldsomt vulkanudbrud, der udspyede store mængder svovldioxid. Højt oppe i atmosfæren blev svovldioxiden omdannet til små bitte dråber af svovlsyre, der pakkede kloden ind i en tæt tåge. Sollyset kunne ikke trænge igennem. Temperaturen faldt. Sommeren blev væk.

Vulkanudbrud kan køle klimaet ned – det er sket mange gange i historien. Men hvor meget de køler, og hvornår de har kølet, er historikere, glaciologer og arkæologer dybt uenige om.

De mange konflikter vil dog snart høre op. Det er nemlig lykkedes en gruppe atmosfærekemikere fra Tokyo Institute of Technology og Københavns Universitet at finde et trick til at afkode, hvilke nedkølingsperioder der skyldes vulkanudbrud.

Solen spiller hovedrollen

Forskerne har fundet tricket ved at kigge på vulkansk svovl i lange iskerner, der er boret ud af den tykke grønlandske indlandsis:

Svovlforbindelser, der stammer fra vulkanudbrud, som har været i stand til at påvirke klimaet, har ifølge forskernes studier et karakteristisk mængdeforhold mellem de fire varianter – isotoper - af svovl. Denne signatur er fremelsket af en særlig kemisk proces, som forskerne har haft held med at kortlægge – en proces der har Solens intense ultraviolette lys i hovedrollen.

Fakta

På Arktis og Antarktis falder næsten al nedbør som sne, der lægger sig lag på lag og presses sammen til en gigantisk klimaarkiv. Borer man ned igennem isen, vil man altså rulle tiden baglæns.

Iskalotten på Grønland rækker ikke længere end 120.000 år tilbage. På Antarktis derimod rummer klimaarkivet sne fra de sidste 800.000 år af Jordens 4,5 milliarder år lange historie.

Hvis der dukker vulkansk materiale op i et lag, ved man, at der var et udbrud det år. Med den metode Johnson og hans kolleger har udviklet, kan man nu få et præcist billede af, hvor kraftfuldt vulkanudbruddet var.

Denne kemiske proces redegør forskerne for i en videnskabelig artikel, der netop har fået spalteplads i det anerkendte tidsskrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

»Fingeraftrykket kan bruges til at spotte de vulkanudbrud, der igennem tiderne har været i stand til at afkøle klimaet. Den viden kan bruges til at korrekse historiske optegnelser, som hidtil ikke har været så pålidelige. Nogle er skrevet ned længe efter, begivenheden fandt sted. Andre forholder sig til en fremmed kulturs kalender. Kemien derimod lyver ikke,« siger Matthew S. Johnson, der som lektor ved Kemisk Institut på Københavns Universitet har været med til at gennemføre studiet.

Skyer af svovlsyre bliver hængende

Man har længe vidst, at et vulkanudbrud kun er i stand til at køle klimaet, hvis det er kraftfuldt nok til at pumpe svovldioxid helt op til stratosfæren. For heroppe omdannes svovldioxiden til højtflyvende skyer af svovlsyredråber, der typisk bliver hængende i flere år og reflekterer indkommende sollys tilbage til rummet igen. Den svovldioxid, der kun når op til troposfæren, bliver derimod omdannet til svovlforbindelser, der efter ganske kort tid følger med regnen ud af atmosfæren.

De højtflyvende gasskyer fra de kraftigske vulkanudbrud tilbringer altså længere tid i stratosfærens intense sollys, der langsomt, men sikkert, forvandler sulfatets kemiske signatur. Sollyset ændrer vægtningen mellem de forskellige svovl-isotoper efter meget præcise regler.

Ved at skære en borekerne af is i tynde skiver og lag for lag måle mængdeforholdet mellem de forskellige svovlisotoper, kan man altså danne sig et meget præcist billede af, om et givet udbrud var kraftigt nok til, at gasskyen kunne nå ud i stratosfæren. Forskerne kan for første gang nogen sinde skelne mellem, om udbruddet påvirkede det globale klima, eller om det kun havde lokale konsekvenser.

