Erupce v souostroví Tonga zřejmě ovlivní klima celé planety, ne však obvyklým způsobem
V půlce ledna tohoto roku došlo na tichomořském souostroví Tonga k masivní erupci sopky Hunga Tonga-Hunga Ha'apai (dále jen jako Tonga). Sopka je situována zhruba 65 kilometrů severozápadně od hlavního města Tongy Nuku'alofa. Tato podmořská sopka se nachází na vulkanickém oblouku Tonga-Kermadec, který se zde nachází v důsledku subdukce Tichomořské desky pod Australskou desku. Při lednovém výbuchu sopky Tonga vystoupal oblak plynů a sopečného materiálu až do výšky 57 km, tedy až do mezosféry, a tlaková vlna několikrát přešla i přes Českou republiku. Jednalo se o nejsilnější sopečný výbuch zachycený satelity. Z hlediska indexu vulkanické explozivity se tato erupce řadí na pátý stupeň.
Obr. 1 Obří oblak popela a plynů z výbuchu sopky Hunga Tonga–Hunga Ha‘apai zachycený japonským satelitem Himawari-8, zdroj: himawari8.nict.go.jp
Obr. 2 Umístění sopky Hunga Tonga–Hunga Ha’apai v Tichém oceánu, zdroj: google.cz
Po silných sopečných erupcích především v oblasti tropů většinou následuje přechodné ochlazení klimatu na globální úrovni (viz článek Jak sopečné erupce ovlivňují klima Země). Například po erupci Filipínské sopky Pinatubo v roce 1991 klesla průměrná globální teplota následující rok přibližně o 0,5 °C. Při takto silných vulkanických erupcích je do stratosféry injektován oxid siřičitý, který se mění na kyselinu sírovou. Ta ve stratosféře rychle kondenzuje a vytváří jemné síranové aerosoly, které odráží přicházející záření od Slunce zpět do vesmíru, čímž se ochlazují spodní vrstvy atmosféry. Síranové aerosoly tímto způsobují v rámci silných sopečných erupcí nejvýznamnější klimatické dopady.
Obr. 3: Vliv význačných sopečných erupcí na globální průměrnou teplotu na Zemi - odchylka vůči průměrné teplotě za období 1870-1899, zdroj: meted.ucar.edu a Gary Strand, NCAR/DOE
Sopka Tonga vyvrhla do stratosféry enormní množství vody
Erupce Tongy byla ovšem specifická a odlišná od dříve pozorovaných. Podle studie (Millán a kol, 2022) publikované letos v červenci v časopisu Geophysical Research Letters injektovala sopka Tonga do stratosféry celkem 146 Tg (teragramů) vody, což by pro představu zaplnilo zhruba 60 tisíc olympijských plaveckých bazénů. Toto množství představuje asi 10 % veškeré vody, která se ve stratosféře nachází.
Silné sopečné erupce mohou do stratosféry dopravit kromě prachových částic také velké množství plynů. Tyto plyny tvoří z velké části vodní pára (H2O), dále pak oxid siřičitý (SO2), oxid uhličitý (CO2), kyselina chlorovodíková (HCl) a další stopové plyny. Ve většině případů je až 90 % vulkanicky emitované vlhkosti odstraněno v důsledku kondenzace v tropopauze. Složení sopečného oblaku Tongy bylo však velmi nevídané a neobvyklé, především díky abnormálnímu množství vodní páry, která pronikla až do stratosféry. Není se ovšem čemu divit, protože kaldera sopky se nachází 150 m pod hladinou moře. Zde se voda dostala do kontaktu se žhavým magmatem, což vedlo k explozi.
Srovnání s jinými událostmi
Z uvedené studie (viz obr. 4) je patrné, že erupce Tongy dopravila do stratosféry relativně malé množství HCl a SO2. Celková hmotnost SO2 injektovaného do stratosféry byla zhruba 0,41 Tg, což je ve srovnání s předchozími erupcemi, jako byly např. Kasatochi (2008), Sarychev (2009) nebo erupce Raikoke (2019), poměrně malé množství. Každá z těchto erupcí emitovala do stratosféry asi 1 Tg SO2. Zmiňme ještě například avizovanou sopku Pinatubo, která v roce 1991 emitovala do stratosféry 17 Tg SO2. Jediným neobvyklým aspektem oblaku SO2 u erupce Tongy je jeho dosažená výška. Dosažené hladiny, kam obvykle pronikne SO2, se pohybují maximálně do 46 hPa (zhruba 21 km). Při erupci Tongy byla injekce SO2 registrovaná v hladinách 14 hPa (zhruba 29 km), přičemž zvýšené hodnoty byly detekovány až v hladině 6,8 hPa (zhruba 35 km). Podobně injekce HCl byla u erupce Tongy nevýrazná, ale i zde bylo možno pozorovat neobvykle vysokou dosaženou hladinu.
