3. Вулканическая зима

Поскольку Тоба – вулкан, лежащий на низких широтах, то пепел и испарения были бы вброшены в оба Северное и Южное полушария (Rampino et al., 1988), хотя время года, когда произошло извержение, неизвестно. Оценки оптических эффектов аэрозолей приблизительно эквивалентны оценкам оптической прозрачности облаков дыма (Turco et al., 1990), (которые находятся в пределах оценок, используемых в сценариях ядерной зимы: значительных выбросов пепла из горящих городских и индустриальных районов после ядерной войны.)

Хотя климатические условия и продолжительность ядерной зимы были предметом обширных дебатов, симуляции, проведённые Turco и др. (1990) предсказывают, что наземные температуры на the 30°-70°N широтах упадут на 5-15 градусов ниже нормы, причём на средних широтах в первые месяцы будут температуры ниже нуля. Охлаждение поверхности океана на 2-6° С может продлиться несколько лет, и присутствие сажи в атмосфере в течение 1-3 лет может привести к более длительному (десятилетнему) охлаждению, в первую очередь за счёт климатических обратных связей, включающих увеличение снежного покрытия и площадей льда, изменения альбедо земной поверхности и изменения температуры поверхности океана (Rampino and Ambrose, 2000).

Извержение значительных количеств вулканической пыли в стратосферу благодаря суперизвержению масштабов Тобы может привести к подобному немедленному охлаждению поверхности, приведя к «вулканической зиме» (Rampino and Self, 1992; Rampino et al., 1988).

Вулканическая пыль, по-видимому, имеет меньшее время жизни в атмосфере (3-6 месяцев), чем сажа (Turco et al., 1990), и распространяется из точечного источника, но вулканическая пыль выбрасывается гораздо выше в стратосферу, и в силу этого пепел Тобы мог иметь всемирное воздействие, несмотря на короткое время жизни. Свидетельством широкого распространения пепла Тобы являются озёрные отложения в Индии, где переработанный пепел Тобы сформировал отложения толщиной до 3 м, и широко распространённые отложения пепла в Индийском океане и Южно-Китайском море. (Acharya and Basu, 1993; Huang et al., 2001; Shane et al., 1995).

Свидетельством быстрого и жёсткого охлаждения в силу прямых эффектов облаков вулканического пепла являются наблюдения последствий извержения Тамборы в 1815 году. Мадрас в Индии пережил резкое падение температуры в течение последней недели апреля 1815, в то время, когда относительно прохладный воздух и аэрозольное облако с Тамборы (10-11 апреля) могло быть над ним. Утренние температуры упали с 11°C в понедельник до -3°C в пятницу (Stothers, 1984a). Подобный, но более слабый эффект, имел место, когда облако пыли от извержения горы Святой Елены в 1980 году прошло над подветренными областями (Robock and Mass, 1982).

Выброс в стратосферу летучих соединений серы (>10¹⁵g), и время, необходимое для формирования и распространения вулканической H2SO4 может привести к продолжительному периоду увеличенной атмосферной непрозрачности и охлаждению поверхности. Ледяные керны свидетельствуют о том, что в стратосфере находилось от 10¹⁴ до 10¹⁵ гр. серной кислоты в течение шести лет после извержения (Zielinski et al., 1996a).

Это согласуется с вычислениями Pope и др. (1994), предсказывающими время окисления (время, необходимое для превращения данного количества серы в аэрозоли серной кислоты) от 4 до 17 лет, и время диффузии (время, необходимое для удаления неокисленного SO2 благодаря диффузии в тропосферу) от 4 до 7 лет для масс серы между 10¹⁵ и 10¹⁶ гр. Для атмосферных выбросов таких масштабов время диффузии является эффективным временем жизни облака, поскольку резервуар SO2 исчерпывается до того, как окисление завершится.

Если связь между охлаждением Северного полушария и количеством аэрозолей от больших извержений является приблизительно линейной, то тогда масштабирование на основании данных об извержении 1815 года Тамборы даст примерно 3.5°C градусов охлаждения для всего полушария после Тобы (Rampino and Self, 1993a). Подобным же образом эмпирическая зависимость между высвобождением SO2 и климатической реакцией (Palais and Sigurdsson, 1989) предполагает, что снижение температуры по всем полушарию составляло примерно 4 ± 1°C. Эруптивные облака от исторически известных извержений были слишком короткоживущими, чтобы понизить тропосферные температуры до нового устойчивого уровня (Pollack et al., 1993), однако, по-видимому, долгоживущие аэрозоли Тобы могли привести к тому, что изменения температуры тропосферы стали в значительной степени долговременными. Huang et al. (2001) смогли обнаружить взаимосвязь пепла Тобы и снижения температуры поверхности Южно-Китайского моря на 1°C, которое продолжалось 1000 лет.

Если взглянуть на несколько меньшее недавнее сверхизвержение, имевшее место в Кампании в Италии 37 000 лет назад (150 куб.км магмы извергнуто), то видно, что оно совпало с Поздне-Плейстоценовыми био-культурными изменениями, которые имели место как в, так и за пределами Средиземноморского региона. Это включает в себя как переход от культур Среднего к Верхнему палеолиту и замену неандертальцев «современными» Homo sapiens (Fedele et al., 2002).