地球上几乎没有什么力量比一次大型火山爆发更强大了。威力最大时，火山会将数百万吨阻挡阳光的粒子“注入”大气层，使地球冷却近5年，危及农作物，导致“无夏年”。最近的一次是1991年菲律宾皮纳图博火山爆发，导致全球气温暂时下降0.5摄氏度。
然而，越来越明显的是，人类驱动的气候变化正在改变这些巨大的力量。现在，一项新研究表明，温室气体的增加将有助于大型火山喷发产生的羽流喷射得更高、传播得更快、反射更多阳光，导致更加突然和极端的降温。
在人类开始改变地球的进程之前，火山是最大的气候因素之一。从长期看，它们从地球内部释放出二氧化碳，导致气候变暖。但在短期内，它们的含硫气体经常与水发生反应，形成一种被称为硫酸盐的高反射粒子，从而引发全球降温。
反过来，气候对火山也有很大的影响。在这项新研究中，英国剑桥大学地球物理学家Thomas Aubry和同事将理想化的火山喷发与全球气候模型相结合，模拟了在历史条件下以及到2100年——地球预计会迅速变暖的情况下，中型和大型火山喷发出的羽流的反应。
研究人员发现了两个相互抵消的趋势。正常情况下，每年只有一两次中等规模的火山喷发穿过对流层到达平流层，当高反射粒子扩散到平流层时，它们会导致全球降温。但当对流层变暖时，它的高度就会膨胀，最终使平流层远离火山喷发的范围。
“这就好像世界各地的标准篮筐突然升高了几英寸，让得分变得更加困难。”未参与这项研究的美国罗格斯大学新布伦瑞克分校火山学家Benjamin Black说。
然而，随着皮纳图博这般规模的火山爆发，情况发生了变化。到2100年，地球温度将升高6摄氏度——这一增幅与政府间气候变化专门委员会（IPCC）最新报告中最坏预测相符，对流层的高度将增加1.5公里，但是超大规模的喷发仍能穿透平流层。研究人员近日在《自然—通讯》上报告称，与目前的气候相比，那时火山气体到达的地方更高，传播速度更快，降温效果放大了15%。
由于温室气体在地球表面吸收热量，平流层正在冷却，尤其是其上层。这使得空气在这层大气中更容易上下混合。根据该团队的模型，到2100年，这种混合将有助于火山羽流比以前高出约1.5公里。此外，气候变暖将加速平流层的主要风型，导致高反射的火山颗粒在聚合成更大粒子前，就在上层大气中更快地扩散到两极。而粒子越小，反射的光就越多。
未参与这项研究的美国国家大气研究中心大气化学家Michael Mills说，中等规模的喷发可能不再到达平流层这一事实是“有趣和重要”的。新模型中发现的许多趋势——平流层变冷、对流层上升和环流加速，已经在现实世界中出现。但Mill补充说，新模型模拟的粒子增长是否反映了现实世界中的情况，仍不确定。
Aubry说，事实上，这项研究提出的问题比它回答的问题更多。首先，它只研究了热带地区的火山喷发，而不是那些更接近于平流层的两极地区的火山喷发。而且，很难说是大型火山的降温作用增加还是小型火山的降温作用减弱，最终会对气候产生更大的影响。 “我的直觉是，大型火山喷发效应将占主导地位。”他补充说。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-021-24943-7
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