Improved Simulation of Volcanic Sulfur Dioxide Depletion and Transport Using a High-Resolution Volcanic Sulfur Dioxide Emissions Inventory
यह शोध पत्र THRIVE-SO 2 को प्रस्तुत करता है, जो एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन इन्वेंट्री है जो ज्वालामुखीय SO₂ उत्सर्जन के सामयिक और ऊर्ध्वाधर वितरण को स्पष्ट रूप से हल करता है, यह प्रदर्शित करते हुए कि यह बेहतर प्रतिनिधित्व पारंपरिक डेटाबेस की तुलना में SO₂ परिवहन, क्षय और उसके बाद के सल्फेट एरोसोल प्रभावों के अनुकरण की सटीकता को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाता है।
मूल पेपर CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
जब कोई ज्वालामुखी इतनी शक्ति के साथ फटता है कि वह आकाश को चीरते हुए बाहर निकल आता है, तो वह केवल राख और चट्टान ही नहीं उगल देता। यह वायुमंडल में बहुत ऊंचाई पर सल्फर डाइऑक्साइड गैस के विशाल बादलों को इंजेक्ट करता है, उन परतों तक जहाँ हवा विरल होती है और हवाएँ हजारों मील तक निरंतर चलती हैं। वहाँ पहुँचकर, यह गैस धीरे-धीरे सल्फेट एरोसोल के सूक्ष्म कणों में बदल जाती है। ये कण एक घूंघट की तरह कार्य करते हैं, जो सूर्य के प्रकाश को अंतरिक्ष में वापस परावर्तित कर पृथ्वी की सतह को ठंडा करते हैं, जबकि साथ ही ऊपरी वायुमंडल में ऊष्मा को अवशोषित कर उसे गर्म भी करते हैं। क्योंकि ये कण महीनों या वर्षों तक टिके रह सकते हैं, इनमें वैश्विक मौसम पैटर्न को बदलने और यहाँ तक कि हमें हानिकारक विकिरण से बचाने वाली सुरक्षात्मक ओजोन परत को पतला करने की शक्ति होती है। यह समझने के लिए कि एक एकल विस्फोट मौसम को एक सीजन या एक दशक के लिए कैसे बदल सकता है, वैज्ञानिकों को यह सिम्युलेट (अनुकरण) करने में सक्षम होना चाहिए कि ये कण ठीक कैसे बनते हैं, वे कहाँ जाते हैं, और वे कितने समय तक रहते हैं। इन सिमुलेशन की सटीकता पूरी तरह से ज्वालामुखी विस्फोट के सटीक विवरण जानने पर निर्भर करती है: गैस वास्तव में कब छोड़ी गई थी और सबसे महत्वपूर्ण बात यह कि वह किस ऊंचाई पर आकाश में प्रवेशित हुई।
वर्षों से, वैज्ञानिक अपने कंप्यूटर मॉडल के लिए ये शुरुआती विवरण प्रदान करने हेतु वैश्विक डेटाबेस पर निर्भर रहे हैं। एक व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला डेटाबेस, जिसे VolcanEESM के रूप में जाना जाता है, एक उपयोगी लेकिन सरलीकृत चित्र प्रस्तुत करता है। यह एक विस्फोट को एक एकल घटना के रूप में मानता है जहाँ गैस की एक निश्चित मात्रा को छह घंटे की मानक अवधि में छोड़ा जाता है और एक रिपोर्ट की गई निम्न और उच्च ऊंचाई के बीच समान रूप से फैला दिया जाता है। हालाँकि यह दृष्टिकोण गैस की कुल मात्रा को पकड़ लेता है, लेकिन यह इस वास्तविकता को चूक जाता है कि ज्वालामुखी वास्तव में कैसे व्यवहार करते हैं। वास्तविक विस्फोट शायद ही कभी स्थिर होते हैं; वे स्पंदित होते हैं, उनकी तीव्रता बदलती है, और वे दिनों या हफ्तاتों में अलग-अलग