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Effects of Large Volcanic eruptions on Eurasian Climate and Societies: unravelling past evidence to predict future impacts

English title ELVECS
Applicant Stoffel Markus
Number 164735
Funding scheme ERA.Net RUS Plus
Research institution Institut des Sciences de l'Environnement Université de Genève
Institution of higher education University of Berne - BE
Main discipline Climatology. Atmospherical Chemistry, Aeronomy
Start/End 01.01.2016 - 30.06.2018
Approved amount 198'650.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Climatology. Atmospherical Chemistry, Aeronomy
Geochronology

Keywords (5)

microphysical modeling; volcanic coolong; isotope analysis; tree-ring proxies; large volcanic eruptions

Lay Summary (German)

Lead
Grosse Vulkanausbrüche schleudern beträchtliche Mengen an Schwefeldioxid in die Atmosphäre, dieren sich in Aerosole umwandeln, sich in der Stratosphäre verteilen und so die Erdoberfläche für einige Jahre abkühlen. Ein internationales Forscherteamarbeiten im Rahmen des Era.NET RUS Plus Projekts ELVECS daran, mithilfe der Kombination aus der Analyse von Jahrringen an Bäumen und Klimamodellen innovative Ansätze zu entwickeln, mit denen die Auswirkungen von Vulkanausbrüchen auf das Klima besser quantifiziert werden können.
Lay summary

Der Ausbruch des Vulkans Pinatubo im Juni 1991 gilt als einer der gewaltigsten seiner Art im 20. Jahrhundert. Dabei wurden etwa 20 Millionen Tonnen SO2 in die Stratosphäre geschleudert, was zu einer globalen Abkühlung von durchschnittlich 0.4°C führte.

ELVECS untersucht solch kurzfristige Episoden starker Abkühlung der Temperaturen sowie Niederschlagsanomalien durch Vulkanausbrüche der vergangenen 1500 Jahre, und zwar für Ereignisse die grösser waren als jene des Pinatubo. Dazu verwenden die Wissenschaftler die sogenannte Dendroklimatologie, bei der Klimainformationen aus Jahrringen von Bäumen gewonnen werden, sowie numerische Simulationen des Klimas. Bisher lieferten die beiden Ansätze teils widersprüchliche Ergebnisse, was eine Quantifizierung der Auswirkungen grosser Vulkanausbrüche auf das Klima stark erschwerte. Die in Modellen simulierte Abkühlung der Oberflächentemperaturen war bis viermal stärker und dauerhafter als die aus Jahrringen berechneten Werte. Diese Unterschiede bewogen Geophysiker, die Eignung der Jahrringe für die Berechnung der Klimaauswirkungen von Vulkanausbrüchen zu bezweifeln oder die Abbildung von derart extremen Ereignissen in Modellberechnungen in Frage zu stellen.

Ziel des Forscherteams (Schweiz, Russland, Frankreich) ist es, die beiden Ansätze zu versöhnen und Wege aufzuzeigen, mit denen sich die Auswirkungen künftiger Vulkanausbrüche auf unsere Gesellschaft präziser einschätzen lassen. Dazu wird eine neue Jahrringdichte und Isotopen-Rekonstruktion der Sommertemperaturen und Niederschläge für die Nordhalbkugel geschaffen. Die Klimaphysiker ihrerseits berechnen die Veränderungen mit einem Klimamodell. Im Modell kann der Ort des Vulkans, die Jahreszeit des Ausbruchs sowie die Menge an ausgeworfenem SO2 berücksichtigt und in einem mikrophysikalischen Modul integriert werden, so dass der Lebenszyklus vulkanischer Aerosole simuliert wird, von ihrer Entstehung durch die Oxidation von Schwefeldioxid bis hin zu ihrer Ablagerung auf der Erdoberfläche.

Direct link to Lay Summary Last update: 13.01.2016

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
183571 CALDERA - EffeCts of lArge voLcanic eruptions on climate and societies: UnDerstand the impacts of past Events and related subsidence cRises to evAluate potential risks in the future 01.08.2019 Sinergia

Abstract

Substantial evidence exists for the sulphur deposition in ice cores of Greenland and Antarctica after major volcanic eruptions, but their impacts have not been documented with sufficient detail so far. This is true for temperatures, of which the cooling induced by eruptions has been vividly debated in recent years, but even more so for precipitation. The ELVECS projects will quantify climate disturbance induced by major Common Era eruptions, the persistence of changes and their impact on short- to mid-term temperature and precipitation by using an unprecedented dataset of tree-ring records across Eurasia and a large body of recently unearthed historical archives. We will compile a comprehensive database of tree-ring proxies and historical archives; quantify temperature and precipitation impacts of large eruptions; simulate on a case-by-case basis volcanic microphysical processes and radiative forcing induced by the eruptions and to evaluate results against tree-ring findings; quantify impacts of large volcanic eruptions on atmospheric and oceanic circulations and feedbacks; assess impacts of possible future eruptions. The new and diversified proxy data sources and more sophisticated modelling are not only expected to reduce discrepancies and uncertainties related to climatic responses to some of the largest eruptions, but also to quantify, for the first time, impacts of eruptions on precipitation anomalies. We expect to capture persistence of anomalies correctly by climate models, even more so if they are evaluated against highly resolved proxy data of past events. This will increase our confidence in the overall reliability of climate models and help to correctly capture, and therefore predict, the cooling and precipitation anomalies of possible future, large eruptions. These predictions of climatic anomalies will then be used to quantify their likely impacts on major economy and society, including food security, migration and air traffic.
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