火山冬天

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火山冬天是一個關於全球氣候變化的理論,該理論認為火山爆發後產生大量的火山灰硫酸、水等物質到大氣層中,提升地球太陽反照率,將太陽輻射大幅反照回地球外,導致全球氣溫下降。若要引起長期冷卻效應,主要取決於大量的化合物注入平流層,這些化合物經歷一系列反應後會產生硫酸,經過成核作用後形成氣溶膠[1]這些氣溶膠在平流層透過反射阻擋太陽輻射,還會吸收地表輻射來增溫平流層,使得地球表面溫度下降。[2]近期顯示1991年皮納土波火山以及其他火山爆發生成的氣溶膠,已被證明有助於減緩人為造成的臭氧層破洞現象[3],不過產生的硫酸鹽同時也會減緩臭氧層修復。[4]大氣升溫或降溫的變化,會引發對流層和平流層的循環現象。[1]

歷史事件[编辑]

皮納土波火山於1991年代最初噴發的情況。

近期火山噴發對冬季氣候影響規模不大,但在歷史上曾引起重要的大事紀。至目前為止,歷史上發生的大規模人口減少事件都與火山冬天多有所關聯。(參見多峇巨災理論)若估計全球火山在大規模噴發後產生的物質數量,平均每1百萬年產生至少1015公斤物質。(多巴湖在大規模噴發時估計產生6.9 × 1015公斤的物質)[5]以下列出人類史上有紀錄及估計的火山冬天,發生時間由更新世到現代。

  • 近期最明顯的例子為1991年位於菲律賓的皮納土波火山爆發,此次噴發造成全球氣溫下降至少2至3年。[6]
  • 1883年,印尼的喀拉喀托火山爆發,造成全球進入4年的火山冬天。噴發後的4年全球異常寒冷,甚至在1887年至1888年冬季發生強烈的暴風雪[7],同時全球多處地方都有降雪紀錄。[8]
  • 1815年,位在印尼松巴哇島上的坦博拉火山爆發,造成1816年全球氣候異常,包括紐約州在夏季中期發生霜凍,新英格蘭、紐芬蘭和拉布拉多則在6月降雪,這些現象使1816年成為“無夏之年”。[9]
  • 1257年,撒瑪拉斯火山發生大規模噴發事件,對全球氣候造成災難性衝擊。[17]
  • 位於印尼蘇門答臘多巴湖曾在71,000至73,000年前發生大規模爆發,接下來的6年裡,大量的火山沉積在全世界,可能造成東南亞嚴重地去森林化,以及全球氣溫平均下降1°C。[19]一部分科學家推測,此次噴發加速大陸冰川作用,並立刻使全球進入長達1萬年的冰河期氣候,造成大量的人口與動物滅亡。另一部分的科學家則認為此次火山噴發隊氣候的影響很微弱,並非對早期人類的數量造成嚴重影響。[19]然而,有考古學家在2013年於馬拉維湖的沉積物裡發現玻璃火山灰微觀層,並確認這些灰燼是75,000前多巴湖大規模噴發產生的,在靠近火山灰層的區域沒有發現化石,因而預估此次噴發並未造成嚴重的火山冬天。這一結果導致考古學家推測在人類已知史上最大的火山噴發對東非氣候無顯著改變。[20][21]

對生物影響[编辑]

陸地衛星計畫中拍攝的超級火山多巴湖

歷史上的全球人口瓶頸以及物種數量急遽減少,隨後可發現倖存的物種有一段大規模基因差異(遺傳分歧英语Genetic divergence),研究顯示多與火山冬天有關連。這種事件可能會使人口減少到足以產生變化的水平,這種變化在小群體中發生得更快,從而加速人種差異化。[22]根據多巴湖引發的瓶頸效應顯示,當時噴發造成至少15,000到40,000人死亡,許多物種也因基因庫縮小而產生巨大效應。[22]

參見[编辑]

