Δημιουργία του όζοντος

Το όζον (Ο₃) παράγεται στην στρατόσφαιρα (>12 km). Ένα μόριο οξυγόνου (Ο₂) απορροφά ηλιακή υπεριώδη (UV) ακτινοβολία και διασπάται σε δύο άτομα οξυγόνου (Ο). Ένα άτομο οξυγόνου (Ο) ενώνεται με ένα μόριο οξυγόνου (Ο₂) και σχηματίζει ένα μόριο όζοντος (Ο₃).

Ακολούθως, το μόριο όζοντος (Ο₃) απορροφά υπεριώδη (UV) ακτινοβολία και διασπάται σε ένα μόριο οξυγόνου (Ο₂) και ένα άτομο οξυγόνου (Ο). Ο κύκλος αυτός έχει ως όφελος να απορροφάται η βλαβερή υπεριώδης ακτινοβολία από το στρώμα του όζοντος.

Καταστροφή του όζοντος

Ο κύκλος αυτός διαταράσσεται από την παρουσία χλωροφθορανθράκων (CFC), οι οποίοι παράγονται από τον άνθρωπο. 

Ένα μόριο χλωροφθοράνθρακα (CFC) απορροφά υπεριώδη ακτινοβολία και δίνει ένα άτομο χλωρίου (Cl). To άτομο χλωρίου (Cl) ενώνεται με ένα μόριο όζοντος (Ο₃) και το διασπά σε ένα μόριο οξυγόνου (Ο₂) και ένα μόριο μονοξείδιου του χλωρίου (ClO). To μόριο μονοξείδιου του χλωρίου (ClO) ενώνεται με ένα άτομο οξυγόνου (Ο) και σχηματίζει ένα μόριο οξυγόνου (Ο₂) και απελευθερώνεται το άτομο χλωρίου (Cl). Το άτομο χλωρίου (Cl) είναι έτοιμο να επαναλάβει την ίδια διαδικασία πολλές φορές.

Η καταστροφή του όζοντος έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της προστασίας από την ηλιακή υπεριώδη ακτινοβολία. Σήμερα, μία τεράστια τρύπα όζοντος υπάρχει πάνω από την Ανταρκτική.

Επιπτώσεις των ηφαιστειακών εκρήξεων στο όζον

Οι ηφαιστειακές εκρήξεις φαίνεται επιδρούν στη μείωση του όζοντος, αλλά μάλλον έμμεσα. Το υδροχλώριο (HCl) καταστρέφει το όζον. Εντούτοις το μεγαλύτερο ποσοστό HCl ηφαιστειακής προέλευσης περιορίζεται στην τροπόσφαιρα (κάτω από την στρατόσφαιρα), απ΄όπου παρασύρεται από τη βροχή. Έτσι δεν έχει την ευκαιρία να αντιδράσει με το όζον.

Από την άλλη μεριά όμως, δορυφορικά δεδομένα έδειξαν ότι μετά τις εκρήξεις των ηφαιστείων Pinatubo (Φιλιππίνες) και Hudson (Χιλή) το 1991, υπήρξε μείωση του όζοντος κατά 15-20% σε μεγάλα ύψη και 50% πάνω από την Ανταρκτική. Φαίνεται, λοιπόν, ότι η ηφαιστειακή δραστηριότητα παίζει σημαντικό ρόλο στη μείωση του όζοντος. Αυτός ο ρόλος, όμως, είναι έμμεσος και δεν μπορεί να αποδοθεί κατ΄ευθείαν στο ηφαιστειακό HCl.

Τα ηφαιστειακά σωματίδια και αερολύματα (aerosols) δεν καταστρέφουν το όζον από μόνα τους, αλλά λειτουργούν ως καταλύτες, παρέχοντας την απαραίτητη επιφάνεια πάνω στην οποία θα γίνουν οι αντιδράσεις των χλωροφθορανθράκων με το όζον. Ευτυχώς όμως, τα σωματίδια αυτά κατακάθονται μετά από δύο-τρία χρόνια, και έτσι οι επιπτώσεις των ηφαιστειακών εκρήξεων είναι σύντομες.

