Un inverno vulcanico è un calo di temperatura causato da ceneri vulcaniche e goccioline di acido solforico , dovute a una forte eruzione vulcanica , presente nell'atmosfera e che riflette i raggi del sole . Si parla anche di forzante vulcanico , espressione costruita dall'inglese “ vulcan forcing ” .
Un'eruzione vulcanica può avere molti effetti sull'atmosfera e sul clima. Occorre qui distinguere gli effetti troposferici generalmente limitati geograficamente e temporalmente, degli effetti stratosferici che possono interessare il globo terrestre e durare mesi, solo questi ultimi effetti potendo provocare un "inverno vulcanico". I materiali, gas e polveri, espulsi in quota dalle eruzioni più potenti si distribuiscono abbastanza velocemente su un'ampia superficie, a causa delle correnti d'aria. Alcuni dei gas vulcanici poi reagiscono con l'aria e formano aerosol che interrompono la trasmissione della radiazione solare. Questo è particolarmente il caso dell'anidride solforosa che forma goccioline di acido solforico reagendo con l'acqua nell'atmosfera. L'opacità dell'alta atmosfera è aumentata: meno radiazione solare raggiunge il suolo. Nel caso delle eruzioni più importanti il clima può così essere raffreddato su vaste aree. Questo raffreddamento non è però l'unico effetto degli aerosol: se la temperatura scende a bassa quota, nella stratosfera, gli aerosol, al contrario, innescano un innalzamento della temperatura per effetto serra. Gli aerosol vulcanici hanno quindi un effetto dinamico sul clima e agiscono non solo raffreddando la bassa atmosfera ma anche disturbando le correnti nell'alta atmosfera. Questi effetti sono però limitati nel tempo perché gli aerosol cadono in pochi mesi. Le eruzioni più potenti possono, tuttavia, causare la presenza di aerosol da uno a tre anni. Un'eruzione vulcanica agisce quindi sul clima a seconda della violenza dell'eruzione, della composizione degli eiettati, ma anche della posizione del vulcano. Un vulcano situato nella zona equatoriale disperde i suoi aerosol più ampiamente e più rapidamente nell'atmosfera e quindi ha più facilmente un effetto complessivo sull'atmosfera. Infine, l'effetto dell'eruzione dipende anche dal periodo di eruzione nell'anno e dallo stato del sistema climatico al momento dell'eruzione (ad esempio la forza dell'ENSO ).
Per i presunti inverni vulcanici più importanti, come quello di Toba (vedi sotto ), abbiamo potuto vedere le cause del cosiddetto fenomeno del “collo di bottiglia” (cioè un calo improvviso delle popolazioni di specie immediatamente da un periodo di grande divergenza genetica tra i sopravvissuti). Secondo l'antropologo Stanley Ambrose , tali eventi diminuiscono l'importanza delle popolazioni a livelli sufficientemente bassi che i cambiamenti possono avvenire più rapidamente in piccole popolazioni di individui (per il fenomeno della deriva genetica ) e producono una rapida "differenziazione della popolazione".
Si potrebbe ipotizzare un importante fenomeno invernale vulcanico dopo la super-eruzione ( supervulcano ) del Lago Toba sull'isola di Sumatra , un'isola indonesiana situata all'equatore , circa 74.000 anni fa. È stato discusso l'impatto dell'eruzione, in particolare sul clima, con proposte che vanno dal basso all'alto impatto. Tra le possibili conseguenze si potrebbe anticipare una probabile deforestazione nel sud-est asiatico e un raffreddamento degli oceani da 3 a 3,5 °C . L' eruzione è stata presentata anche come l'accelerazione di una tendenza glaciale già avviata, causando un collasso delle popolazioni umane e animali . Questa possibilità, unita al fatto che la maggior parte delle differenziazioni umane si sono verificate nello stesso periodo, è stata vista come un probabile caso di “collo di bottiglia” di popolazione legato agli inverni vulcanici. Tuttavia, recenti studi paleoclimatici effettuati nei sedimenti del Lago Malawi invalidano questa teoria catastrofica e mostrano che il clima dell'Africa orientale non è stato influenzato in modo significativo e duraturo dall'eruzione. Allo stesso modo, l'evidenza delle carote di ghiaccio e le recenti simulazioni suggeriscono piuttosto l'assenza di un effetto a lungo termine sul clima: un raffreddamento superiore a un secolo dopo l'eruzione è impossibile e ipotizzare un raffreddamento di diversi decenni richiede di considerare l'intervento di feedback che sono scarsamente compreso e ipotetico. Tuttavia, la controversia è molto lontana dall'essere risolta, in particolare a causa delle difficoltà di datazione precisa del disastro e dei resti fossili o degli strumenti scoperti, anche se lo studio dei pollini mostra chiaramente un cambiamento nella flora, sinonimo di cambiamento climatico. e/ o occupazione umana.
