بررسی ارتباط آتشفشان ها و ابرهای یخی جو فوقانی

درک ارتباط میان آتشفشان‌ها و ابرهای یخی اتمسفر

فناوری ماهواره‌ای، پیوند مهمی میان فوران‌های آتشفشانی و شکل‌گیری ابرهای یخی مرتفع، موسوم به ابرهای سیروس، را آشکار ساخته است. سال‌هاست که دانشمندان به تأثیر آتشفشان‌ها بر سامانه‌های اقلیمی زمین پی برده‌اند. این پدیده‌های طبیعی قدرتمند، حجم بالایی از گازها و خاکستر را به لایه‌های بالایی جو منتشر می‌کنند، اما نحوه تاثیر ذرات آتشفشانی بر فرآیند تشکیل ابرها تا امروز به‌طور دقیق مشخص نبود.

پیشینه علمی: تاثیر اقلیمی آتشفشان‌ها

آتشفشان‌های فعال، گازهایی مانند دی‌اکسید کربن (CO₂) و دی‌اکسید گوگرد (SO₂) را وارد جو می‌کنند که با جذب گرما یا بازتابش نور خورشید، دمای جهانی را تحت تأثیر قرار می‌دهد. افزون بر گازها، فوران‌های آتشفشانی ذرات ریز خاکستر و گرد و غبار که به نام آئروسل آتشفشانی شناخته می‌شوند را به مناطقی می‌فرستند که معمولاً ابرها در آن‌ها شکل می‌گیرند. آئروسل‌ها نقش مهمی در هسته‌زایی ابرها دارند؛ فرآیندی که در آن مولکول‌های آب با چسبیدن به این ذرات، متراکم شده و به دانه‌های یخ تبدیل می‌شوند. ابرهای سیروس، که با شکل نازک و رشته‌ای خود در ارتفاعات بالا قابل مشاهده‌اند، نقشی کلیدی در تنظیم تعادل انرژی زمین با بازتابش تابش خورشیدی و به دام انداختن گرمای فروسرخ ایفا می‌کنند.

کشف راز: مشاهدات ماهواره‌ای و یافته‌های جدید

این پیشرفت با تحلیل ده ساله‌ دانشمندان آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور (LLNL) به‌دست آمد. این گروه با استفاده از داده‌های مأموریت‌های ماهواره‌ای CloudSat و CALIPSO ناسا، چگونگی تغییر ویژگی‌های ابرهای سیروس را پس از سه فوران مهم آتشفشانی بررسی کردند.

ماهواره CloudSat برای بررسی ساختار داخلی ابرها و اثرات آن بر سیکلون‌های استوایی و تغییرات اقلیمی طراحی شده است. در همین حال، CALIPSO با ردیابی ابرها و آئروسل‌ها، اطلاعاتی ارزشمند درباره نقش مشترک آن‌ها در کنترل آب‌وهوا، اقلیم و کیفیت هوا ارائه می‌دهد.

این پژوهش نشان داد پس از فوران‌هایی که با خاکستر آتشفشانی همراه‌اند، فراوانی ابرهای سیروس در جو بالایی بیشتر می‌شود. با این حال، برخلاف فرضیات اولیه، این ابرها نه تنها حاوی بلورهای یخ بیشتر نبودند بلکه تعداد آن‌ها کمتر و اندازه‌شان بزرگ‌تر بود. این کشف باعث بازنگری دیدگاه‌ها درباره نقش آئروسل‌های آتشفشانی شد؛ چرا که پیش‌تر گمان می‌رفت افزایش آئروسل باید تعداد بلورهای کوچک یخ را بالا ببرد. در واقع، بخار آب پیش از یخ‌زدگی کامل به ذرات خاکستر می‌چسبد و به رشد ذرات یخی بزرگتر منجر می‌شود. دکتر لین لین، دانشمند اتمسفر آزمایشگاه LLNL می‌گوید: "این پژوهش شکاف دانشی مهمی را درباره تاثیر آتشفشان‌ها بر فرآیند تشکیل ابرها پر می‌کند."

پیامدهای کلیدی برای علم اقلیم و مدل‌سازی اتمسفر

این یافته نوین، برای بهبود مدل‌های اقلیمی بسیار بااهمیت است. از آنجایی که حدود ۷۰ درصد سطح زمین همیشه با ابرها پوشیده است و این ابرها در چرخه آب کره زمین نقش اساسی دارند، درک فرآیند هسته‌زایی یخ برای پیش‌بینی الگوهای اقلیمی آینده ضروری است. کشف اینکه خاکستر آتشفشانی، موجب تشکیل بلورهای کمتر اما بزرگ‌تر یخ در ابرهای سیروس می‌شود، پارامتری جدید برای شبیه‌سازی‌های اقلیمی فراهم کرده است.

دکتر لین اظهار داشت: "نتایج به طور کامل انتظارات اولیه ما را تغییر داد. کنار گذاشتن فرضیه اولیه و یافتن علتی تازه بر پایه داده‌های پیش‌بینی نشده، چالش‌برانگیز اما پربار بود."

افق پیش رو: پژوهش‌های آتی و فوران‌های آینده

با تکیه بر این نتایج، گروه تحقیقاتی لین پژوهش‌های خود را به مطالعه ابرهای قطبی گسترش داده و تاثیر آن‌ها را در مدل‌های اقلیمی پیش‌بینی‌کننده آینده زمین می‌سنجند. محققان همچنان منتظر فوران آتشفشانی قابل توجه دیگری برای اعتبارسنجی و تکمیل نظریات خود هستند.

جمع‌بندی

در مجموع، مشاهدات ماهواره‌ای اخیر، مکانیزمی کلیدی را آشکار کرده که طی آن، فوران‌های آتشفشانی موجب شکل‌گیری ابرهای منحصر به فرد سیروس در جو بالایی زمین می‌شوند. خاکستر آتشفشانی با نقش‌آفرینی به عنوان هسته یخ‌زایی، اندازه و فراوانی این ابرها را تعیین کرده و به این ترتیب، تنظیم اقلیم و تعادل انرژی سیاره را در مقیاسی جهانی تحت تاثیر قرار می‌دهد. این یافته‌ها، دانش ما از علوم جوی و پیش‌بینی تغییرات اقلیمی را در عصر فعالیت مداوم آتشفشان‌ها ارتقا می‌بخشد.