Возможные последствия сверхизвержения для окружающей среды

Воздействие сверхизвержения Тоба на климат и окружающую среду, возможно, настолько превосходят воздействия от недавних исторически известных извержений (e.g., Hansen et al., 1992; Stothers, 1996), что нельзя использовать эти исторические свидетельства и климатические модели этих извержений в качестве уменьшенных аналогий уникальных событий в Тоба (Rampino and Self, 1993a; Rampino et al., 1988). Различные исследования резких изменений прозрачности атмосферы и влияния охлаждения климата на окружающую среду и жизнь выполнялись, однако, в связи с исследованиями ядерной зимы и влияния падений астероидов на Землю. (e.g., Green et al., 1985; Harwell, 1984; Tinus and Roddy, 1990), и некоторые из них могут быть релевантны и в случае извержения Тобы.

Два важнейших эффекта на растительность в результате снижения прозрачности атмосферы – это уменьшение уровня овещённости и снижение температуры. Снижение уровней освещённости, ожидаемое в результате извержения Тобы, имеет разброс от потускнения Солнца (~75% солнечного света поступает), как это имело место после извержения Тамборы 1815, до уровней пасмурного дня (~10% солнечного света поступает). Эксперименты с молодой травой показали, что при падении уровня освещённости до 10%, фотосинтез падает на 85% (van Kuelan et al., 1975), и фотосинтез также падает при снижении температуры (Redman, 1974).

Сопротивляемость растений к необычным холодам значительно различается. Условия в тропических зонах наиболее релевантны по отношению ранним человеческим популяциям в Африке. Тропические леса очень уязвимы к заморозкам, и Harwell и др. (1985) утверждают, что заморозки в вечнозелёных тропических лесах быстро приводят к гибели всех наземных тканей растений.

Средние приземные температуры в тропиках в настоящий момент имеют разброс 16-24°C. Сценарии ядерной зимы предполагают длительное снижение температуры на 3-7°C градусов в экваториальной Африке и кратковременное падение температуры вплоть до 10 градусов. Многие тропические растения серьёзно повреждаются при охлаждении ниже 10-15°C на несколько дней (Greene et al., 1985; Leavitt, 1980). Большинство тропических лесов имеют ограниченный запас семян, и у семян обычно отсутствует спящая фаза. Более того, возрождение леса склонно порождать леса ограниченного разнообразия, способные поддерживать меньшее количество биомассы. (Harwell et al., 1985).

Даже для лесов умеренного пояса, разрушения могут быть очень значительными (Harwell, 1984; Harwell et al., 1985). В целом, способность хорошо адаптированных деревьев выдерживать низкие температуры (устойчивость к холоду) гораздо больше, чем требуется в любой конкретный момент в году, но леса могут быть сильно повреждены необычными или продолжительными низкими температурами в определённые периоды года.

Моделирование падения температуры зимой на 10°С показывает незначительный эффект для хладостойких и спящих деревьев, в то время как подобное же падение температуры на 10°C в период роста (когда устойчивость к холодам ослабевает) приводит к 50% вымиранию и серьёзным повреждениям выживших деревьев, что приводит к потере по крайней мере одного года роста.

Ситуация с лесами, периодически сбрасывающими листву, будет даже ещё хуже, чем с вечнозелёными, поскольку вся их полностью новая листва будет в силу этого потеряна. Например, Larcher и Bauer (1981) определили, что нижние границы для фотосинтеза для различных растений умеренной зоны составляют от -1.3 до -3.9°C, что находится в тех же пределах, как и температуры замерзания тканей для этих же растений. При отсутствии адекватных запасов пищи, большинство деревьев леса умеренного пояса не смогут подготовится к холодам вовремя, и погибнут или испытают дополнительные повреждения во время ранних заморозков осенью (Tinus and Roddy, 1990).

Оценить влияние суперизвержения Тобы на океаны гораздо труднее. В региональных рамках, эффекты от выпадения 4 гр./кв.см. пепла Тобы на площади 5 млн. кв. км. Индийского океана должен быть значительным. Скорость отложения азота, углерода и СаСОз резко возросла в первых нескольких сантиметрах слоя пепла Тобы, указывая на то, что выпадение пепла вычистило водную колонну от большинства взвешенных (parriculate) органических соединений и карбонатов кальция (Gilmour et al., 1990).

Другой возможный эффект плотного аэрозольного облака – это снижение продуктивности океана. Например, спутниковые наблюдения после извержения El Chichon 1982 показали повышенную концентрацию аэрозолей над Арабским морем, и эти значения коррелировали со снижением поверхностной продуктивности (проявлявшейся через концентрацию планктона) с мая по октябрь этого года (Strong, 1993). Brock and McClain (1992) предположили, что пониженная продуктивность была связана с более слабыми, чем обычно, муссонными ветрами, и независимые свидетельства говорят о том, что юго-западный муссон начался позже и закончился раньше в том году, и что движимое ветром Сомалийское течение было анормально слабым. Наоборот, Genin и др. (1995) сообщает об увеличении вертикального перемешивания охлаждённых поверхностных вод в слабо стратифицированных областях Красного моря после извержения Пинатубо, что привело к буму роста водорослей и фитопланктона и последовавшей за этим обширной гибели кораллов.

Исследования, последовавшие за извержением Пинатубо 1991, показывают, что вызванное аэрозолями охлаждение юго-западных областей Тихого океана могло привести к значительному ослаблению ячеек Гадли и снижению выпадения осадков, и могло быть причиной долговременных аномалий в духе Эль Ниньо, которые привели к значительным засухам в тропических областях (Gagan and Chivas, 1995). Некоторые климатические модели предполагают значительные засухи в тропических областях в результате ослабления пассатов/циркуляции Гадли, и в результате ослабления силы летних муссонов. (e.g., Pittock et al., 1986, 1989; Turco et al., 1990). Например, Pittock и др. (1989) представили результаты моделирования, которые показывают 50% снижение осадков в тропических и муссонных регионах.