ऊंचाइयों पर गैस इंजेक्ट करते हैं। इन विवरणों को सुचारू (स्मूथ) बनाकर, पुराने डेटाबेस कंप्यूटर मॉडल को एक स्थिर, एकसमान बादल के साथ शुरू होने के लिए मजबूर करते हैं जो उपग्रहों द्वारा देखे गए अराजक, विकसित होते प्लम (धुएं के गुबार) से मेल नहीं खाता। यह बेमेल स्थिति यह अनुमान लगाने में त्रुटियों का कारण बन सकती है कि बादल कैसे बहता है, वह कितनी जल्दी गायब होता है, और वह वायुमंडल को कितना गर्म या ठंडा करता है।
इसे ठीक करने के लिए, शोधकर्ताओं के एक दल ने एक नया, उच्च-रिज़ॉल्यूशन इन्वेंट्री विकसित किया जिसे THRIVE-SO2 कहा गया। एक निश्चित रिलीज को मानने के बजाय, उन्होंने 2002 से वर्तमान तक की 52 विस्फोटक विस्फोटों के इतिहास को उपग्रह अवलोकनों और बैकवर्ड-ट्रैकिंग गणनाओं को जोड़कर पुनर्गठित किया। उन्होंने अंतरिक्ष से देखे गए सल्फर डाइऑक्साइड बादलों के स्नैपशॉट लिए और कणों को समय में पीछे ट्रैक किया ताकि यह पता लगाया जा सके कि वे ठीक कब और किस ऊंचाई पर ज्वालामुखी के ऊपर से गुजरे थे। इस पद्धति ने प्रत्येक विस्फोट का एक विस्तृत मानचित्र तैयार किया, जो यह दिखाता है कि गैस प्रत्येक 15 मिनट में और प्रत्येक 0.2-किलोमीटर के ऊर्ध्वाधर स्लाइस (ऊंचाई के खंड) पर कैसे छोड़ी गई थी। परिणाम स्वरूप, ज्वालामुखी उत्सर्जन का एक गतिशील चित्रण प्राप्त हुआ जो एक सपाट, औसत अनुमान के बजाय घटना की वास्तविक लय और ऊर्ध्वाधर संरचना को दर्शाता है।
शोधकर्ताओं ने पांच प्रमुख विस्फोटों के कंप्यूटर सिमुलेशन चलाकर इस नए इन्वेंट्री का परीक्षण किया: 2009 का सरीशेव (Sarychev), 2010 का मेरापी (Merapi), 2011 का नाब्रो (Nabro), 2014 का केलुड (Kelud), और 2015 का कैलबुको (Calbuco)। इन घटनाओं को इसलिए चुना गया क्योंकि वे दुनिया के विभिन्न हिस्सों में घटित हुईं और उनके प्लम वायुमंडल की विभिन्न परतों में गए, जिससे इस नई प्रणाली का एक कठोर परीक्षण संभव हुआ। प्रत्येक मामले में, उन्होंने नए THRIVE-SO2 डेटा द्वारा संचालित सिमुलेशन के परिणामों की तुलना पुराने VolcanEESM डेटाबेस द्वारा संचालित सिमुलेशन से की, और यह जांचा कि प्रत्येक वास्तविक सल्फर डाइऑक्साइड बादलों के उपग्रह अवलोकनों के साथ कितनी अच्छी तरह मेल खाता है। सिमुलेशन ने दिखाया कि नया इन्वेंट्री प्लम के वास्तविक व्यवहार को बहुत अधिक सटीकता से पुनरुत्पादित करता है। विशेष रूप से, THRIVE-SO2 सिमुलेशन ने विस्फोट के बाद के दिनों में गैस के बादल के क्रमिक निर्माण को सही ढंग से पकड़ा, जबकि पुराना डेटाबेस गैस को एक साथ प्रकट होता हुआ दिखाता था। यह अंतर महत्वपूर्ण था क्योंकि रिलीज का समय यह निर्धारित करता है कि बादल सबसे पहले किन हवाओं का सामना करेगा, जिससे वह एक ऐसे पथ पर निकल पड़ता है जो बहुत अलग गंतव्यों तक ले जा सकता है।