參考來源[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 Robock, Alan. Volcanic eruptions and climate. Reviews of geophysics. 2000, 38 (2): 191–219. doi:10.1029/1998RG000054. 
  2. ^ Santer, Benjamin D; 等. Volcanic contribution to decadal changes in tropospheric temperature. Nature Geoscience. 2014, 7: 185–189. doi:10.1038/ngeo2098. 
  3. ^ Solomon, Susan; 等. Emergence of healing in the Antarctic ozone layer. Science. 2016,. 353.6296 (2016): 269–274. doi:10.1126/science.aae0061. 
  4. ^ 洪逸文; 陳正達. 火山噴發對大氣的影響. 科學Online. 中華民國科技部高瞻自然科學教學資源平台. 2011-04-11 [2013-07-20]. 
  5. ^ Mason B.G.; Pyle D.M.; Oppenheimer C. The size and frequency of the largest explosive eruptions on Earth. 火山學會刊英语Bulletin of Volcanology. 2004, 66 (8): 735–48. Bibcode:2004BVol...66..735M. doi:10.1007/s00445-004-0355-9. 
  6. ^ Brohan, P., J.J. Kennedy, I. Haris, S.F.B. Tett and P.D. Jones. Uncertainty estimates in regional and global observed temperature changes: a new dataset from 1850. J. Geophysical Research. 2006, 111: D12106. Bibcode:2006JGRD..11112106B. doi:10.1029/2005JD006548. 
  7. ^ University of Minnesota. With a Bang: Not a Whimper (PDF). (原始内容 (PDF)存档于2010-06-22). 
  8. ^ Gleiser, Marcelo. The Simple Beauty of the Unexpected: A Natural Philosopher's Quest for Trout and the Meaning of Everything. University Press of New England. 2016: 160. ISBN 9781611689402 (英语). 
  9. ^ Oppenheimer, Clive. Climatic, environmental and human consequences of the largest known historic eruption: Tambora volcano (Indonesia) 1815. Progress in Physical Geography. 2003, 27 (2): 230–259. doi:10.1191/0309133303pp379ra. 
  10. ^ NASA - James Hansen. Pinatubo Climate Investigation. NASA Goddard Institute for Space Studies. January 1997. 
  11. ^ Gunnar, Karlsson. Iceland's 1100 Years: The History of a Marginal Societ. C. Hurst & Co. Publishers. 2000: 181. ISBN 9781850654209. 
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  15. ^ Cantor, Norman L. In the wake of the plague: the Black Death and the world it made. New York: Free Press. 2001: 74. ISBN 0-684-85735-9. 
  16. ^ Nairn I.A.; Shane P.R.; Cole J.W.; Leonard G.J.; Self S.; Pearson N. Rhyolite magma processes of the ~AD 1315 Kaharoa eruption episode, Tarawera volcano, New Zealand. Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2004, 131 (3–4): 265–94. Bibcode:2004JVGR..131..265N. doi:10.1016/S0377-0273(03)00381-0. 
    Hodgson K.A.; Nairn I.A. The c. AD 1315 syn-eruption and AD 1904 post-eruption breakout floods from Lake Tarawera, Haroharo caldera, North Island, New Zealand. New Zealand Journal of Geology and Geophysics. September 2005, 48 (3): 491. doi:10.1080/00288306.2005.9515128. 
  17. ^ Reid, Anthony. Building Cities in a Subduction Zone: Some Indonesian Dangers. (编) Miller, Michelle Ann; Douglass, Mike. Disaster Governance in Urbanising Asia. Springer Singapore. 2016: 51 [1 October 2016]. ISBN 978-981-287-649-2. doi:10.1007/978-981-287-649-2_3. 
  18. ^ Dull, R., J.R. Southon, S. Kutterolf, A. Freundt, D. Wahl, P. Sheets; Southon; Kutterolf; Freundt; Wahl; Sheets. Did the TBJ Ilopango eruption cause the AD 536 event?. AGU Fall Meeting Abstracts. 13–17 December 2010, 13: 2370. Bibcode:2010AGUFM.V13C2370D. 
  19. ^ 19.0 19.1 Oppenheimer C. Limited global change due to the largest known Quaternary eruption, Toba ~~ 74 Kyr BP. Quaternary Science Reviews. 2003, 21 (14–15): 1593–609. Bibcode:2002QSRv...21.1593O. doi:10.1016/S0277-3791(01)00154-8. 
  20. ^ Doubt over 'volcanic winter' after Toba super-eruption. 2013. Phys.org. 2013-05-02 [2013-08-05]. 
  21. ^ Christine S. Lane; Ben T. Chorn; Thomas C. Johnson. Ash from the Toba supereruption in Lake Malawi shows no volcanic winter in East Africa at 75 ka (PDF). PNAS. 2013, 110: 8025–8029. doi:10.1073/pnas.1301474110. 
  22. ^ 22.0 22.1 Burroughs, William James; Climate Change in Prehistory: The End of the Reign of Chaos, Cambridge University Press, 2005, p. 139 ISBN 978-0521824095

延伸閱讀[编辑]