איך משפיעים הרי געש על האקלים?

התפרצויות של הרי געש יכולות להשפיע על הסביבה במידה נרחבת דיה כדי לשבש את הפעילות האווירית בשמי המדינות סביב הר הגעש. זה היה המצב, למשל, בהתפרצות הר הגעש אֵייָאפִיאַטלָאיְיקוּט (Eyjafjallajökull) באיסלנד בשנת 2010, שבעקבותיה הופסקה הפעילות האווירית באזורים נרחבים בצפון אירופה למספר ימים. בעקבות ההתפרצות נוצר ענן אפר געשי, שסיכן את מנועי המטוסים, יצר תנאי ראות מוגבלים שהקשו על הניווט – והתעופה הוגדרה כמסוכנת. 

אולם עננת האפר שנוצרת מיד לאחר ההתפרצות אינה התוצר היחיד שלה. התפרצויות געשיות משחררות לאוויר כמויות גדולות של חלקיקים, שיכולים לשנות את האקלים באופן דרמטי. בהתאם לכך, אחת התופעות המזוהות עם התפרצויות געשיות היא ירידה ממושכת בטמפרטורה של פני כדור הארץ . מחקר חדש בהובלת דנה רייטר, דוקטורנטית ישראלית במעבדתו של לורנצו פולבני (Polvani) באוניברסיטת קולומביה, מצא שהאטמוספרה מגיבה להתפרצויות געשיות באופן מורכב, ושהן לא רק משפיעות על הטמפרטורה, אלא גם על כמות המשקעים בכדור הארץ כולו.

המנגנון שמקרר את כדור הארץ

בהתפרצות געשית גדולה נפלטים לאטמוספרה אירוסולים רבים. אירוסולים הם חלקיקים קטנים, נוזליים או מוצקים, שמפוזרים באוויר ומשפיעים על אקלים כדור הארץ. האירוסולים שמאפיינים התפרצויות געשיות מכילים בדרך כלל גזים וחלקיקי אבק, בעיקר גופרית דו-חמצנית, המגיעה עד לשכבת הסטרטוספרה, שנמצאת 15 עד 50 קילומטרים מעל הקרקע. שם, הגופרית הדו-חמצנית מגיבה עם אדי מים ונוצרות טיפות זעירות של חומצה גופרתית, הפועלות כמו מראות קטנות שמחזירות חלק מקרינת השמש חזרה אל החלל. כך למעשה פחות אנרגיה חודרת לטרופוספרה – שכבת האטמוספירה שאנו חיים בה, מה שגורם לירידה זמנית בטמפרטורה בעולם כולו. מעבר לכך, חוקרים מעריכים שההתפרצויות גם יוצרות תגובות שרשרת שמשנות את דפוסי המשקעים מסביב לעולם ואת זרימת האוויר באטמוספרה בצורה שקשה לצפות במדויק.

במטרה להבין טוב יותר כיצד התפרצויות געשיות משפיעות על המשקעים ועל זרימת האוויר לאורך זמן, השתמשו החוקרים במודל אקלים גלובלי ממוחשב מתקדם שפותח על ידי נאס”א. המודל מדמה את כדור הארץ כולו, כמערכת שלמה – היבשות, האוקיינוסים, הקרחונים והאטמוספרה – והוא מבוסס על תבניות הזרמים ועל חילופי האנרגיה והקרינה שנמדדו על פני כדור הארץ. 

ברוב המחקרים מקובל לבחון את השפעתה של התפרצות געשית מסוימת אחת, אך במחקר הזה ערכו הדמיות (סימולציות) רבות שבוחנות התפרצויות בעוצמות שונות, על סמך הערכות המאפיינים של התפרצויות שהתרחשו לאורך אלפי השנים האחרונות על פני כדור הארץ. 

