Project

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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

Applicant Stoffel Markus
Number 183571
Funding scheme Sinergia
Research institution Institut des Sciences de l'Environnement Université de Genève
Institution of higher education University of Geneva - GE
Main discipline Interdisciplinary
Start/End 01.08.2019 - 31.07.2023
Approved amount 2'792'035.00
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All Disciplines (7)

Discipline
Interdisciplinary
Environmental Research
Economics
Climatology. Atmospherical Chemistry, Aeronomy
General history (without pre-and early history)
Agricultural Engineering
Other disciplines of Environmental Sciences

Keywords (9)

MCA-LIA transition; societies; volcanism; crop yield; environmental history; climate; global food system; paleoclimatology; climate modeling

Lay Summary (French)

Lead
L’éruption explosive du volcan Tambora (Indonésie) en avril 1815 - le plus grand événement des 500 dernières années - a causé des anomalies météorologiques extrêmes en 1816 dans certaines régions de l’hémisphère nord ("année sans été"), des récoltes médiocres et une hausse des prix des céréales en Europe et en Amérique du Nord. Cet épisode, qui a persisté plusieurs années, correspond à la dernière grande crise de subsistance du monde occidental. Aucun événement comparable à Tambora ne s’étant produit au cours du 20ème et 21ème siècle, nous manquons d'analogue pour étudier les impacts potentiels des éruptions de forte magnitude sur les sociétés modernes. Pallier ce manque de connaissances - concernant les impacts climatiques, économiques tout autant que la résilience des sociétés - nécessite une recherche transdisciplinaire approfondie.
Lay summary

Contenu et objectifs du travail de recherche

L'objectif principal du projet CALDERA est de documenter et de comprendre les impacts climatiques et socio-économiques des grandes éruptions passées avec un niveau de détail sans précédent, en utilisant (a) des archives historiques récemment mises au jour et (b) des ensembles de données climatiques sans précédent issues d’archives naturelles collectées sur l’ensemble du globe. Ces données de référence seront utilisées pour (c) évaluer les résultats du modèle de l’Institut Pierre Simon Laplace (IPSL, Paris) afin de simuler de manière plus réaliste les anomalies hydro-climatiques induites par les éruptions majeures des 2000 dernières années. Le projet déterminera également (d) le rôle du volcanisme dans la transition climatique qui a marqué la fin de l’Optimum Climatique Médiéval et le début du Petit Âge de Glace, et (e) examinera leurs impacts sociétaux en se basant sur les archives historiques. Il visera également à fournir des projections climatiques intégrant des scénarios d’éruptions futures. Ces dernières seront utilisées pour évaluer les conséquences du volcanisme sur les rendements agricoles, la sécurité alimentaire mondiale, le cycle hydrologique et la production d’énergie, conformément au nexus eau-énergie-nourriture. Elles permettront également de déterminer l’impact de futures éruptions de forte magnitude sur le réchauffement planétaire ou leur capacité à générer des instabilités climatiques persistantes.

Contexte scientifique et social du projet de recherche

Notre travail engendrera un ensemble de données uniques, à très haute résolution spatio-temporelle, permettant mieux comprendre les impacts du volcanisme passé. L’approche pluridisciplinaire mise en place dans le consortium CALDERA générera également des résultats décisifs pour prévoir et anticiper les impacts environnementaux et socio-économiques des éruptions futures.
Direct link to Lay Summary Last update: 05.12.2018

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
164735 Effects of Large Volcanic eruptions on Eurasian Climate and Societies: unravelling past evidence to predict future impacts 01.01.2016 ERA.Net RUS Plus

Abstract

Large explosive volcanic eruptions can inject massive amounts of sulphuric gases into the stratosphere. Sulphate aerosols - produced in the stratosphere by the oxidation of these gases (mainly SO2 and H2S) - can sub-stantially perturb Earth’s radiative balance and lead to a cooling of the troposphere and surface temperatures at timescales of months to years. Volcanically induced cooling was held responsible for crop failures and the subsequent rise in grain prices, and to thereby contribute to subsistence crisis and famines. The explosive erup-tion of Tambora in April 1815 - the largest event of the last 500 years - yielded strong evidence for a causal links between extreme weather experienced in 1816 in parts of the northern hemisphere (year without summer), poor harvests, a sharp rise in grain prices in Europe and America and the last great subsistence crisis of the Western world. It is often assumed that such consequences are unlikely to occur in modern societies as global-ized food trade networks and disaster relief can offer a collective response to modern crises. Yet, one only needs to consider the catalogue of recent famines that have afflicted many parts of Africa, and the slow and often ineffective international response, to find ample evidence that modern societies are in no way immune to potentially catastrophic impacts of major volcanic eruptions. As no “Tambora-scale” eruption has occurred during the 20th century, we lack experience of potential impacts of high-magnitude eruptions on modern socie-ties. This lack of knowledge -in terms of spatio-temporal climatic impacts and societal abilities to respond to such disasters - calls for in-depth transdisciplinary research.The key aim of the CALDERA project is to document and reconstruct the spatio-temporal impacts of past major eruptions in unprecedented detail with proxy records and climate models. It also aims at providing state-of-the-art climate projections (i) to quantify impacts of future eruption scenarios on crop yield and global food security (ii) and to assess whether future, major eruptions could mitigate global warming, or instead generate persistent climate instability. CALDERA will thus substantially improve our knowledge of the impacts of volcanism on temperature and precipitation anomalies by employing (a) recently unearthed historical archives, (b) unprecedented, millennia-long tree-ring datasets (spanning 7000 yrs) of wood-anatomic parameters (c) in combination with a tailored processing of PAGES 2k global datasets. This benchmark data will be used to (d) calibrate microphysical/climate models to more realistically simulate the cooling and hydroclimatic anomalies induced by those 28 eruptions of the last 2000 years being at least as big as the Pinatubo event in 1991. In addition, the project will (e) determine the role of volcanism in the transition from Medieval Climate Anomaly to Little Ice Age climatic regimes, and (f) examine societal impacts and responses to volcanically induced climatic anomalies in these periods using historical archives. The calibrated climate model predictions will then be (g) employed to simulate a suite of future “Tambora-scale” scenarios to provide the climatic input data for statistical crop yield models and to document the effect of volcanic activity on agricultural production, (h) its likely impacts on global food systems and trade, as well as on (i) water and energy (in line with the water-energy-food nexus). The key strength of CALDERA lies in the systematic, transdisciplinary coupling of approaches and generation of unique, high-resolution datasets to better understand the effects of past, massive volcanism, but also to comprehend and forecast environmental and socio-economic impacts of future volcanic disasters. In addition, the synergetic efforts of the CALDERA consortium will generate breakthrough outcomes which could not be reached by individual teams and within separate disciplines.
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