सुधार और भी अधिक स्पष्ट था कि सिमुलेशन गैस के ऊर्ध्वाधर वितरण को कैसे संभालते हैं। नया इन्वेंट्री दिखाता है कि सल्फर डाइऑक्साइड अक्सर वायुमंडल की विशिष्ट परतों में इंजेक्ट की जाती है, कभी निचले वायुमंडल में रहती है और कभी सीधे समताप मंडल (स्ट्रैटोस्फीयर) में ऊपर की ओर जाती है। पुराना डेटाबेस, गैस को एक निम्न और उच्च बिंदु के बीच समान रूप से फैलाकर, अक्सर बहुत अधिक गैस को स्ट्रैटोस्फीयर में बहुत ऊपर रख देता था। इस त्रुटि के कारण सिमुलेशन इस बात का अतिरंजित अनुमान लगाते थे कि कण कितने समय तक aloft (ऊंचाई पर) रहेंगे और वे कितनी दूर तक यात्रा करेंगे। नए, अधिक सटीक इंजेक्शन ऊंचाइयों के साथ, सिमुलेशन ने दिखाया कि गैस इस तरह से कम और फैल रही थी जैसा कि उपग्रहों ने वास्तव में देखा। उदाहरण के लिए, नाब्रो विस्फोट के मामले में, नए मॉडल ने प्लम को पूर्व की ओर बढ़ते हुए और फिर फैलते हुए सही ढंग से ट्रैक किया, जबकि पुराने मॉडल ने बादल को बहुत सघन और केंद्रित रखा।
केवल गैस को ट्रैक करने के परे, अध्ययन ने यह भी देखा कि आगे क्या होता है: सल्फेट एरोसोल का निर्माण। क्योंकि नए इन्वेंट्री ने गैस को सही वायुमंडलीय परतों में रखा था, इसलिए एरोसोल बादलों के परिणामस्वरूप सिमुलेशन भी अधिक यथार्थवादी थे। पुराना डेटाबेस अक्सर बहुत मोटे और बहुत ऊंचे एरोसोल स्तर बनाता था, जो संभवतः हुए प्रभाव की तुलना में अधिक मजबूत और लंबे समय तक चलने वाले जलवायु प्रभाव का सुझाव देता था। इसके विपरीत, नए सिमुलेशन ने दिखाया कि एरोसोल वितरण वायुमंडलीय धुंध के उपग्रह माप के साथ बहुत बेहतर मेल खाता है। यह सुझाव देता है कि इन विस्फोटों द्वारा पृथ्वी को ठंडा करने या ओजोन परत को प्रभावित करने के संबंध में पिछले अनुमान, सरलीकृत शुरुआती डेटा के कारण थोड़े गलत हो सकते थे। अध्ययन पुष्टि करता है कि बेहतर जलवायु भविष्यवाणियों की कुंजी केवल यह जानने में नहीं है कि ज्वालामुखी कितनी गैस छोड़ता है, बल्कि इस बात को समझने में है कि वह गैस ठीक किस क्षण और किस ऊंचाई पर आकाश में प्रवेश करती है।
शोधकर्ता इस बात पर जोर देते हैं कि हालांकि पुराना डेटाबेस अभी भी व्यापक, सामान्य अध्ययनों के लिए उपयोगी है, लेकिन नया THRIVE-SO2 इन्वेंट्री ज्वालामुखी विस्फोटों के जलवायु और वायुमंडलीय रसायन विज्ञान पर विशिष्ट प्रभावों की जांच करने के लिए एक बहुत मजबूत आधार प्रदान करता है। उत्सर्जन के समय और ऊंचाई को हल करके, नया सिस्टम इन सिमुलेशनों से एक बड़े अनिश्चितता के स्रोत को हटा देता है। यह प्रगति वैज्ञानिकों को यह स्पष्ट रूप से देखने की अनुमति देती है कि ज्वालामुखी प्लम दुनिया भर में कैसे यात्रा करते हैं, वे हवाओं के साथ कैसे परस्पर क्रिया करते हैं, और अंततः वे कैसे समाप्त होते हैं। जैसे-जैसे टीम इस इन्वेंट्री को और अधिक परिष्कृत करने और इसे भविष्य के जलवायु मॉडलों पर लागू करने के लिए काम करना जारी रखती है, यह वादा करता है कि यह इस बात की एक स्पष्ट तस्वीर पेश करेगा कि प्रकृति के सबसे शक्तिशाली विस्फोट हमारे द्वारा सांस ली जाने वाली हवा और हमारे जीवन के जलवायु को कैसे आकार देते हैं।
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