במודל אפשר לבחון את ההשפעה על התפרצויות געשיות באמצעות הזרקה של אירוסולים מסוג גופרית לסטרטוספרה. היקף ההתפרצות התבטא בכמויות משתנות של גופרית שהזינו למודל, בקנה מידה של טרגרם (טריליון גרם). בכל הדמיה “הוזרקה” לסטרטוספרה כמות שונה של גופרית, ונבדקה תגובת המערכת האקלימית לשינויים בריכוז החומצה הגופרתית. בהתפרצויות קטנות, למשל, כמות הגופרית שהוזרקה לאוויר הייתה קטנה יחסית, כחמישה טרגרם גופרית; ואילו התפרצות אדירה דומתה באמצעות הזרקה של 160 טרגרם גופרית לאוויר במודל הממוחשב. המספרים הללו מבוססים על מדידות של עובי שכבות גופרית שהצטברו בסמוך להרי געש בעקבות התפרצויות עתיקות.

לא רק טמפרטורה

בכל הדמיה נבחנו השפעותיהן של ההתפרצויות על הטמפרטורה בפני השטח של כדור הארץ ועל כמות המשקעים ברחבי העולם. נמצא שהתפרצויות געשיות הובילו לירידה בטמפרטורת פני השטח של כדור הארץ, אך בנוסף לכך המודל צפה השפעה בעלת משמעות רבה יותר: ככל שההתפרצות הגעשית חזקה יותר, כך היא צפויה לגרום לירידה חדה יותר בכמות המשקעים. לפי ההערכות כמות המשקעים צפויה לחזור לעצמה כעבור כחמש שנים, אך הירידה החריפה ביותר צפויה בשנה הראשונה לאחר ההתפרצות.

הסיבה לכך היא תגובת שרשרת: האירוסולים גורמים לקירור של פני השטח, וכך מפחיתים את קצב ההתאדות ואת כמות אדי המים באוויר. במקביל, עלייה קלה בטמפרטורה שמתרחשת דווקא בשכבות האטמוספרה העליונות (בסטרטוספרה ואף קצת מעליה) מאיטה את היווצרות העננים ופוגעת בהיווצרות טיפות הגשם.

אף שהירידה בטמפרטורות הייתה צפויה, המחקר מוסיף נדבך משמעותי להבנת התופעה ומספק מידע חדש על משכה ועל עוצמתה. הנתונים מלמדים כי ההתקררות עשויה להימשך לפחות חמש שנים בכל התרחישים, אולם עוצמת ההתפרצות מפסיקה להשפיע בשלב מסוים: גם בהתפרצויות החזקות ביותר, שמהן נפלטים מעל 40 טרגרם גופרית, הטמפרטורה נותרת יציבה. 

בנוסף, המחקר מראה כי אף שהתפרצויות חזקות במיוחד גורמות לשינויים בטמפרטורה ובמשקעים, ההשפעות לא אחידות בכל העולם. אזורים טרופיים מסוימים מראים רגישות גבוהה במיוחד, עם ירידה ברורה בכמות הגשם לאחר ההתפרצות, ואילו באזורים אחרים, בעיקר בחלקי האוקיינוסים הקרובים לקטבים, השינויים מתונים בהרבה. 

“הסימולציות שלנו מראות שבהתפרצויות געשיות משמעותיות, הסכנה הגדולה היא ירידה בכמות המשקעים, שעשויה לגרום לבצורות חמורות עם השפעות על האנושות כולה”, הסבירה דנה רייטר לאתר דוידסון. “סביר להניח שכדור הארץ כבר חווה השפעות כאלה בעבר”. 

המחקר מציע לראשונה חיזוי רחב היקף של השפעת התפרצויות געשיות על האקלים העולמי, ומדגיש את חשיבות ההבנה של המנגנונים האטמוספריים המורכבים לצורך חיזוי אסונות עתידיים ומניעתם. מחקרים נוספים מהסוג הזה יאפשרו התראה ורמת מוכנות עתידית במקרה הצורך.