在氣候變遷的情況下，監測火山爆發與大氣的相互作用變得越來越重要
去年聖誕節前後，西班牙拉帕瑪島上的別哈火山停止噴發熔岩，在噴發超過 85 天後給當地人帶來了一些安慰。10億歐元的損失。但在 2021 年，別哈山並不是唯一一座因大規模噴發而成為頭條新聞的火山。在世界各地，從堪察加半島到留尼汪島和瓜地馬拉，從冰島到西西里島，多座火山爆發了大規模噴發，影響生命和經濟的極端事件又增加了一個。
當極端事件發生時，無論是野火、颱風或洪水，它們越來越多地引發關於氣候變遷在使自然災害更加頻繁和/或更嚴重方面所扮演的角色的討論。但火山爆發也是如此嗎？我們可以將火山行為與氣候變遷連結起來嗎？如果是這樣，為什麼這很重要？
氣候聯繫
火山確實透過噴發時向大氣中註入的物質與氣候相互作用。火山爆發會產生大量氣體、顆粒（稱為氣溶膠）、火山灰和金屬，暫時改變局部、區域甚至全球的氣候。
「過去的大型火山爆發直接改變了全球氣候，並加強了其他過程，」查爾姆斯理工學院空間、地球和環境系研究員聖地亞哥·阿雷利亞諾博士說。阿雷拉諾博士解釋說，火山爆發對氣候的影響取決於噴發物質的位置、海拔、數量和成分。例如，熱帶火山爆發將比高緯度地區的火山爆發產生更大的影響，因為來自熱帶的空氣傳播範圍更廣，並且可以將火山排放物帶到全球各地。此外，更強烈的噴發會產生更持久的影響，因為它們會將粒子送入平流層，並在那裡停留更長時間。在菲律賓，例如1991年皮納圖博火山的噴發將大量顆粒和氣體噴射到20多公里高的大氣層中，然後繞地球運行約三週。
儘管熱氣騰騰的熔岩和氣體的爆炸似乎會使大氣變暖，但科學表明事實恰恰相反。雖然火山爆發確實會釋放出全球暖化的二氧化碳——儘管地球上所有的火山一起噴發會產生的碳減少 100 倍與人類活動相比，它們對氣候的影響主要是降溫。 「大型火山爆發對我們氣候的影響[……]是由於顆粒物的排放，主要是細灰和硫酸鹽，它們對散射太陽輻射非常有效，」阿雷拉諾博士說。 「這些硫酸鹽氣溶膠顆粒非常微小且有光澤，可以將部分入射陽光反射回太空，從而在地球表面產生暫時的冷卻效果，」慕尼黑慕尼黑大學氣候模擬教授安雅·施密特博士說。施密特博士說：“從全球範圍來看，對於皮納圖博火山噴發等較大規模的噴發，地表冷卻效應高達約 0.5°C，並且持續數年。”
最近發生的事件的影響仍有待觀察。 「我們仍然需要看看 2022 年的火山爆發是否會發生東加[...]將對氣候產生顯著影響，」阿雷拉諾博士說。
火山爆發和氣候變遷
最近，研究人員正在透過觀察地面和空中的變化來探索氣候變遷如何影響火山爆發。
一些研究指出，大氣環流模式的變化可能會改變火山羽流的冷卻效果。研究劍橋大學和英國氣象局的研究表明，氣候暖化對大型和小型火山爆發的影響會有所不同。 「像皮納圖博火山這樣的大型火山爆發通常每個世紀發生一到兩次，氣候變遷將導致火山羽上升得更高，氣溶膠在全球範圍內傳播得更快，與目前的氣候相比，冷卻效果會增強約15% ”，施密特博士說。
「但對於規模較小的火山爆發，例如2011 年厄立特里亞的納布羅火山噴發，通常每年都會發生一次，在高端變暖情景下，地表冷卻效果將減少約75%」（在多個變暖程度下）。施密特解釋說，隨著對流層頂（低層大氣和平流層之間的層）預計會增加，這意味著火山羽流將需要更多時間才能到達平流層。因此，火山爆發產生的氣溶膠在空氣中含量較低，影響有限，因為它們會很快被降水沖走。
科學家也正在研究氣候變遷如何影響火山爆發的頻率。 “這裡有一個有趣的聯繫，”阿雷拉諾博士說，“因為全球變暖導致冰川融化，其中許多冰川覆蓋了活火山的側面。”阿雷拉諾博士表示，大規模融化將降低地球表面的壓力，改變地殼的過程，導致熱岩漿與含水層接觸等。 「這可能反過來引發火山活動，因為整個系統是相互關聯的，」阿雷拉諾博士說。然而，施密特博士表示，還需要進行更多研究，因為從 1850 年至今，沒有證據表明火山爆發隨著冰川融化而變得更加頻繁。
牛津大學地球科學教授塔姆辛‧馬瑟博士說，如果高海拔火山的冰蓋正在融化，它們也可能受到氣候變遷的影響。 「如果冰蓋維持火山結構，它們的消失可能會導致不穩定，以及火山滑坡等事件。”
監測火山排放
雖然氣候變遷對火山的影響仍然難以衡量，但監測火山爆發的排放對於空氣品質、公共衛生和航空等產業至關重要。哥白尼大氣監測服務（CAMS）定期追蹤火山爆發產生的二氧化硫的傳輸和行為。就 Cumbre Vieja 火山而言，CAMS 監測到穿越北非、歐洲和大西洋的二氧化硫羽流，一直到加勒比海地區，硫酸鹽氣溶膠導致空氣品質狀況不佳。 CAMS 也監測了西西里島埃特納火山、聖文森島拉蘇弗里耶爾火山、剛果民主共和國尼拉貢戈火山和千島群島萊科克火山最近噴發造成的排放。
「有幾種方法可以監測火山爆發的熔岩、氣體、灰燼或氣溶膠的排放，但準確性取決於排放的性質和類型，」阿雷拉諾博士說，他一直與CAMS 合作，提供有關火山爆發的資訊。地面、空中和太空遙感可以量化氣態二氧化硫，衛星可以繪製火山灰地圖，而地面測繪和熱輻射則用於追蹤熔岩。 「大多數用於監測火山排放的技術並不是為此目的而設計的，」阿雷拉諾博士說。 “它們是具有其他目標的任務的副產品，例如全球監測臭氧層。”該數據被廣泛使用。 「火山學家希望追蹤氣體、熔岩或灰燼的排放速度和強度，以確定火山的物理狀態並預測其活動。氣象學家可能有興趣追蹤火山羽流，以了解環流模式以及火山與大氣的相互作用，」阿雷拉諾博士說。 「氣候科學家想知道某些物種的排放地點、高度和數量，以量化氣候強迫。航空運輸當局有興趣觀察火山灰羽流的位置，以提醒飛行員並避免事故。
儘管 CAMS 本身並未監測火山爆發，但它透過近乎即時的衛星觀測提供有關大氣中二氧化硫含量的信息，並將該數據與其全球預測相結合，以預測五天內空氣的成分和品質。
施密特博士表示，了解火山和氣候如何相互影響仍然具有挑戰性。 “雖然一些反饋循環現在變得越來越明顯，但氣候系統很複雜，掌握所有潛在的反饋循環對於我們做出考慮火山爆發的準確氣候預測至關重要。”