Naproti tomu velikost injekce vodních par (H2O) do stratosféry při erupci Tongy je bezprecedentní. Zmiňme, že existují tři cesty, kterými se H2O přirozeně dostává do stratosféry. První možností jsou přestřelující vrcholky silných konvekčních bouří, dále se zde dostává z pyrocumulonimbů (pyroCb), které vznikají při rozsáhlých požárech, a do třetice to jsou právě sopečné erupce. Na Obr. 3 jsou vykresleny dva předchozí významnější transporty H2O do stratosféry, a to z pyrocumulonimbů ze severozápadního regionu Severní Ameriky (Pacific Northwest) (2017) a z Austrálie (2019/2020). Pouze však u australských pyrocumulonimbů lze odhadnout množství injektované H2O, které činí zhruba 19 Tg. Erupce sopek Kasatochi (2008) a Calbuco (2016) také do stratosféry injektovaly značné množství H2O, ale ani při jedné erupci se H2O nedostala nad hladinu 68 hPa (zhruba 18,6 km).
Erupce Tongy vpravila do stratosféry minimálně 146 Tg H2O, čímž nejen že překonala množství výše zmíněných události ostatních injekcí v záznamu MLS, ale také zastínila teoretický odhad 37,5 Tg H2O ze sopky Pinatubo (1991). Stratosférická injekce H2O z erupce Tongy je rovněž nejvyšší od začátku satelitních pozorování (od roku 1979).
Obr. 4 Časové řady (2005-2022) koncentrací H2O, SO2 a HCl v různých tlakových hladinách (hPa). Růžové znázornění (Fail QS) značí selhání kvality screeningu a není uvažováno. Nejpatrnější je nárůst H2O hned na prvním grafu v hladině 3 hPa (zhruba kolem 40 km), zdroj: agupubs.onlinelibrary.wiley.com
Jak erupce ovlivní klima?
Jak jsme již avizovali, erupce Tongy injektovala do stratosféry extrémní množství H2O. Dřívější studie zaměřené na radiační účinky H2O injektované do stratosféry ukázaly, že mohou způsobit oteplení zemského povrchu, protože zvýšené množství vodní páry ve stratosféře může přechodně zesílit skleníkový efekt. Právě díky extrémnímu množství H2O injektované do stratosféry může být Tonga první zdokumentovanou sopkou, která ovlivnila klima nikoli ochlazením zemského povrchu způsobeným síranovými aerosoly, ale spíše jeho oteplením způsobeným radiačním působením vodních par. Přebytečná vodní pára ve stratosféře by mohla také podpořit chemické reakce, které povedou k dočasnému úbytku stratosférického ozonu.
Jako příčina enormního množství vody dopravené do stratosféry se jeví vhodná pozice vulkánu Tongy pod hladinou moře. Pokud by byla sopka hlouběji než oněch 150 m, oceán by dokázal erupci utlumit. Na druhou stranu pokud by byla hloubka menší, bylo by i menší množství vyvržené vody.
Obr. 1 Obří oblak popela a plynů z výbuchu sopky Hunga Tonga–Hunga Ha‘apai zachycený japonským satelitem Himawari-8, zdroj: himawari8.nict.go.jp
Obr. 2 Umístění sopky Hunga Tonga–Hunga Ha’apai v Tichém oceánu, zdroj: google.cz
Po silných sopečných erupcích především v oblasti tropů většinou následuje přechodné ochlazení klimatu na globální úrovni (viz článek Jak sopečné erupce ovlivňují klima Země). Například po erupci Filipínské sopky Pinatubo v roce 1991 klesla průměrná globální teplota následující rok přibližně o 0,5 °C. Při takto silných vulkanických erupcích je do stratosféry injektován oxid siřičitý, který se mění na kyselinu sírovou. Ta ve stratosféře rychle kondenzuje a vytváří jemné síranové aerosoly, které odráží přicházející záření od Slunce zpět do vesmíru, čímž se ochlazují spodní vrstvy atmosféry. Síranové aerosoly tímto způsobují v rámci silných sopečných erupcí nejvýznamnější klimatické dopady.
Obr. 3: Vliv význačných sopečných erupcí na globální průměrnou teplotu na Zemi - odchylka vůči průměrné teplotě za období 1870-1899, zdroj: meted.ucar.edu a Gary Strand, NCAR/DOE
Sopka Tonga vyvrhla do stratosféry enormní množství vody
Erupce Tongy byla ovšem specifická a odlišná od dříve pozorovaných. Podle studie (Millán a kol, 2022) publikované letos v červenci v časopisu Geophysical Research Letters injektovala sopka Tonga do stratosféry celkem 146 Tg (teragramů) vody, což by pro představu zaplnilo zhruba 60 tisíc olympijských plaveckých bazénů. Toto množství představuje asi 10 % veškeré vody, která se ve stratosféře nachází.