36.000 anni fa, un intenso episodio esplosivo produsse tra 80 e 150 km 3 di materiale vulcanico di composizione trachitica (il "tufo grigio" campano, appunto un ignimbrite ). La caldera si è formata a seguito di questo evento, che potrebbe aver contribuito all'estinzione dei Neanderthal . Infatti, come evidenziato da numerosi depositi di cenere, questa esplosione ha fatto precipitare nell'inverno vulcanico tutta l'Europa orientale e l'Asia sudoccidentale, ovvero la maggior parte del loro habitat.
Gli effetti dei recenti inverni vulcanici sono più modesti ma comunque significativi. Tuttavia, essi sono difficili da quantificare per le antiche eruzioni e casi precedenti in XVIII ° secolo, sono ancora poco chiari.
L'identificazione di questi inverni vulcanici si basa sul confronto di fonti storiche, geologiche e paleoclimatiche. Questi ultimi sono costituiti soprattutto da carote di ghiaccio . Questi, prelevati dalle calotte polari (Groenlandia o Antartide) presentano una stratigrafia annuale che permette di tracciare eventi climatici e meteorologici. Vi si trovano i depositi di solfuro derivanti dalla ricaduta dei gas vulcanici . Questi gas possono essere identificati analizzando la resistenza elettrica del ghiaccio - che qui è più acido - o tramite analisi chimiche più precise. Per le eruzioni più antiche, solo il confronto di più carote consente di quantificare con sufficiente precisione l'entità dei depositi e quindi del disturbo climatico. Può poi essere ricercato in altri tipi di fonti, in particolare mediante analisi dendrocronologiche . L'analisi geologica del vulcano responsabile della perturbazione, quando è nota, può consentire di precisare la violenza della sua esplosione ( VEI ) e soprattutto di mettere in relazione la sua posizione geografica con la quantità di deposito di solfuri misurata ai poli. Le fonti storiche possono fornire molti elementi: indicazione di perturbazioni meteorologiche rilevate dai contemporanei (inverni rigidi, estati piovose, ecc.), indicazione di fenomeni tipici di tali eruzioni (tramonto particolarmente incandescente, fenomeno di nebbia secca), possono finalmente far luce sulle conseguenze indirette di questi sconvolgimenti, carestie, carestie, epidemie e successive tensioni sociali.
L'impatto climatico complessivo dell'eruzione di Santorini all'epoca minoica è stato discusso, nonché il suo impatto sulle società dell'età del bronzo . Mentre l'eruzione è stata spesso collegata a molti miti ( Atlantide , l' Esodo biblico ), è difficile trovare fonti univoche, soprattutto perché la datazione dell'eruzione è controversa. Secondo DM Pyle, le ipotesi avanzate dovrebbero essere messe in prospettiva e questo impatto non dovrebbe essere esagerato. Un notevole disturbo climatico è comunque registrato nei dati dendrocronologici per l'anno 1628 antecedente la nostra era, disturbo che potrebbe corrispondere all'eruzione. Sappiamo anche dal 2002 che l'eruzione è stata più potente di quanto pensassimo in precedenza. Le sue conseguenze sulle società antiche rimangono il dominio della speculazione.
