Le eclissi lunari illuminano i tempi e l’impatto climatico del vulcanismo medievale

Jun 07, 2023

Natura volume 616, pagine 90–95 (2023) Citare questo articolo

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Il vulcanismo esplosivo contribuisce in modo determinante alla variabilità climatica su scale temporali da interannuali a centenarie1. Comprendere gli impatti sociali a lungo termine dei cambiamenti climatici causati dalle eruzioni richiede cronologie di eventi precise e stime affidabili sia del carico che dell’altitudine (cioè troposferica rispetto a stratosferica) dell’aerosol di solfato vulcanico2,3. Tuttavia, nonostante i progressi nella datazione dei carote di ghiaccio, permangono incertezze su questi fattori chiave4. Ciò ostacola in particolare lo studio del ruolo delle grandi eruzioni temporalmente raggruppate durante il periodo alto medievale (HMP, 1100-1300 d.C.), che sono state implicate nella transizione dalla calda anomalia climatica medievale alla piccola era glaciale5. Qui gettiamo nuova luce sul vulcanismo esplosivo durante l’HMP, attingendo all’analisi dei rapporti contemporanei sulle eclissi lunari totali, da cui ricaviamo una serie temporale di torbidità stratosferica. Combinando questo nuovo record con simulazioni di modelli di aerosol e proxy climatici basati sugli anelli degli alberi, affiniamo le date stimate di cinque eruzioni degne di nota e associamo ciascuna ai veli di aerosol stratosferici. Cinque ulteriori eruzioni, inclusa quella responsabile di un'elevata deposizione di zolfo sulla Groenlandia intorno al 1182 d.C., influenzarono solo la troposfera e ebbero conseguenze climatiche attenuate. I nostri risultati offrono supporto per ulteriori indagini sulla risposta climatica alle eruzioni vulcaniche su scala decennale e secolare.

Grandi eruzioni vulcaniche esplosive possono iniettare enormi quantità di gas contenenti zolfo nella stratosfera, dove generano aerosol di solfato1. I veli di aerosol risultanti perturbano il bilancio energetico della Terra, inducendo temperature superficiali stagionali e regionali e anomalie delle precipitazioni, la cui gravità, combinata con le vulnerabilità sociali, è stata collegata a casi storici di deficit agronomici e di pascolo, disordini civili e politici, pestilenze e migrazioni6. Sebbene la documentazione geologica costituisca la prova primaria del vulcanismo passato, con cronologie basate sul radiocarbonio e altri metodi radiometrici, le carote di ghiaccio polare forniscono probabilmente il quadro più completo e accessibile del vulcanismo climaticamente notevole attraverso la compilazione di serie temporali di deposizione di zolfo2,4. Di particolare rilievo in tali documenti è la proliferazione di eruzioni ricche di zolfo durante l'HMP (circa XII e XIII secolo), a partire da una serie di eventi intorno al 1108-1110 d.C. (rif. 7) e inclusa la colossale eruzione di Samalas intorno al 1257 d.C. (rif. 8,9). Questi eventi sono stati collegati a sostanziali crisi di raffreddamento e di sussistenza7,9 e l’effetto combinato della loro forzatura è stato ipotizzato come un fattore che ha contribuito all’inizio della Piccola Era Glaciale5.

La datazione degli eventi vulcanici passati dalle carote di ghiaccio presenta diverse sfide a causa della complessità del trasporto atmosferico che porta a deposizioni di zolfo variabili nel tempo e nello spazio10, modelli di età scarsamente vincolati11,12,13 e incertezze nel conteggio degli strati relativi ai tassi di accumulo e ai processi post-deposizionali3 . Un’ulteriore sfida è la discriminazione tra il trasporto troposferico e quello stratosferico dell’aerosol vulcanico, essendo quest’ultimo più indicativo di un’eruzione esplosiva che forza il clima4. I rapporti isotopici dello zolfo misurati nelle carote di ghiaccio possono aiutare a fare questa distinzione, ma l’approccio non è stato ampiamente applicato e non distingue necessariamente tra il trasporto di aerosol troposferico e quello stratosferico inferiore (sotto lo strato di ozono)3,14.

I fenomeni ottici atmosferici rari e spesso visivamente spettacolari che possono derivare dalla presenza di veli di polvere vulcanica nella stratosfera, come l'oscuramento solare, le corone o gli anelli di Bishop, la particolare colorazione crepuscolare e le oscure eclissi lunari totali, sono stati a lungo considerati portenti che vale la pena ricordare. . I riferimenti a tali fenomeni hanno fornito prove indipendenti per valutare i tempi e l'impatto del vulcanismo per i periodi dal 1500 a.C. al 1000 d.C. (rif. 2,15), 1500–1880 d.C. (rif. 16,17) e 1880–2000 d.C. (rif. 16,17) .18,19). Qui ci concentriamo sulla notevole lacuna degli studi precedenti, vale a dire l'HMP, e sui riferimenti nelle fonti eurasiatiche alla colorazione delle eclissi lunari totali, poiché sono relativamente frequenti e la loro occorrenza è nota proprio tramite retrocalcoli astronomici. Deriviamo un proxy indipendente per il velo di polvere vulcanica dalle registrazioni medievali delle eclissi lunari e utilizziamo le serie temporali risultanti, insieme ai risultati dei modelli climatici e alle ricostruzioni della temperatura estiva dagli anelli degli alberi, per perfezionare NS1–2011 (Groenlandia) e WD2014 (Antartide) cronologie dei nuclei di ghiaccio, che finora hanno fornito i vincoli principali sulla tempistica delle eruzioni degli HMP2,4. Le cronologie identificano sette eruzioni HMP che hanno generato iniezioni stimate di zolfo stratosferico vulcanico (VSSI) superiori a 10 Tg. Ciascuno di essi si colloca tra i 16 principali eventi VSSI degli ultimi 2.500 anni (rif. 2,4). I loro anni di eruzione stimati sono 1108 ce (UE1; in cui UE sta per eruzione non identificata; vedi Metodi), 1171 ce (UE2), 1182 ce (UE3), 1230 ce (UE4), 1257 ce (Samalas), 1276 ce (UE5 ) e 1286 d.C. (UE6). Consideriamo questi eventi insieme a 13 eruzioni minori dell’HMP e cerchiamo di confermare o affinare le stime esistenti dell’anno e della stagione dell’eruzione e di discriminare tra veli di aerosol troposferici e stratosferici.