74000年前の超火山鳥羽はオゾン層の破壊によって熱帯の住民を傷つけました

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鳥羽破局噴火カルデラ

科学者たちは、約74、000年前のインドネシアの超火山鳥羽の噴火によって引き起こされた気候変動のモデルを洗練しました。二酸化硫黄の放出とその硫酸塩エアロゾルへの変換によって引き起こされるオゾン層の破壊の評価は、初期のサピエンスを含む熱帯帯に生息する個体群が、コールドスナップではなく極端な原因によって深刻な影響を受ける可能性があることを示しました紫外線放射。研究の結果は、ジャーナルCommunications Earth&Environmentの記事によって報告されています。

スマトラ島の北に位置する鳥羽火山は、スンダ弧の南端の下にあるインドオーストラリアプレートの沈み込みによって形成されたスンダ弧の一部です。沈下する海洋リソスフェアには、水和した堆積物が多く含まれており、約150 kmの深さで崩壊すると、大量の水が放出されます。同時に、スンダプレート(鳥羽地域ではその厚さは38キロメートルに達する)上のよく発達した大陸地殻の層は、表面へのマグマの放出を防ぎ、広大なマグマ溜りの形成につながります。その内容物は、揮発性(水)および酸性(大陸層の底の岩石の部分溶融に由来するシリカ)成分に富んでいるため、このマグマ溜りの空になることは、周期的な強力な爆発的噴火によって起こります。これらのポイントの1つで、鳥羽火山が形成されました。

今日、鳥羽は、1,775平方キロメートルの面積を持つ巨大な、部分的に湖で満たされたカルデラです。それは一連の噴火の結果として形成され、その最後の噴火は約74、000年前で、更新世で最大の火山イベントと考えられています。噴火物の量は少なくとも2、8000立方キロメートルで、そのうち800立方キロメートルが灰の形で落ちました。 Ash Tobaは、南アジア(インドでは、厚さが6メートルに達する)、南シナ海、アラビア海、インド洋の堆積物、さらには東アフリカでも発見されました。大気中に放出された二酸化硫黄SO2の量は、1991年のフィリピンのピナツボ火山の噴火の100倍であると考えられていました。

科学者たちは鳥羽の噴火に伴い、成層圏に投げ込まれた灰と二酸化硫黄粒子の遮蔽効果によって引き起こされる一般的な気温の低下である火山の冬の始まりを連想させます。ある仮説によれば、グリーンランドの氷床コアの同位体分析に基づくと、地球の気候への影響は非常に強かったため、最終氷期に別の冷却を引き起こしました。しかし、冷却の大きさの推定値は大きく異なります。多くの研究者は、噴火後3年目の気温は1度しか下がらなかったと考えており、他の科学者はその下がったのは3度から5度だったと認めています。摂氏8〜17度の極端な冷却は、地球の生物圏に深刻な影響を与えることさえ示唆されました。研究者によると、これらの結果の1つは、「ボトルネック効果」として知られる遺伝子プールの減少を引き起こしたホモサピエンスの個体数の重大な減少である可能性があります。

しかし、東アフリカのニャサ湖(マラウイ)の底質で鳥羽火山の微視的なテフラ層が発見された後、鳥羽が生物圏全体と人口に及ぼす影響の世界的な性質について疑問が生じました。特に。灰粒子の層の真上で、科学者は有機堆積物の組成または硫黄の量の変化を記録せず、噴火はアフリカの生態学的状況に実質的に影響を及ぼさなかったため、影響を及ぼさなかったという結論に達しました。人類の遺伝的歴史。

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大気柱のオゾン含有量の計算モデル(右側の目盛りはドブソンの単位です)。 a:炭酸ガス放出がない場合。 b:鳥羽火山の予想される爆発を考慮に入れる。 c:火山の噴火によって引き起こされた変化。白い破線は南極上のオゾン層の状態を示しています。右側のスケール-パーセント単位のオゾン異常