Numerosi casi di forzatura vulcanica sono attestati in epoca romana. Da questo punto di vista, tuttavia, questo periodo mostra un'attività piuttosto bassa. Sulla base delle carote di ghiaccio, gli episodi sono stati collocati in particolare intorno al -53 , nel -44 , negli anni 150 e 160 nonché nel III secolo. La validità della cronologia di queste forzanti sviluppate dalle carote di ghiaccio è stata contestata dal dendrocronologo Mike Baillie per il quale le date attribuite agli eventi nelle carote dovrebbero essere cadute di qualche anno.
Etna a -44Una delle più antiche descrizioni di un inverno vulcanico si trova nelle Vite di Plutarco :
“C'era anche l'affievolirsi della luce del sole: tutto quell'anno, infatti, il suo disco rimase pallido; non aveva splendore quando si alzava e produceva solo un debole e languido calore, l'aria restava buia e pesante perché il calore che la attraversava era troppo debole, e i frutti semimaturi si guastavano e marcivano prima di giungere a termine, a causa della freschezza dell'atmosfera. "
- Plutarco, Vita di Cesare
Riporta le conseguenze di un'eruzione dell'Etna nel -44 . Le conseguenze atmosferiche dell'eruzione furono visibili anche in Cina. L'eruzione, attestata da carote di ghiaccio, fu contemporanea alla morte di Giulio Cesare . Come tale segnò, con il passaggio di una cometa, l'immaginario dei contemporanei. Poco si sa delle conseguenze climatiche di questa eruzione e dei loro effetti sulle società antiche.
Lago Taupo intorno al 200Secondo il geologo Wolfgang Vetters e l'archeologo Heinrich Zabehlicky, l'eruzione del vulcano neozelandese Taupo intorno al 200 causò una perturbazione climatica le cui conseguenze si fecero sentire sull'impero romano. L'eruzione di questo vulcano è spesso datata al 186 a causa di fenomeni celesti osservati a Roma e in Cina. Questa data è discussa e possiamo trovare anche 181 (+/- 2) o 232 (+/- 15) o 236 (+/- 4).
Le perturbazioni climatiche attestate per l'anno 535 e per gli anni successivi, su diverse aree del pianeta sono state attribuite, ma senza consenso, ad un'eruzione vulcanica, a volte associata a Krakatoa , a volte a Rabaul ea volte a Ilopango . Possibili tracce dell'eruzione sono state trovate in carote di ghiaccio prelevate in Groenlandia, ma si difende anche l'ipotesi dell'impatto di un asteroide. L'entità e le esatte conseguenze di questo evento climatico rimangono molto dibattute e solo la moltiplicazione degli studi sul campo potrà chiarire se non appianare il dibattito.
Se, secondo Giovanni Grattan, le difficoltà climatiche di questo periodo non devono essere collegati a disturbi di origine vulcanica e, al contrario, sono un esempio di normale variabilità del clima in quel momento, Michael McCormick e Paul Dutton hanno proposto di individuare alcuni caso di origine vulcanica forzatura nel periodo: nel 763 - 764 , tra l' 821 e l' 824 , nell'855 - 856 e nell'859 - 860 , nell'873 - 874 , nel 913 .
La grande eruzione del basalto Eldgja del X ° secolo, probabilmente ha avuto conseguenze climatiche simili a quelle Lakagigar nel 1783 . I disordini climatici sembrano aver portato a carestie ed epidemie in Europa. Secondo Michael McCormick e Paul Dutton l'eruzione deve essere datato al 939 e ha causato un duro inverno in Europa in 939 - 940 .