Fakta

Stratosfæren er den del af atmosfæren, der overlejrer troposfæren. Det sker i 8 kilometers højde ved polerne voksende til 17 kilometers højde ved ækvator.

»Klimaet påvirkes af mange forskellige faktorer. Mennesket er én af dem, vulkaner en anden. Med den nye metode har du en chance for at sammenligne, i hvor høj grad mennesket har påvirket klimaet i forhold til vulkanerne,« siger han.

Viden opløser strid

Forskergruppen har endnu ikke haft lejlighed til at afprøve metoden på nogle af de mange omdiskuterede vulkanudbrud.

Men de spår, at værktøjet f.eks. kan bruges til at undersøge, hvad der egentlig skete, dengang Middelhavsøen Santorini eksploderede og tog den Minoiske kultur med sig omkring 1645.

År 1601 er blevet kaldt 'året uden sommer', og forskerne higer efter at finde ud af, hvilken vulkan der var skyld i det.

Man diskuterer også indædt, hvorvidt der var udbrud på Island i 527, år 535 eller år 541.  Alle disse slåskampe vil formentlig få en ende, når videnskaben for alvor begynder at tage svovl-isotopmetoden i brug til at vride maksimal information ud af iskernerne.

Islandsk vulkan skabte tør tåge

Benjamin Franklin (1709-1790) var den første, der erkendte, at vulkanudbrud var i stand til at påvirke Jordens klima. Under en rejse til Paris opdagede han, at den tørre tåge, som i løbet af 1783 kunne erkendes over hele Europa, lå der permanent.

Han antog, at denne tørre tåge havde forbindelse til et vulkanudbrud på Island og havde en mistanke om, at der var en sammenhæng mellem den tørre tåge og den usædvanligt kolde vinter, man oplevede i 1783-84.

Vin- og kornhøsten blev en katastrofe

Udbruddet i vulkanen Tambora på Sumbawas nordkyst varede fra april til midt i juli 1815. I denne periode sendtes 17 millioner tons vulkansk aske og gas mere end 40 kilometer til vejrs.

Den vulkanske aske fordelte sig fra Timor i øst til Sumatra i vest og til Borneo og Celebes i nord, men den klimatiske effekt dækkede stort set hele den nordlige halvkugle. Således slog vinhøsten fejl i Frankrig det år, og kornhøsten 1816 blev en katastrofe.

I London registrerede man sommertemperaturen i 1816 til at være 3°C under det normale.

I Nordamerika sneede det over hele New England i juni måned, og den dag i dag lever sagnet om det år, hvor det aldrig blev sommer.

Ingen så dengang nogen sammenhæng mellem disse kulderekorder og Tamboras udbrud; Benjamin Franklins betragtninger 33 år tidligere var glemt.

Japanere og danskere forener kræfterne

Som atmosfærekemiker har lektor Matthew S. Johnson længe drømt om at udvikle et værktøj til at koble køleperioder med kraftige vulkanudbrud, og han greb chancen, da han opdagede, at et forskerhold på den anden side af kloden forfulgte samme idé.

Det viste sig, at de to grupper hver for sig manglede afgørende kompetencer for at komme i mål, men at de tilsammen ville udgøre det perfekte team: Hvor japanerne var dygtige til at aflure mønstre i isotoper, er Matthew S. Johnson ferm til teoretisk at finde frem til de mekanismer, der kan skabe mønstrene.

For at teste, om han havde fat i den rette mekanisme, gennemførte Matthew S. Johnson en stribe forsøg i sit laboratorium, der gik ud på at undersøge, hvor gode de fire svovlisotoper er til at optage sollys.

Herefter har han lagt oplysningerne ind i en computermodel sammen med det ultraviolette lys spektrum og flere andre data, hvorefter han har regnet sig frem til, hvor effektive molekyler, der rummer et af fire svovlisotoper, er til at optage sollys.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.