Kæmpe undervandsvulkan har skudt huller i ozonlaget

Vi hører meget om alt det, vi mennesker lukker ud i atmosfæren, men Moder Natur kan også lege med, nogle gange på dramatisk vis.

Ét eksempel var da en vandmængde svarende til 58.000 olympiske swimmingpools blev sendt op i stratosfæren af Hunga Tonga-Hunga Ha’apai-vulkanen (Hunga Tonga) den 15. januar 2022.

Forskere, blandt andet én fra Danmark, har nu set på virkningen af vandet deroppe, og selvom det lyder sjovt med så mange pools, fører de blandt andet til kraftig svækkelse af ozonlaget, når de ligger i de luftlag.

»Vi har set 14 procents reduktion af ozonlaget nogle steder, og selvom vi ikke kan forudsige vulkanudbrud, er det rigtig vigtigt at vide, at de kan have den her effekt, så vi kan reagere korrekt på det,« forklarer Freja Østerstrøm, postdoc i atmosfærisk kemi på Københavns Universitet og Harvard University og medforfatter til den videnskabelige artikel.

Den største koncentration af vand i stratosfæren i 18 år

Før man afskriver Hunga Tonga som bare ét af mange vulkanudbrud, skal det siges, at udbruddet i 2022 er det største udbrud, menneskeheden har set, siden Mount Pinatubos udbrud i Filippinerne i 1991.

Og for forskere, der arbejder med stratosfæren, er det tydeligt, at en indsprøjtning på 145 milliarder kg vand ikke er småting, for det svarer til 10 procent af hele stratosfærens vand samlet på ét sted.

»Det er første gang i lang tid, vi ser så meget vand komme ind i stratosfæren på én gang, og vi har fulgt, hvordan det har fordelt sig i stratosfæren siden, og hvordan det reagerer med andre gasser og partikler der,« forklarer Freja Østerstrøm.

Det har vist sig, at vandet svækker ozonlaget lokalt, og det medfører naturligt, at der slipper mere skadelig UV-stråling ind. Strålingen har mange kedelige effekter, fra forhøjet kræftrisiko til skade på økosystemer, så det er vi helst fri for.

Men i året siden udbruddet har vandet også været på farten. 78 procent af det lader til at blive på den sydlige halvkugle, hvoraf en del ryger mod Sydpolen, hvor det kan skade ozonlaget yderligere.

Én af ozonlagets fjender er CFC-gasserne, drivhusgasser baseret på klor, fluor eller kul. De har hver visse svagheder. Klor-gasserne kan for eksempel holdes i skak af kvælstof-oxider (NOx), der også findes i stratosfæren.

Desværre var der ikke bare vand i vulkanens lille ‘pakke’ til stratosfæren, men også svovlsyre. De to kombineret kan lave en reaktion, der fjerner kvælstof-oxider (NOx), så de ikke kan beskytte ozonlaget fra klor.

»Og den her reaktion kan kun ske ved lave temperaturer, så det er ikke ingenting, at store vandmængder svæver mod polerne,« påpeger Henrik Skov, professor i atmosfærisk kemi på Aarhus Universitet, der har læst studiet igennem for Videnskab.dk.

Naturlige processer i stratosfæren både danner og fjerner ozon til ozonlaget, så når man taler om et hul i det, mener man ofte en ubalance i processerne, så der bliver fjernet mere, end der bliver dannet.

Vanddampen laver netop sådan en ubalance og vil formentlig fortsætte med det i nogle år, indtil det er ude af stratosfæren igen. Så kan balancen komme tilbage, og ozonlaget kan gendannes.

Udover skaden på ozonlaget er et vandrigt vulkanudbrud også anderledes end normale udbrud i dets effekt på klimaforandringer.

»Vulkanudbrud køler faktisk normalt Jorden, fordi de lukker en masse svovldioxid ud, der har den effekt. Men vanddamp er jo også en drivhusgas, selvom vi ikke ofte tænker sådan om det,« påpeger Freja Østerstrøm.

Derfor har forskerne kunnet se en lille effekt på klimaet, da den kølende effekt fra svovldioxiden bliver udlignet af vandets varmende effekt. Jordens temperatur ændrer sig derfor ikke gennem det her udbrud.

Brugte stratosfærisk model til at få overblik over udbruddet

Studiet bygger mest på satellit-data og -observationer fra over hele Jorden. Derudover bruger forskerne også en model, altså en simulering af stratosfæren og hvordan den burde reagere på udbruddets tilførsel af forskellige stoffer som vand, svovldioxid og andet.

De har så holdt modellens forudsigelser op imod satellit-data fra de seneste 18 år. Modellens bud stemmer godt overens med satellit-observationerne.

»Det betyder selvfølgelig ikke, at de er et perfekt match, og dér hvor modellen tager fejl, skruer de lidt på den, så den forhåbentlig bliver mere retvisende,« forklarer Henrik Skov.

Fordelen ved modeller, som forskere også bruger for at danne overblik over klimaforandringerne, er, at de kan bruges til at kigge frem i tiden og se muligheder for, hvordan en situation kan udvikle sig.

Modeller har selvfølgelig begrænsninger, som vi kan se, når dens billede af stratosfæren for eksempel ikke stemmer med det, vi direkte har observeret gennem en satellit.

»Men det er det bedste, vi har til forståelse af de her mange komplekse processer, der sker over hovedet på os, så det er ikke nogen kritik af studiet som sådan, bare vigtigt at huske på,« siger Henrik Skov.

»Hvis vi ikke forstår naturens klima-effekter, forstår vi ikke vores egne«

Forskernes resultater er selvfølgelig vigtige for lokale indsatser på steder, der oplever vulkanudbrud, men Hunga Tonga-udbruddets rejselystne vandmængder bliver ikke bare ét sted, og det gør vores forståelse af vulkanudbrud vigtig på et globalt plan også.

Blandt andet har vores forståelse af de komplicerede processer, der sættes i gang ved vulkanudbrud, implikationer for vores klimaindsatser.

»Der er for eksempel nogle, der har foreslået at udnytte udbruddenes afkølende effekt som en form for geo-engineering til at regulere Jordens temperatur, men så er det rigtig vigtigt at vide, at den effekt forsvinder, når der er meget vand involveret, og vide hvilken indflydelse det kan have for stratosfærisk kemi og ozonlaget,« påpeger Freja Østerstrøm.

Man kan se vores forståelse af Jordens klimaprocesser lidt som et puslespil med mange brikker: Hvis der bare mangler én brik, har vi ikke det fulde overblik.

»Med andre ord kan vi ikke forvente at kunne forstå de klimaprocesser, vi mennesker sætter i gang, hvis vi ikke har styr på de naturlige processer også,« forklarer Henrik Skov:

»Derfor er det også stor fornøjelse at se et studie, der giver os sådan et godt overblik over de her processer. Det er virkelig toppen af poppen.«