Le carote di ghiaccio prelevate in Groenlandia e in Antartide hanno mostrato un importante deposito di solfuri. Secondo Richard Stothers le conseguenze climatiche dell'eruzione di Samalas nel 1257 sono visibili nelle fonti medievali e potrebbero aver portato a carestie ed epidemie. Tuttavia, gli effetti di questa eruzione non sembrano così importanti come avrebbero dovuto: visto il segnale trovato nelle carote di ghiaccio, l'eruzione sembra la più importante degli ultimi 7000 anni e, tuttavia, il raffreddamento non è stato molto più importante di quella provocata dal Pinatubo . Questo apparente paradosso potrebbe essere spiegato dalle dimensioni delle particelle che compongono gli aerosol presenti nell'atmosfera a seguito dell'eruzione. Uno studio che utilizza simulazioni climatiche spiega l'inizio della Piccola Era Glaciale intorno al 1275 con una successione, nell'arco di mezzo secolo, di quattro grandi forzanti vulcaniche e con l'instaurarsi di fenomeni di feedback positivo legati al ghiaccio marino e alle correnti marine. Il vulcano responsabile dell'eruzione del 1257 è stato identificato in Indonesia, si tratta del Samalas il cui crollo ha creato la Caldeira Segara Anak .
L'eruzione di Kuwae ( Vanuatu ) alla fine del 1452 o all'inizio del 1453 superò indubbiamente quella di Tambora per quantità di solfuri immessi nell'atmosfera. Le conseguenze climatiche dell'eruzione furono significative e delicate per diversi anni.
L'eruzione di Huaynaputina in Perù nel 1600 causò perturbazioni atmosferiche e climatiche che si fecero sentire in Europa e in Cina.
Un articolo scritto da Benjamin Franklin accusava la polvere vulcanica proveniente dall'Islanda di essere la causa di un'estate molto fresca nel 1783 negli Stati Uniti. In effetti, l'eruzione del Lakagígar aveva rilasciato nell'atmosfera enormi quantità di anidride solforosa. Ciò causò la morte della maggior parte del bestiame dell'isola e una terribile carestia , che uccise un quarto della popolazione.
Le temperature registrate nell'emisfero settentrionale sono scese di circa 1 °C nell'anno successivo a questa eruzione.
L'eruzione di questo vulcano ha causato mezza estate gelate in Stato di New York e giugno nevicata in New England , causando quello che sarebbe venuto per essere conosciuta come " anno senza estate". Negli Stati Uniti nel 1816 . Fu durante quell'estate che Mary Shelley scrisse Frankenstein, le cui immagini sono spesso associate alla storia dell'eruzione di Tambora.
Nello stretto della Sonda, vicino alla costa occidentale di Giava , si trova sull'isola di Krakatoa il Perbuatan chiamato per scorciatoia Krakatoa .
Il 27 agosto 1883, l' esplosione del Krakatoa (Krakatau) creò anche le condizioni per un inverno vulcanico. I successivi quattro anni furono insolitamente freddi e l' inverno del 1888 fu il primo con nevicate in questa regione. Nevicate record sono state registrate in tutto il mondo.
Più di recente, l'esplosione del 1991 del Monte Pinatubo , un altro stratovulcano , nelle Filippine , ha raffreddato le temperature globali per due o tre anni, arrestando la tendenza al riscaldamento globale osservata dal 1970 .
Ad eccezione del Lakagígar , la maggior parte dei suddetti vulcani (che siano in Indonesia o nelle Filippine ), appartengono all'immenso arco oceanico chiamato dai vulcanologi “ l' anello di fuoco del Pacifico ”.
Alcuni vulcanologi hanno quantificato la potenza di queste diverse eruzioni in megatoni . Così, sapendo che la bomba atomica di Hiroshima aveva una potenza stimata di 20 kt , la potenza stimata del dell'eruzione del Tambora , per sé pari a otto volte quella del Vesuvio , è stato più di un centinaio di volte superiore a quella delle bombe di ' Hiroshima e Nagasaki si sono riuniti. Inoltre, e per avere un'idea più colorita della potenza dell'esplosione, il suono dell'esplosione è stato udito a una distanza di oltre 1.400 km ; di bombe vulcaniche di oltre 20 cm di diametro sono state proiettate a 80 km di distanza su un'isola vicina, e la colonna di cenere che ne è risultata è salita a 35 km di altezza.