マインツのマックスプランク化学研究所のセルゲイオシポフが率いるドイツ、サウジアラビア、米国の研究者グループは、鳥羽の火山生成物が地球の成層圏のオゾン層の状態に及ぼす影響を確立するために着手しました。オゾンは、主に熱帯地方で、240ナノメートル未満の波長の太陽からの紫外線による二原子酸素の光分解の結果として形成され、200〜315ナノメートルの波長の光線によって吸収されると、主に極域で崩壊します。この運動は、ブリューワー・ドブソン子午線の冬の循環によって支配されています。成層圏の下層でのオゾン分子の形成と崩壊により、太陽紫外線の最も硬く生物学的に危険な部分が遮断されます。しかし、成層圏に散在する火山活動の産物である灰粒子、二酸化硫黄、それに由来するエアロゾルは、オゾンと酸素のサイクルを乱します。噴火中に放出されたハロゲンの影響は、研究では考慮されていません。

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大気カラム中の二酸化硫黄含有量の計算モデル(右側のスケール-ドブソン単位)

ゴダード宇宙科学研究所で開発された大気のModelE化学気候モデルと、二酸化硫黄の排出量の推定値に基づいています。これは、ピナトゥボの噴火時のこのガスの投入量より2桁多い科学者です。大気中のオゾンへの影響をモデル化しました。それは、SO2のどれだけが酸化され、放射線を散乱させる硫酸塩エアロゾルを形成したかに応じて、時間とともに変化します。火山プルームの成分の子午線分布は、それが形成された赤道地域から高緯度まで、ブリューワー・ドブソン循環に従って発生します。土地の分布の非対称性のために、この循環は北半球でより強く作用します、それでここで噴火の結果はより大きな程度に現れるはずです。

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鳥羽噴火後のエアロゾル光学的厚さの平均値の計算モデル。半球の非対称性の程度は、噴火の残りの未知の時期に依存します

二酸化硫黄は、オゾンと同様に紫外線を強く吸収し、両方のガスの吸収スペクトルは、190〜220ナノメートルの波長で範囲の同じ部分にピークを持ちます。したがって、オゾンの光分解をブロックします。一方、二酸化硫黄の酸化は、光学的厚さの高い微細に分散した硫酸エアロゾルのプルームに現れ、太陽放射の一部を宇宙に反射し、オゾンの再生を防ぎます。モデリングによると、オゾン層の破壊のピークレベル(平均で20%、赤道緯度では250から125ドブソン単位に倍増)は、鳥羽の噴火から6か月後に発生しました。しかし、紫外線から地球の表面を保護する火山プルームは、オゾン-酸素サイクルの崩壊の生物圏への悪影響を和らげました。これにより、プルームの存在の初期の熱帯におけるUVインデックスは上昇しませんでした。 12以上。

これは、成層圏の循環がプルームをより高い緯度にシフトしたときに、特に北半球で変化しました。噴火から9か月後、雲の中の二酸化硫黄の大部分がエアロゾルに変化し、日光の流れを遮断しました。これにより、氷河期の冷却によってすでに飲み込まれた中緯度の気温が低下しました。したがって、モデリングは、赤道域、ニャサ湖のコアに温度低下の痕跡がないことを説明しました-ここでは冷却はありませんでした。しかし、熱帯地方でのオゾンの欠如は、UVインデックスの28の値への短期的ではあるが極端なジャンプにつながるはずでした。深海湖の堆積物では、このイベントの痕跡は生き残っていなかったかもしれません。

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鳥羽火山プルームがオゾンの形成と破壊に与える影響。 a:オゾン含有量の垂直プロファイル。 b:火山プルーム内の酸素とオゾンの光分解速度の比率(影付きの領域-二酸化硫黄の最初の雲)

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火山イベントの強さに応じた熱帯地域の成層圏オゾン含有量(ピナツボ噴火の強さの倍数)

低緯度のオゾン層は約3年後に正常に戻りました。この間、初期のサピエンスを含む熱帯地域に生息する種は、強い紫外線の影響を受けざるを得ませんでした。発がんの増加、免疫系の抑制、および一般的なDNA損傷は、人口の大幅な減少につながるはずであり、食物の不足と相まって、眼疾患および皮膚の火傷は、生存をさらに複雑にするでしょう。研究の著者は、人類の進化のモデルを構築する際に、鳥羽の壊滅的な噴火などの要因の重要性を過小評価してはならないと確信しています。その結果をより詳細に明らかにするには、さらなる研究が必要です。

以前、科学者たちは、イエローストーン超火山の最後の噴火がどのように2つの鋭いコールドスナップを引き起こしたかについて話し、エアロゾルによる地球の陰影が地球温暖化に対して効果的でない理由を説明し、オゾン層の漸進的な回復を報告しました。

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