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Vulcanologia

Le Eruzioni vulcaniche alterano per più di 20 anni la Circolazione Oceanica del Nord Atlantico

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Dimostra come la variabilità del clima nella regione sia un fenomeno periodico con cicli, o oscillazioni.

9 Eruzioni e Circolazione Oceanica Le particelle emesse durante le grandi eruzioni vulcaniche raffreddano l'atmosfera a causa di un effetto "ombrellone" che riflette la luce del sole. L'impatto diretto di queste particelle in atmosfera è piuttosto breve, della durata di due o tre anni.

Tuttavia, esse alterano per più di 20 anni la circolazione oceanica del Nord Atlantico, che collega la superficie e le correnti profonde e influenza il clima in Europa. Questa è la conclusione di uno studio condotto da ricercatori del CNRS, IRD, CEA e Météo-France che ha unito, per la prima volta, simulazioni climatiche, i recenti dati oceanografici, e le informazioni da dati climatici naturali. I loro risultati sono stati pubblicati in Nature Communications il 30 marzo 2015.

9 Eruzioni e Circolazione Oceanica

L'Oceano Atlantico è sede di variazioni di temperature di superficie che durano per diversi decenni, che interessano il clima in Europa. Questa lenta variabilità è causata da cambiamenti nella circolazione oceanica, che collega la superficie alle correnti profonde, e trasporta il calore dai tropici ai mari di Norvegia e Groenlandia. Tuttavia, la ragione di questa variabilità è ancora poco conosciuta.

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Figura 2: Schema che sintetizza i principali processi in gioco nella risposta del Nord Atlantico alle eruzioni vulcaniche:i gruppi blu raffigurano processi oceanici e quelli rossi rappresentano i proxy qui considerati. Le frecce viola rappresentano i nessi di causalità con il tempo associato al ritardo in anni. Le frecce tratteggiate rappresentano solo un legame temporale, senza alcuna interazione diretta. La freccia verde rappresenta il feedback negativo ritardato che attiva la fase di inversione del ciclo di 20 anni.

Al fine di chiarire i meccanismi, i ricercatori hanno prima usato le informazioni dalle ricostruzioni climatiche naturali che coprono l'ultimo millennio. Studiando la composizione chimica dell'acqua da carote di ghiaccio in Groenlandia, sono stati in grado di stimare le variazioni di temperatura del passato. I dati evidenziano la stretta connessione tra la temperatura superficiale dell'Oceano Atlantico e le temperature dell'aria sopra la Groenlandia, dimostrando che la variabilità del clima nella regione è un fenomeno periodico di cui alcuni cicli, o oscillazioni, della durata di circa 20 anni.

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Figura 3 a sinistra (espandibile): Osservazioni e cambiamenti nella simulazione della salinità:(A) posizione delle due regioni chiave (Mare del Labrador e gyre subpolare) studiate qui. (B) dati in sito della salinità del mare del Labrador sulla regione in ciano fino a 300 metri, compilato dall'Istituto Bedford (vedi, ad esempio, metodi, linea rossa, con la linea verticale che rappresenta gli errori 2-SD) e da EN3 (verde) dal set di dati osservativi.(C) salinità superficiale del mare dai dati del sito (in blu) del gyre subpolare orientale (regione magenta). In b e c, l'ensemble di 5 membri significa uscite delle simulazioni storiche IPSL-CM5A-LR (nero, valore medio, grigio sfumato,banda sd). Le linee orizzontali nere nella parte superiore B e C delimitano il ventesimo anno, le finestre per cui viene rilevata una correlazione significativa (al livello di confidenza del 95%) tra le simulazioni e le osservazioni (utilizzando i dati del Bedford Institute solo in b. In Figura 4 a destra (espandibile): la variabilità Bidecadale nei dati delle carote di ghiaccio della Groenlandia:(A) serie componenti principali (con 5 anni medie di esecuzione);(b)il primo EOF dei dati δ18O, da sei annualmente risolti nelle carote di ghiaccio della Groenlandia, calcolato nel periodo 1000-1973. Analisi(c) Wavelet della serie temporale mostrata senza alcun filtraggio. Le regioni significative al livello del 95% sono contrassegnate con contorni in grassetto.(D)lo spettro di potenza della serie storica in nero a fronte di un segnale AR1 mostrato in rosso. In a e c, le barre rosse verticali rappresentano l'inizio delle cinque eruzioni selezionate nel corso dell'ultimo millennio.

 Utilizzando simulazioni numeriche da più di venti diversi modelli climatici, i ricercatori hanno anche dimostrato che le grandi eruzioni vulcaniche, come quella del monte Agung, Indonesia, nel 1963, o Pinatubo nelle Filippine nel 1991, potrebbero alterare significativamente la circolazione oceanica nell'Atlantico settentrionale. Questo perché le grandi quantità di particelle emesse da queste eruzioni nell'atmosfera superiore riflettono parte della radiazione solare, come un ombrellone, causando il raffreddamento climatico sulla superficie terrestre. Il raffreddamento, che dura solo due o tre anni, poi innesca una riorganizzazione della circolazione oceanica nel Nord Atlantico.

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Figura 5: Regressione della componente principale di δ18O del nucleo di ghiaccio della groenlandia, con i set di dati di temperatura della superficie del mare:(A) per il periodo 1870-1974 con i dati provenienti dalle SST HadISST e (b) per il periodo 1000-1850, con temperatura di superficie nella ricostruzione in reticolato. Le zone non significative per la regressione al livello del 95% sono contrassegnate da una croce nera.

