2022 در اقیانوس آرام جنوبی فوران کرد، موج شوکی در سراسر جهان ایجاد کرد و باعث ایجاد سونامی در تونگا، فیجی، نیوزلند، ژاپن، شیلی، پرو و ایالات متحده شد. . طبق مطالعه اخیر منتشر شده در Proceedings of the National ، همچنین شیمی و دینامیک استراتوسفر را در سال بعد از فوران تغییر داد و منجر به تلفات بی‌سابقه‌ای در لایه اوزون تا 7 درصد در مناطق وسیعی از نیمکره جنوبی شد. آکادمی علوم (PNAS) از دانشکده مهندسی و علوم کاربردی هاروارد جان A. Paulson (SEAS) و دانشگاه مریلند.
بر اساس این تحقیقات، این تغییرات جوی، مقدار زیادی بخار آبی بود که توسط آتشفشان زیر دریا به استراتوسفر تزریق می شد.
محل استراتوسفر تقریباً 8 تا 30 مایل بالاتر از سطح زمین است و جایی است که لایه محافظ اوزون در آن قرار دارد.
دیوید ویلموث، پروژه‌ای گفت: فوران هونگا تونگا-هونگا هااپای واقعاً خارق‌العاده بود، زیرا حدود 300 میلیارد پوند آب به استراتوسفر خشک معمولی تزریق کرد، که فقط یک مقدار کاملاً باورنکردنی آب از یک رویداد واحد است. دانشمند در SEAS و اولین نویسنده مقاله.
راس سالاویچ، استاد مرکز بین رشته‌ای علوم سیستم زمین دانشگاه مریلند و یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت: «این فوران ما را در قلمروی ناشناخته قرار داد.
ما هرگز در تاریخ رکوردهای ماهواره ای ندیده ایم که این مقدار بخار آب به اتمسفر تزریق شود و مقاله ما اولین مقاله ای است که به پیامدهای پایین دستی در مناطق وسیعی از هر دو نیمکره در ماه های پس از فوران با استفاده از داده های ماهواره ای و یک مدل جهانی.”
فوران هونگا تونگا-هونگا هااپای بزرگترین انفجاری است که تاکنون در جو ثبت شده است.
فوران ذرات معلق در هوا و گازها را به عمق استراتوسفر پرتاب کرد.
برخی از مواد به مزوسفر پایینی، بیش از 30 مایل بالاتر از سطح زمین، ارتفاعاتی که هرگز از فوران آتشفشانی ثبت نشده است، رسیدند.
مطالعات قبلی نشان داد که این فوران باعث افزایش 10 درصدی بخار آب در استراتوسفر در سراسر جهان شده است و غلظت آن در برخی از مناطق نیمکره جنوبی حتی بیشتر است.
ویلموث، سالاویچ و بقیه تیم تحقیقاتی از داده‌های مایکروویو Limb Sounder (MLS) در ماهواره ناسا آئورا استفاده کردند تا نه تنها نحوه حرکت بخار آب در سراسر جهان را ردیابی کنند، بلکه دما و سطوح مونوکسید کلر (ClO) را نیز بررسی کنند. ازن (O 3 )، اسید نیتریک (HNO 3 ) و کلرید هیدروژن (HCl) در استراتوسفر برای سال بعد از فوران.
آنها سپس این اندازه‌گیری‌ها را با داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط MLS از سال 2005 تا 2021 قبل از فوران مقایسه کردند.
این تیم دریافتند که تزریق بخار آب و دی اکسید گوگرد (SO 2 ) هم شیمی و هم دینامیک استراتوسفر را تغییر داده است.
از نظر شیمی، SO2 منجر به افزایش ذرات سولفات شد که سطوح جدیدی را برای انجام واکنش‌های شیمیایی فراهم کرد.
ویلموث می‌گوید: «واکنش‌های خاصی که ممکن است اصلاً اتفاق نیفتند یا به آهستگی اتفاق بیفتند، می‌توانند سریع‌تر اتفاق بیفتند، اگر آئروسل‌هایی در دسترس باشند که این واکنش‌ها روی آنها انجام شود.»
“تزریق SO 2 از آتشفشان به آئروسل های سولفات اجازه تشکیل داد و وجود بخار آب منجر به تولید اضافی آئروسل های سولفات شد.”
افزایش ذرات معلق در هوا و بخار آب سولفات، زنجیره ای از رویدادها را در شیمی پیچیده اتمسفر آغاز کرد که منجر به تغییرات گسترده در غلظت تعدادی از ترکیبات از جمله ازن شد.
بخار آب اضافی همچنین یک اثر خنک کننده در استراتوسفر داشت که منجر به تغییر در گردش خون شد که باعث کاهش ازن در نیمکره جنوبی و افزایش ازن در مناطق استوایی شد.
محققان دریافتند که اوج کاهش ازن در ماه اکتبر، نه ماه پس از فوران رخ داده است.
ویلموث گفت: “ما این افزایش بسیار زیاد در بخار آب را در استراتوسفر همراه با افزایش اندک در سولفات داشتیم که باعث ایجاد یک سری رویدادها شد که منجر به تغییرات قابل توجهی در دما و گردش خون شد، ClO، HNO 3، HCl، O 3 و سایر گازها .” گفت.
در مرحله بعد، محققان امیدوارند که با پیگیری تاثیر آتشفشان تا سال 2023 و پس از آن، در حالی که بخار آب از نواحی استوایی و عرض‌های جغرافیایی میانی به قطب نیمکره جنوبی حرکت می‌کند، به مطالعه ادامه دهند، جایی که پتانسیل افزایش تلفات ازن در قطب جنوب را دارد.
انتظار می‌رود که بخار آب برای چند سال در استراتوسفر بالا بماند.
این تحقیق توسط جیمز اندرسون، استاد فیلیپ اس. ولد شیمی اتمسفر در SEAS، Freja Østerstrøm و جسیکا اسمیت انجام شد. تا حدی توسط ناسا تحت گرنت شماره 80NSSC19K0326 و بنیاد ملی علوم تحت گرنت شماره 1764171 پشتیبانی شد.