Silné sopečné erupce mohou do stratosféry dopravit kromě prachových částic také velké množství plynů. Tyto plyny tvoří z velké části vodní pára (H2O), dále pak oxid siřičitý (SO2), oxid uhličitý (CO2), kyselina chlorovodíková (HCl) a další stopové plyny. Ve většině případů je až 90 % vulkanicky emitované vlhkosti odstraněno v důsledku kondenzace v tropopauze. Složení sopečného oblaku Tongy bylo však velmi nevídané a neobvyklé, především díky abnormálnímu množství vodní páry, která pronikla až do stratosféry. Není se ovšem čemu divit, protože kaldera sopky se nachází 150 m pod hladinou moře. Zde se voda dostala do kontaktu se žhavým magmatem, což vedlo k explozi.
Srovnání s jinými událostmi
Z uvedené studie (viz obr. 4) je patrné, že erupce Tongy dopravila do stratosféry relativně malé množství HCl a SO2. Celková hmotnost SO2 injektovaného do stratosféry byla zhruba 0,41 Tg, což je ve srovnání s předchozími erupcemi, jako byly např. Kasatochi (2008), Sarychev (2009) nebo erupce Raikoke (2019), poměrně malé množství. Každá z těchto erupcí emitovala do stratosféry asi 1 Tg SO2. Zmiňme ještě například avizovanou sopku Pinatubo, která v roce 1991 emitovala do stratosféry 17 Tg SO2. Jediným neobvyklým aspektem oblaku SO2 u erupce Tongy je jeho dosažená výška. Dosažené hladiny, kam obvykle pronikne SO2, se pohybují maximálně do 46 hPa (zhruba 21 km). Při erupci Tongy byla injekce SO2 registrovaná v hladinách 14 hPa (zhruba 29 km), přičemž zvýšené hodnoty byly detekovány až v hladině 6,8 hPa (zhruba 35 km). Podobně injekce HCl byla u erupce Tongy nevýrazná, ale i zde bylo možno pozorovat neobvykle vysokou dosaženou hladinu.
Naproti tomu velikost injekce vodních par (H2O) do stratosféry při erupci Tongy je bezprecedentní. Zmiňme, že existují tři cesty, kterými se H2O přirozeně dostává do stratosféry. První možností jsou přestřelující vrcholky silných konvekčních bouří, dále se zde dostává z pyrocumulonimbů (pyroCb), které vznikají při rozsáhlých požárech, a do třetice to jsou právě sopečné erupce. Na Obr. 3 jsou vykresleny dva předchozí významnější transporty H2O do stratosféry, a to z pyrocumulonimbů ze severozápadního regionu Severní Ameriky (Pacific Northwest) (2017) a z Austrálie (2019/2020). Pouze však u australských pyrocumulonimbů lze odhadnout množství injektované H2O, které činí zhruba 19 Tg. Erupce sopek Kasatochi (2008) a Calbuco (2016) také do stratosféry injektovaly značné množství H2O, ale ani při jedné erupci se H2O nedostala nad hladinu 68 hPa (zhruba 18,6 km).
Erupce Tongy vpravila do stratosféry minimálně 146 Tg H2O, čímž nejen že překonala množství výše zmíněných události ostatních injekcí v záznamu MLS, ale také zastínila teoretický odhad 37,5 Tg H2O ze sopky Pinatubo (1991). Stratosférická injekce H2O z erupce Tongy je rovněž nejvyšší od začátku satelitních pozorování (od roku 1979).
Obr. 4 Časové řady (2005-2022) koncentrací H2O, SO2 a HCl v různých tlakových hladinách (hPa). Růžové znázornění (Fail QS) značí selhání kvality screeningu a není uvažováno. Nejpatrnější je nárůst H2O hned na prvním grafu v hladině 3 hPa (zhruba kolem 40 km), zdroj: agupubs.onlinelibrary.wiley.com
Jak erupce ovlivní klima?
Jak jsme již avizovali, erupce Tongy injektovala do stratosféry extrémní množství H2O. Dřívější studie zaměřené na radiační účinky H2O injektované do stratosféry ukázaly, že mohou způsobit oteplení zemského povrchu, protože zvýšené množství vodní páry ve stratosféře může přechodně zesílit skleníkový efekt. Právě díky extrémnímu množství H2O injektované do stratosféry může být Tonga první zdokumentovanou sopkou, která ovlivnila klima nikoli ochlazením zemského povrchu způsobeným síranovými aerosoly, ale spíše jeho oteplením způsobeným radiačním působením vodních par. Přebytečná vodní pára ve stratosféře by mohla také podpořit chemické reakce, které povedou k dočasnému úbytku stratosférického ozonu.
Jako příčina enormního množství vody dopravené do stratosféry se jeví vhodná pozice vulkánu Tongy pod hladinou moře. Pokud by byla sopka hlouběji než oněch 150 m, oceán by dokázal erupci utlumit. Na druhou stranu pokud by byla hloubka menší, bylo by i menší množství vyvržené vody.
