Supervukány a klima.
Vliv sopečného popela jsme měli možnost sledovat takřka v přímém přenosu při erupci islandské sopky Eyjafjöllu. Vliv na klima byl patrně zanedbatelný, léto a první půl roku 2010 patřily k nejteplejším. Usazení sopečného popela trvalo asi týden a to ještě byl prach přiživován další erupcí.
Podle http://www.21stoleti.cz/view.php?cisloclanku=2009061918

Na zemském povrchu je mezi 45–50 supervulkány. Erupce supervulkánů se nevyskytují příliš často jednou za 50 000–100 000 let.

Pyroklastický sopečný materiál ( tefra)se dělí:

• Sopečné pumy – nad 64 mm průměr
• Lapili – materiál 2 mm- 64 mm průměr
• Popílek – pod 2 mm průměr,
• Prach - menší než 1/16 mm, nejmenší částečka asi 0,5 mikrometru.

Sopečný popel na první pohled vypadá jako jemný prášek. Jde ale o materiál složený z nepravidelně utvářených částic s prohlubeninami a ostrými hranami, který má na Mohsově stupnici tvrdosti stupeň pět. Částice prachu jsou nerozpustné ve vodě. Když se namočí, vytvoří nejdříve bahno nebo řídkou kaši, a po uschnutí pevnou hmotu podobnou betonu - avšak hmotností desetinásobku čerstvého sněhu. Pokud sopečný prach nebo popel klesají za deště, mohou způsobit přetížení střech. Vzhledem ke svým vlastnostem sopečný prach působí jako abrazivní materiál. V domácnostech může způsobit mimo jiné opotřebení elektrických zařízení, které k provozu potřebují velké množství vzduchu, jako jsou počítače nebo vysavače
Podle http://zpravy.idnes.cz/video-islandsky-vulkan-chrli-lavu-popel-zmizi-za-dlouhe-mesice-p78-/zahranicni.asp?c=A100420_143248_zahranicni_aha
Částice padají o centimetry za sekundu. Teoreticky.
"Toto se týká pádové rychlosti v klidném vzduchu. V atmosféře jsou výstupné a sestupné pohyby a vítr, tomu všemu bude chování těch částic podřízeno," uvedla pro iDNES.cz Daniela Řezáčová z Ústavu fyziky atmosféry AV.
"Sestupné proudy se týkají tlakových výší, výstupné tlakových níží," doplnila. Vyhráno není ani když částice klesnou do výšky okolo 11 kilometrů, tedy míst, kde se mohou tvořit mraky, s nimiž se nečistoty "vyprší".
"Oblaky jsou prakticky výlučně spojené s výstupným prouděním, takže se tam částice budou zdržovat, pokud si je nezachytí vodní kapičky nebo ledové částice. Ono 'vymývání' vzduchu se bude odehrávat ve spodních hladinách mraku," upozornila Řezáčová.
Jisté je, že vyčištění atmosféry může trvat velmi dlouho - v řádu měsíců. "Částice mohou i několikrát obkroužit zeměkouli. Záleží, kde se potkají s nějakými vhodnými podmínkami či frontálním systémem," podotkl k 'vymytí' ovzduší Josef Keder, vedoucí oddělení modelování a expertíz z ČHMÚ.

Sopečný prach (červená barva) pod mikroskopem. Stonásobně zvětšeno. Žlutou barvou jsou vyznačené pylové částice.  foto: Česká geologická služba, Jakub Haloda

Zdroj:http://zpravy.idnes.cz/zahranicni.asp?c=A100423_150226_vedatech_jw

Tisícinásobně zvětšená částice vulkanického popela v Praze

Místo bodové analýzy chemického složení skla je vyznačeno rámečkem. Ve vzorku je hodně křemíku, hliníku, vápníku, kyslíku.

