Vulkaner på havbunden blusser op ved regelmæssige cyklusser - der varer fra to uger til 100.000 år. Hjælper de med at producere pludselig gribende varme og kolde perioder?
Tidligere forskning har vist, at Jordens oceaner skjuler et vulkansk vidunderland.
Utrolige områder af vulkaner, der er skjult under Jordens oceaner, er antaget af videnskabsmænd at være de blide giganter på planeten, og oser lava i langsomme, stabile hastigheder langs kyster midt i havet. En ny undersøgelse viser ellers. Det viser, at disse undersøiske vulkaner blusser op i markant regelmæssige cyklusser, der spænder fra to uger til 100.000 år. Derudover bryder de næsten udelukkende ud i de første seks måneder af hvert år. Undersøgelsen - offentliggjort 6. februar 2015 i tidsskriftet Geofysiske forskningsbreve - antyder, at disse cykliske impulser fra havbunden vulkaner kan hjælpe med at udløse naturlige klimasvingninger. Ideen er, at de vulkanske cyklusser måske er bundet til kort- og langtidscyklusser i Jordens bane - de såkaldte Milankovitch-cyklusser - og til skiftende havniveau.
Forskere har allerede spekuleret i, at vulkanske cyklusser på land, der udsender store mængder kuldioxid, kan have indflydelse på klimaet. Men indtil videre var der ingen tegn på et lignende bidrag fra ubådsvulkaner. De nye konklusioner antyder, at modeller af Jordens naturlige klimadynamik og i forlængelse af den menneskelige påvirkede klimaændring muligvis skal tilpasses.
Marinegeofysiker Maya Tolstoy fra Columbia University's Lamont-Doherty Earth Observatory er undersøgelsens forfatter. Hun sagde:
Folk har ignoreret vulkaner på havbunden med tanken om, at deres indflydelse er lille. Men det skyldes, at de antages at være i en stabil tilstand, som de ikke er. De reagerer på både meget store kræfter og til meget små styrker, og det fortæller os, at vi er nødt til at se dem meget nærmere.
Vulkanisk aktive midthavsrygge på tværs af Jordens havbunder som at sy på en baseball og strækker sig ca. 60.000 km. De er de voksende kanter af gigantiske tektoniske plader; når lava skubber ud, danner de nye områder med havbunden, som udgør omkring 80 procent af klodens skorpe.
Konventionel visdom hævder, at vulkaner på havbunden udbryder med en forholdsvis konstant hastighed, men Tolstoj finder ud af, at rygterne faktisk nu er i en langsom fase. Selv på det tidspunkt producerer de måske otte gange mere lava årligt end landvulkaner.
På grund af deres magmas kemi er kuldioxid, de menes at udsende, i øjeblikket det samme som, eller måske lidt mindre end, fra landsvulkaner - omkring 88 millioner ton om året, siger Tolstoy. Men, tilføjer hun, hvis de undersøiske kæder skulle røre endnu lidt mere, ville deres CO2-output skyde op.
Nogle forskere mener, at vulkaner kan optræde i samråd med de velkendte Milankovitch-cyklusser - gentager ændringer i formen af Jordens solcellebane og hældningen og retningen af vores verdens akse - for at producere pludselig gryende varme og kolde perioder. Den største er en 100.000-årig cyklus, hvor planetens bane rundt om solen ændrer sig fra mere eller mindre en årlig cirkel til en ellipse, der årligt bringer den nærmere eller længere væk fra solen.
De seneste istiden ser ud til at opbygge gennem det meste af denne 100.000-årige cyklus; men så opvarmes tingene pludselig op nær baneens højeste excentricitet. Årsagerne er ikke klare.
Indtast vulkaner. Forskere har antydet, at når iskapper bygger på land, bygger også presset på de underliggende vulkaner, og udbrud undertrykkes. Men når opvarmningen på en eller anden måde starter, og isen begynder at smelte, løfter trykket op og udbruddene vokser. De belch CO2, der producerer mere opvarmning, som smelter mere is, hvilket skaber en selvfødende effekt, der pludselig tipper planeten ind i en varm periode. Et papir fra Harvard University fra 2009 siger, at land vulkaner over hele verden faktisk steg seks til otte gange over baggrundsniveauer under den seneste nedbrydning, for 12.000 til 7.000 år siden. Det skyldes, at undervands vulkaner gør det modsatte: når Jorden afkøles, kan havstanden falde 100 meter (ca. 300 fod), fordi så meget vand bliver låst fast i is. Dette afhjælper pres på ubådsvulkaner, og de bryder mere ud. På et tidspunkt kunne den øgede CO2 fra havudbrud begynde opvarmningen, der smelter isen, der dækker vulkaner på land?