Δημιουργία του φαινομένου του θερμοκηπίου

Μερικά αέρια, κυρίως το διοξείδιο του άνθρακα (CO₂) και οι υδρατμοί, αλλά και το μεθάνιο (CH₄), το υποξείδιο του αζώτου (Ν₂Ο) και οι χλωροφθοράνθρακες (CFC), τα οποία ονομάζονται αέρια του θερμοκηπίου (greenhouse gases), επιτρέπουν την ηλιακή ακτινοβολία (υπεριώδη και ορατή) να διέλθει από την ατμόσφαιρα πάνω στη Γη. Τα ίδια αέρια, όμως, απορροφούν την υπέρυθρη ακτινοβολία, η οποία εκπέμπεται από τη Γη προς το διάστημα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη συνεχή αύξηση της θερμοκρασίας της Γης. Τα αέρια του θερμοκηπίου παράγονται κυρίως από την καύση των ορυκτών καυσίμων.

Επιπτώσεις των ηφαιστειακών εκρήξεων στο φαινόμενου του θερμοκηπίου

Οι ηφαιστειακές εκρήξεις μπορούν να ενισχύσουν το φαινόμενο του θερμοκηπίου προσθέτοντας διοξείδιο του άνθρακα (CO₂) στην ατμόσφαιρα. Η ποσότητα, όμως, του CO₂ από την ηφαιστειακή δραστηριότητα είναι κατά πολύ μικρότερη (~150 φορές) από αυτήν που προσθέτουν κάθε χρόνο οι ανθρώπινες δραστηριότητες.

Από την άλλη μεριά, η συμβολή της ηφαιστειακής δράσης στην παγκόσμια θέρμανση αντισταθμίζεται από το φαινόμενο των ηφαιστειακών χειμώνων (βλ. παρακάτω). Η διαρκής αύξηση της θερμοκρασίας της Γης λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου είναι έκδηλη από το 1980. Θα ήταν όμως ακόμη μεγαλύτερη αν δεν υπήρχαν ηφαιστειακές εκρήξεις όπως αυτές των El Chichon (Μεξικό, 1982) και Pinatubo (Φιλιππίνες, 1991).

Αιωρούμενα σωματίδια όπως η σκόνη και η στάχτη μπορούν να εμποδίσουν την ηλιακή ακτινοβολία να εισέλθει στην ατμόσφαιρα και έτσι προκαλούν πτώση της θερμοκρασίας της Γης. Η διασπορά αυτών των μικροσκοπικών (<2 μm) σωματιδίων στην στρατόσφαιρα και την ανώτερη τροπόσφαιρα συχνά δημιουργεί πανέμορφα ηλιοβασιλέματα λόγω της σκέδασης της ερυθρής ακτινοβολίας.

Οι ηφαιστειακές εκρήξεις ενισχύουν αυτό το φαινόμενο, πολύ περισσότερο απ΄ότι το φαινόμενο του θερμοκηπίου, προκαλώντας έτσι σημαντική πτώση της θερμοκρασίας της ατμόσφαιρας. Για πολλά χρόνια επικρατούσε η άποψη ότι η συμβολή της ηφαιστειακής δραστηριότητας ήταν η εκπομπή της στάχτης, η οποία εμπόδιζε την ηλιακή ακτινοβολία.

Αυτή η άποψη άλλαξε μετά τις εκρήξεις των ηφαιστείων της Αγίας Ελένης (ΗΠΑ, 1980) και El Chichon (Μεξικό, 1982). Η έκρηξη της Αγίας Ελένης το 1980 προκάλεσε πτώση της παγκόσμιας θερμοκρασίας κατά 0,1 ºC. Εντούτοις η πολύ μικρότερη έκρηξη του El Chichon προκάλεσε πτώση της θερμοκρασίας 3-5 φορές μεγαλύτερη. Το ηφαιστειακό νέφος της Αγίας Ελένης αποτελούνταν κυρίως από ηφαιστειακή στάχτη, ενώ αυτό του El Chichon περιείχε πολύ μεγαλύτερη ποσότητα (πάνω από 40 φορές) θειούχων αερίων.