Pokusil jsem se něco spočítat, ale je to opravdu jen pokus:
Rychlost padající částečky ve vzduchu závisí především na její velikosti. Silně zjednodušený výpočet vychází ze vzorce pro odpor prostředí, kde
hustota vzduchu r= 1,29 kg/m3.
 r = poloměr částečky je 1 mikrometr, čili průměr 2 mikrometry, hustota popílku byla dána r_p= 2 000-2 500 kg/m3, součinitel odporu prostředí koule = 0,4
F_od = CS*1/2*rv²   a  tíhová síla F_od = F_g = mg = Vr_pg  .  Pak rychlost pohybu pro ustálenou rychlost při g= 9,81 m/s2 vychází v= 0,318 m/s až v= 0,356 m/s, čili asi 1/3 metru za sekundu.  To je velká rychlost. Ve větších výškách se rychlost ještě zvýší, protože je tam menší hustota vzduchu. Ve 35 km bude rychlost asi 8x vyšší, než při zemi. Hustota vzduchu klesá exponenciálně :
r_h=1,29*EXP(-0,127*h) , kde h[km], je výška v km. Jinak to lze napsat r_h=1,29*e^(-0,127*h)

Výsledky jsou jistě pochybné. Zde nejmenší uvažovaná částečka o průměru 0,2 mikrometru má rychlost pádu z výšky 35 km trvale pod 1 m/s, budeme tedy počítat asi 0,5 m/s. Z výšky 35 000 m tedy spadne za 70 000 sekund, čili asi za 19 a půl hodiny. Rychlost pádu částečky průměru 0,01 mikrometru ve druhém grafu červeně je průměrně asi 0,1 m/s. Čili pád by trval 350 000 s , asi 97 hodin.  Výpočet pomocí Stokesova vzorce zahrnujího viskozitu vzduchu jsou zcela odlišné. Kinematická viskozita vzduchu je při 101 hPa asi η₀=1,33.10^-5 m²/s

Pak pro částečku o poloměru 1 mikrometr , hustotu vzduchu 1,29 kg/m3 a hustotu materiálu 2 000 kg/m3 vychází asi v = 1,6.10^-4 m/s, čili asi 1/6 mm/s. Rychlost pádu částečky ve větších výškách je větší, řekněme v 35 km výšky podle předchozího grafu 10x, čili nějaký letmý průměr bude pod 1 mm/s. Doba pádu z výšky 10 km tedy bude 10 000 000 s, čili asi 116 dní.

Hodně podstatné se jeví, jestli výbuch sopky nastane v tropech, kde je troposféra až k 25 km nebo ve vyšších zeměpisných šířkách, kde je asi10-15 km. Teplý vzduch stoupá v chladnějším, narazí však na tropopausu, kde je několik km výškových konstantní teplota a nad ní teplota stoupá. Většina sopečné erupce tedy zůstane pod touto tropopausou. V tropech se více rozptýlí. V zimě se natahuje díky studenému vzduchu nad centrální Antarktidu vzduch i ze severní polokoule. Erupce tedy může zasáhnout celou atmosféru.
Zdá se to divné. ale na množství sopečného popela v atmosféře nezáleží z hlediska doby usazení.  Větší nebo menší počet částeček v 1 m3 nic neřeší - padají stejně rychle v závislosti hlavně na velikosti částice. Vliv vulkánů na klima ve 20. století je zdokumentován. Vliv erupce Pinatubo se blíží 0,5°C, doba ovlivnění klima je sotva 3 roky, částečky prostě spadnou. Vliv popela je tedy ochlazení, sopečné plyny ( CO2 a SO2) jsou skleníkové plyny- působí tedy oteplování. Oxid siřičitý končí jako aerosol síry nebo sírany a mají vliv na odraz slunečního záření do kosmu.

Vliv supervulkánů je velký zvláště na biosféru. Zhodnoceno je to např. v http://www.21stoleti.cz/view.php?cisloclanku=2009061918. Pokusil jsem se vyhledat stopy vlivu supervulkánů na globální teploty a dát to do grafů teplot. Podle www.czp.cuni.cz/knihovna/publikace/klimaticke-zmeny-web.pdf , kde autoři jsou meteorologové Metelka a Tolasc lze vyjádřit taploty od počátku vývoje Země.Doplnil jsem jen některé sopky.
Další sopky jsou vloženy do kratšího období, graf teplot je podle uvedeného holandského serveru.

Závěr: Supervulkány mohou zásadně ovlivnit život na Zemi. Vliv na klima je méně zřetelný. Kombinují se účinky ochlazovací ( popílek, který ale může padat nejvýše asi 3 roky), a oteplovací ( skleníkové plyny CO2 a SO2. Aerosoly síry mohou dlouhodobě ve stratosféře způsobovat ochlazení. Je otázka, jak vysoko se mohou dostat díky uvedené tropopause.
Podle National Geographic , Česko 2/2008ze dopad popílku supervulkánů Yellostowne a v Kalifornii na dnešní území USA znázornit následující mapkou.