Algunos volcanes podrían calentar el clima y destruir la capa de ozono

El resultado contradice estudios previos que indican que estos volcanes enfrían el clima. También sugiere que si bien las extensas erupciones de basalto de inundación en Marte y Venus pueden haber ayudado a calentar sus climas, podrían haber condenado la habitabilidad a largo plazo de estos mundos al contribuir a la pérdida de agua.

Las erupciones basálticas de inundación

A diferencia de las erupciones volcánicas breves y explosivas, como la del Pinatubo o la Hunga Tonga-Hunga Ha'apai de enero de 2022, que ocurren durante horas o días, las erupciones de basaltos de inundación son regiones con una serie de episodios eruptivos que duran quizás siglos cada uno y ocurren durante períodos de cientos de miles de años , a veces incluso más. Algunas ocurrieron casi al mismo tiempo que los eventos de extinción masiva, y muchas están asociadas con períodos extremadamente cálidos en la historia de la Tierra. También parecen haber sido comunes en otros mundos terrestres de nuestro sistema solar, como Marte y Venus.

"Esperábamos un enfriamiento intenso en nuestras simulaciones", dijo Scott Guzewich del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. "Sin embargo, descubrimos que un breve período de enfriamiento se vio abrumado por un efecto de calentamiento". Guzewich es el autor principal de un artículo sobre esta investigación publicado el 1 de febrero en Geophysical Research Letters.

Si bien la pérdida de ozono no fue una sorpresa, las simulaciones indicaron la magnitud potencial de la destrucción, "una reducción de aproximadamente dos tercios sobre los valores promedio globales, aproximadamente equivalente a que todo el planeta tenga un adelgazamiento del ozono comparable a un grave agujero de ozono en la Antártida", dijo. Guzewich.

Los investigadores utilizaron el modelo químico-climático del sistema de observación de la Tierra Goddard para simular una fase de cuatro años de duración de la erupción de basalto del río Columbia (Columbia River Basalt, CRB) que ocurrió hace entre 15 y 17 millones de años en el noroeste del Pacífico de los Estados Unidos. El modelo calculó los efectos de la erupción en la troposfera, la capa turbulenta más baja de la atmósfera con la mayor parte del vapor de agua y el clima, y la estratosfera, la siguiente capa de la atmósfera que es mayormente seca y tranquila.

Las erupciones de CRB probablemente fueron una combinación de eventos explosivos que enviaron material a la troposfera superior y la estratosfera inferior (alrededor de 13 a 17 kilómetros de altitud) y erupciones efusivas que no se extendieron por encima de 1,9 millas (alrededor de 3 kilómetros) de altitud. La simulación asumió que los eventos explosivos ocurrieron cuatro veces al año y liberaron alrededor del 80% del gas de dióxido de azufre de la erupción.

Descubrieron que, a nivel mundial, hubo un enfriamiento neto durante aproximadamente dos años antes de que el calentamiento supere el efecto de enfriamiento. "El calentamiento persiste durante unos 15 años (los dos últimos años de la erupción y luego otros 13 años más o menos)", dijo Guzewich.

La nueva simulación es la más completa realizada hasta ahora para erupciones de basalto de inundación e integra los efectos de la química atmosférica y la dinámica climática entre sí, revelando un importante mecanismo de retroalimentación que las simulaciones anteriores no detectaron.

"Erupciones como la que simulamos emitirían cantidades masivas de gas de dióxido de azufre", dijo Guzewich. "La química en la atmósfera convierte rápidamente estas moléculas de gas en aerosoles de sulfato sólido. Estos aerosoles reflejan la luz solar visible, lo que provoca el efecto de enfriamiento inicial, pero también absorben la radiación infrarroja, que calienta la atmósfera en lo alto de la troposfera superior y la estratosfera inferior. El calentamiento de esta región de la atmósfera permite que el vapor de agua (que normalmente está confinado cerca de la superficie) se mezcle con la estratosfera (que normalmente es muy seca). Vemos un aumento del 10 000 % en el vapor de agua estratosférico. El vapor de agua es un gas de efecto invernadero muy efectivo y emite radiación infrarroja que calienta la superficie del planeta".

El aumento previsto de vapor de agua en la estratosfera también ayuda a explicar la gravedad del agotamiento de la capa de ozono. "El agotamiento de la capa de ozono ocurre de dos maneras diferentes", dijo Guzewich. "Después de la erupción, la circulación de la estratosfera cambia de formas que desalientan la formación de ozono. En segundo lugar, toda esa agua en la estratosfera también ayuda a destruir el ozono con el radical hidroxilo (OH)".

Los basaltos de inundación también liberan dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero también, pero no parecen emitir lo suficiente como para causar el calentamiento extremo asociado con algunas erupciones. El exceso de calor del vapor de agua estratosférico podría proporcionar una explicación.

Aunque Marte y Venus pueden haber tenido océanos de agua en el pasado lejano, actualmente ambos están muy secos. Los científicos están investigando cómo estos mundos perdieron la mayor parte de su agua y se volvieron inhóspitos para la vida. Si la oleada de vapor de agua en la atmósfera superior predicha por la simulación es realista, el vulcanismo de inundación extenso podría haber contribuido a su destino árido. Cuando el vapor de agua se eleva en la atmósfera, se vuelve susceptible de ser descompuesto por la luz solar, y los átomos de hidrógeno livianos de las moléculas de agua pueden escapar al espacio (el agua son dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno). Si se mantiene durante largos períodos, esto podría agotar los océanos.

Referencia

Volcanic Climate Warming Through Radiative and Dynamical Feedbacks of SO2 Emissions. Scott D. Guzewich,Luke D. Oman,Jacob A. Richardson,Patrick L. Whelley,Sandra T. Bastelberger,Kelsey E. Young,Jacob E. Bleacher,Thomas J. Fauchez,Ravi K. Kopparapu. Geophysical Research Letters, 01 February 2022 https://doi.org/10.1029/2021GL096612
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021GL096612