Circa quindici anni dopo l'inizio dell'eruzione, la circolazione accelera. E poi rallenta dopo 25 anni, prima di accelerare di nuovo 35 anni dopo il fenomeno. Le eruzioni vulcaniche sembrano quindi agire sulla circolazione oceanica nell'Atlantico settentrionale piuttosto come un pacemaker, che causa la variabilità nel corso di un periodo di venti anni.

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Figura 6 a sinistra(espandibile): Risposta a cinque eruzioni dell'Agung simili dello scorso millennio, in ricostruzioni e simulazioni IPSL-CM5-LR:Serie temporali del composito costituito dall'insieme dei cinque membri per cinque eruzioni simili dell'Agung(nel 1118, 1352, 1460, 1511, 1695) nel corso dell'ultimo millennio individuate attraverso la stessa ricostruzione della forzatura vulcanica utilizzata nella simulazione del millennio scorso:(a) AMOC massima simulata a 48 ° N,(b)incrementi di crescita del bivalve Arctica islandica,(c) simulazioni delle SST del Nord Atlantico tra i 25 ei 55 ° N,(d) prima componente principale di sei annuali ricostruzioni di δ18O dalle carote di ghiaccio in Groenlandia. La correlazione complessa tra le 5 serie temporali individuali, seguendo le rispettive eruzioni, viene mostrata per ogni indice in alto a destra di ogni pannello. Una media di funzionamento di 5 anni è stata applicata a tutte le serie temporali. I dati sono stati standardizzati ed espressi in unità normalizzate. La media della risposta seguenti alle cinque eruzioni viene mostrata con linee, e la bande della risposta vengono visualizzate tramite l'ombreggiatura attorno a queste linee.Figura 7 (espandibile): AMOC recente e cambiamento proiettato:(A) simulate anomalie dell'AMOC a 48 ° N nella simulazione storica IPSL-CM5A-LR (nero), e nelle prove di sensibilità effettuate senza tener conto dell'eruzione del Pinatubo (verde).I risultati del modello concettuale corrispondente (SI) sono mostrati in linee tratteggiate. (B) Le stime dell'AMOC a 45 ° N (1979-1988) sulla base dei dati idrologici (curva rosa)e la media d'insieme della massima AMOC a 45 ° N da 12 reanalisi oceaniche (rosso). Questo insieme è stato mediamente riscalato per un fattore √12, per correggere la perdita della varianza media causata da diversi modelli oceanici con differenti assimilazione di dati. La media complessiva di cinque membri di simulazioni IPSL-CM5A-LR contro le anomalie osservate delle SST è mostrata in blu. La curva blu tratteggiata è il modello concettuale associato compreso della variazione NAO. Una media di funzionamento di 5 anni è stato applicata a tutte le serie temporali.

Gli scienziati hanno confermato questi risultati confrontandoli con le osservazioni di salinità degli oceani, un fattore chiave per l'affondamento dell'acqua e quindi per la circolazione oceanica. le simulazioni numeriche e i dati oceanografici moderni hanno rilevato variazioni simili nei primi anni 1970 e 1990, legate all'eruzione del vulcano Agung. Utilizzando i dati di accelerazione da carote di ghiaccio della Groenlandia, e le osservazioni effettuate sui molluschi bivalvi raccolti a nord dell'Islanda e risalenti a più di 500 anni, così come una simulazione del clima nel corso degli ultimi mille anni, i ricercatori hanno identificato sistematicamente cambiamenti nella circolazione oceanica quindici anni dopo cinque eruzioni vulcaniche, che hanno avuto luogo diverse centinaia di anni fa.

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Figura 8: simulazione dei cambiamenti AMOC e forzatura radiativa esterna: (A) Variazione della massima AMOC a 48 ° N per il periodo 1960-2005 per l'ensemble di cinque simulazioni storiche effettuate con il modello IPSL-CM5A-LR (nero); per l'ensemble Bi-Dic escludendo la simulazione IPSL-CM5A-LR (sottoinsieme di otto modelli CMIP5, che presentano anche la variabilità negli anni 10-30 nella banda spettrale, in rosso; la media d'insieme delle altre 10 simulazioni storiche CMIP5 (in blu). La deviazione standard (sd) dei due ensemble CMIP5 è mostrata con le bande rosse e blu. Tutti gli indici AMOC sono stati normalizzati con la sd della serie storica Detrendata nel periodo 1850-2005. (B) Forzatura radiativa esterna (in W m -2) calcolata nella simulazione storica IPSL-CM5A-LR. La curva nera è la naturale forzatura, comprese eruzioni solari e vulcaniche, e la curva rossa rappresenta il forcing antropogenico compresi i cambiamenti di gas serra e gli effetti degli aerosol di origine antropica. Una media di funzionamento di 5 anni è stata applicata a tutte le serie temporali.

Infine, i ricercatori hanno rivelato l'interferenza prodotta dalle ultime tre eruzioni principali, Agung nel 1963, El Chichón in Messico nel 1982, e Pinatubo nel 1991, spiegando per la prima volta la recente variabilità delle correnti nell'oceano Atlantico settentrionale. Essi concludono che una grande eruzione nel prossimo futuro potrebbe avere un impatto sulle correnti del Nord Atlantico,e quindi sulla nostra capacità di prevedere la variabilità del clima in Europa per diversi decenni. Ora sperano di consolidare questi risultati con la raccolta di dati provenienti da altre fonti, in particolare dalla paleoclimatologia.

Paolo Lui mpi end

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