Det har været et mysterium, delvis fordi udbrud i søen næsten er umulige at observere. Tolstoy og andre forskere har imidlertid for nylig været i stand til nøje at overvåge 10 ubådeudbrudspladser ved hjælp af følsomme nye seismiske instrumenter. De har også produceret nye kort i høj opløsning, der viser konturer af lavastrømme i fortiden. Tolstoj analyserede omkring 25 år med seismiske data fra kamme i Stillehavet, Atlanterhavet og de arktiske oceaner plus kort, der viser tidligere aktivitet i det sydlige Stillehav.
De langsigtede udbruddsdata, spredt over mere end 700.000 år, viste, at under de koldeste tider, når havniveauet er lavt, bølger vulkanismen under søen, hvilket producerer synlige bånd af bakker. Når tingene opvarmes, og havstanden stiger til niveauer, der ligner nutiden, opstår lava langsommere, hvilket skaber bånd med lavere topografi. Tolstoj tilskriver dette ikke kun den varierende havniveau, men også tæt beslægtede ændringer i Jordens bane. Når banen er mere elliptisk, bliver Jorden presset og ubesværet af solens tyngdekraft i en hastigt varierende hastighed, når den roterer dagligt - en proces, som hun mener har en tendens til at massere undersøisk magma opad, og hjælpe med at åbne de tektoniske revner, der slipper den ud. Når kredsløbet er ret (men ikke helt) cirkulært, som det er nu, minimeres den skvisende / uskadende effekt, og der er færre udbrud.
Ideen om, at fjerntliggende tyngdekræfter påvirker vulkanismen, afspejles af de kortsigtede data, siger Tolstoj. Hun siger, at de seismiske data antyder, at undervands vulkaner i dag pulserer til liv hovedsageligt i perioder, der kommer hver anden uge. Det er det tidsplan, hvorpå kombineret tyngdekraft fra måne og sol får tidevand til at nå deres laveste punkter, og således lette undertrykkende pres på vulkaner nedenfor. Seismiske signaler, der blev fortolket som udbrud, fulgte hver uge i lavvande ved otte ud af ni undersøgelsessteder. Derudover fandt Tolstoj, at alle kendte moderne udbrud forekommer fra januar til juni. Januar er den måned, hvor Jorden er tættest på solen, juli, når den er længst - en periode, der ligner den klemme / ubesværede effekt, som Tolstoj ser i længerevarende cykler. Hun sagde:
Hvis man ser på de nuværende udbrud, reagerer vulkaner endda på meget mindre kræfter end dem, der kan føre til klima.
Edward Baker, en senior havforsker ved National Oceanic and Atmospheric Administration, sagde:
Den mest interessante afhentning fra dette papir er, at det giver yderligere bevis for, at den faste jord og luften og vandet alle fungerer som et enkelt system.
Vekslende rygge og dale dannet af vulkanisme nær East Pacific Rise, en midthavsrygg i Stillehavet. Sådanne formationer indikerer gamle højder og lavet af vulkansk aktivitet ifølge den nye undersøgelse. Billede via Haymon et al., NOAA-OE, WHOI
Magma fra undersøiske udbrud gik sammen i former, der er kendt som pudebasalter på Juan De Fuca Ridge, ud for det amerikanske Pacific Northwest. Den nye undersøgelse viser, at sådanne udbrud vokser og aftager med regelmæssige tidsplaner. Billede via Deborah Kelley / University of Washington
Nederste linje: En undersøgelse offentliggjort 6. februar 2015 i tidsskriftet Geofysiske forskningsbreve antyder, at vulkaniske impulser under søen - tilsyneladende bundet til kort- og langvarige ændringer i Jordens bane og til havniveauet - kan hjælpe med at udløse naturlige klimasvingninger.