Έτσι φαίνεται ότι τα θειούχα αέρια παίζουν πολύ πιο σημαντικό ρόλο. Το θείο ενώνεται με τους υδρατμούς στη στρατόσφαιρα και σχηματίζει πυκνά νέφη από μικροσκοπικά σταγονίδια θειικού οξέος. Τα σταγονίδια αυτά χρειάζονται αρκετά χρόνια για να κατακαθήσουν και είναι ικανά να μειώσουν τη θερμοκρασία της τροπόσφαιρας, διότι απορροφούν την ηλιακή ακτινοβολια και την αντανακλούν στο διάστημα.

Ηφαίστειο Laki (Ισλανδία, 1783)

Το 1783-1784 οι ανατολικές Ηνωμένες Πολιτείες έζησαν τον πιο κρύο χειμώνα στην ιστορία τους (4,8 ºC κάτω από το μέσο όρο των 225 χρόνων). Η Ευρώπη είχε επίσης έναν εξαιρετικά κρύο χειμώνα. Ο Βενιαμίν Φρανκλίνος υποστήριξε τότε ότι αυτό οφειλόταν στη στάχτη και τα αέρια της έκρηξης του ηφαιστείου Laki (Ισλανδία) το 1783, κάτι που σήμερα είναι επιστημονικά ορθό. Πράγματι, η έκρηξη αυτή αποτελεί τη μεγαλύτερη έκχυση βασαλτικής λάβας κατά τους ιστορικούς χρόνους.

Ηφαίστειο Tambora (Ινδονησία, 1815)

Τριάντα χρόνια αργότερα, το 1815, η έκρηξη του ηφαιστείου Tambora (Ινδονησία) είχε ως αποτέλεσμα, ώστε η άνοιξη και το καλοκαίρι του 1816 να είναι εξαιρετικά κρύα και η χρονιά έγινε γνωστή ως η χρονιά χωρίς καλοκαίρι. Η έκρηξη αυτή φαίνεται να είναι η ισχυρότερη τα τελευταία 10.000 χρόνια. Η Ευρώπη και η Νέα Αγγλία επλήγησαν περισσότερο. Χιονοπτώσεις και παγετός συνέβησαν τον Ιούνιο, Ιούλιο και Αύγουστο. Οι καλλιέργειες καταστράφηκαν και οι αγρότες έσφαξαν τα ζώα τους διότι δεν είχαν τροφή να τους δώσουν. Οι πάγοι της Αρκτικής καθώς και οι παγετώνες των Αλπεων μεγάλωσαν.

Ηφαίστειο Krakatoa (Ινδονησία, 1883)

Η έκρηξη του ηφαιστείου Krakatoa (Ινδονησία) τον Αύγουστο του 1883 δημιούργησε είκοσι φορές μεγαλύτερο σύννεφο στάχτης από το ηφαίστειο της Αγίας Ελένης το 1980. Η έκρηξη του Krakatoa ήταν η δεύτερη μεγαλύτερη κατά τους ιστορικούς χρόνους μετά από αυτήν του γειτονικού Tambora. Για μήνες μετά την έκρηξη παγκοσμίως ο καιρός παγκοσμίως ήταν ψυχρός, η δύση του ηλίου ήταν κατακόκκινη και παρατεταμένη λόγω της διασποράς της στάχτης και των αερολυμάτων. Τα φαινόμενα αυτά ήταν αφορμή για έντονες επιστημονικές αντιπαραθέσεις για τα αίτιά τους, καθώς επίσης και για καλλιτεχνική έμπνευση των ζωγράφων της εποχής.

Ηφαίστειο Pinatubo (Φιλιππίνες, 1991)

Το ηφαίστειο Pinatubo (Φιλιππίνες) εξερράγη στις 15 Ιουνίου 1991 και ένα μήνα αργότερα εξερράγη το ηφαίστειο Hudson (Χιλή). Η έκρηξη του Pinatubo δημιούργησε το μεγαλύτερο νέφος από διοξείδιο του θείου τα τελευταία εκατό χρόνια. Τα νέφη των δύο ηφαιστείων εξαπλώθηκαν γύρω από τη Γη σε χρονικό διάστημα λίγων μηνών και οδήγησαν σε πτώση της θερμοκρασίας κατά 1 ºC για τα επόμενα χρόνια.