Батур М. О., Сельбесоглу М. О. Дослідження поширення вулканічного шлейфу і впливу осадження попелу на альбедо снігу в Антарктиді

Ukr. geogr. z. 2026, 1, 41-54
Date of submission: 

22.02.2025

Date of acceptance: 

05.03.2026

Date of approval for printing: 

12.03.2026

Ukrainian Geographical Journal 2026 (1) | Український географічний журнал 2026 (1)
Мова публікації: 
English
Повний текст: 
PDF icon UGJ_2026_1_NatGeo_41.pdf
Автори: 
Батур М. О.
Сельбесоглу М. О.  
Стамбульський технічний університет, Стамбул, Туреччина

 

 
 

 

Резюме: 

Вулканічні виверження є важливим джерелом атмосферних аерозолів, що впливають на глобальний клімат шляхом зміни радіаційного балансу. У віддалених регіонах, таких як Антарктида, вулканічні попелові шлейфи від вивержень у Південній півкулі можуть впливати на альбедо снігу, змінюючи енергетичний баланс регіону. У цій роботі було досліджено поширення вулканічного попелу від південноамериканських вулканів над Антарктидою з використанням моделі HYSPLIT, а також дано аналіз впливу осадження попелу на альбедо снігу за допомогою моделі SNICAR-Adv3. Також в дослідженні було змодельовано різні сценарії вивержень і оцінено, як зміни оптичних властивостей снігу, зокрема альбедо, залежать від різних рівнів осадження вулканічного попелу. Отримані результати демонструють, що осадження попелу є найбільш значним у нижніх шарах атмосфери (0–4000 м) через гравітаційне осідання і близькість до поверхні, при цьому концентрація частинок у повітрі зменшується з висотою. Встановлено, що альбедо снігу може потенційно зменшуватися приблизно на 1 % внаслідок осадження вулканічного попелу. Результати свідчать про те, що поширення шлейфу та осадження попелу над Антарктидою можливі за певних атмосферних умов, однак ступінь впливу попелу на альбедо суттєво варіює. Така мінливість може призводити до прискореного танення снігу, впливати на кліматичну систему Антарктиди і змінювати ­регіональний енергетичний баланс.

Ключові слова: 
Антарктида, антарктичний клімат, альбедо снігу, зміни альбедо, поширення вулканічного попелу, гіпотетичне вулканічне виверження
Сторінки: 
041-054
Література: 
1. Liu, B., Zhao, C., Zhu, L. & Liu, J. (2021). Seasonal changes in arctic cooling after single mega volcanic eruption. Frontiers in Earth Scienceб 9: 688250. DOI: https://doi.org/10.3389/feart.2021.688250. 
2. Fang, S. W., Sigl, M., Toohey, M., Jungclaus, J., Zanchettin, D. & Timmreck, C. (2023). The role of small to moderate volcanic eruptions in the early 19th century climate. Geophysical Research Letters, 50(22): e2023GL105307.  DOI: https://doi.org/10.1029/2023GL105307.
3. Ramaswamy, V., Chanin, M. L., Angell, J., et al. (2001). Stratospheric temperature trends: Observations and model simulations. Reviews of Geophysics, 39(1), 71–122.  DOI: https://doi.org/10.1029/1999RG000065.
4. Gagné, M. E., Kirchmeier‐Young, M. C., Gillett, N. P., Fyfe, J. C. (2017). Arctic sea ice response to the eruptions of Agung, El Chichón, and Pinatubo. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 122(15), 8071–8078. DOI: https://doi.org/10.1002/2017JD027038.
5. Verona, L. S., Wainer, I., Stevenson, S. (2019). Volcanically triggered ocean warming near the Antarctic Peninsula. Scientific Reports, 9(1), 9462. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-019-45190-3. 
6. Yadav, R., Sahu, L. K., Beig, G. & Jaaffrey, S. N. A. (2016). Role of long-range transport and local meteorology in seasonal variation of surface ozone and its precursors at an urban site in India. Atmospheric Research, 176, 96–107. DOI: https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2016.02.018.  
7. Malinka, A., Ilkevich, Y., Prikhach, A., et al. (2023). Characteristics of the Snow Cover in East and West Antarctica and Their 20-Year Trends Retrieved from Satellite Remote Sensing Data. Environmental Sciences Proceedings, 29(1), 43. DOI: https://doi.org/10.3390/ECRS2023-15862.
8. Touzeau, A., Landais, A., Stenni, B., et al. (2016). Acquisition of isotopic composition for surface snow in East Antarctica and the links to climatic parameters. The Cryosphere, 10(2), 837–852. DOI: https://doi.org/10.5194/tc-10-837-2016. 
9. Moran-Zuloaga, D., Merchan-Merchan, W., Rodriguez-Caballero, E., Mulas, M. & Hernick, P. (2024). Long-range transport and microscopy analysis of Sangay volcanic ashes in Ecuador. Air Quality, Atmosphere & Health, 17(1), 155–175. DOI: https://doi.org/10.1007/s11869-023-01434-w. 
10. Ansmann, A., Tesche, M., Groß, S., Freudenthaler, V., Seifert, P., Hiebsch, A., & Wiegner M. (2010). The 16 April 2010 major volcanic ash plume over central Europe: EARLINET lidar and AERONET photometer observations at Leipzig and Munich, Germany. Geophysical Research Letters, 37(13). DOI: https://doi.org/10.1029/2010GL043809.
11. Schäfer, K., Thomas, W., Peters, A., et al. (2011). Influences of the 2010 Eyjafjallajökull volcanic plume on air quality in the northern Alpine region. Atmospheric Chemistry and Physics, 11(16), 8555–8575. DOI: https://doi.org/10.5194/acp-11-8555-2011.
12. Cole‐Dai, J., Mosley‐Thompson, E., Thompson, L. G. (1997). Annually resolved southern hemisphere volcanic history from two Antarctic ice cores. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 102(D14), 16761–16771. DOI: https://doi.org/10.1029/97jD01394.
13. Hildreth, W., Drake, R. E. (1992). Volcán Quizapu, Chilean Andes. Bulletin of Volcanology, 54: 93–125. DOI: https://doi.org/10.1007/BF00278002.
14. Narcisi, B., Petit, J. R., Delmonte, B., Batanova, V. & Savarino, J. (2019). Multiple sources for tephra from AD 1259 volcanic signal in Antarctic ice cores. Quaternary Science Reviews, 210, 164–174. DOI: https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2019.03.005.
15. Castellano, E., Becagli, S., Hansson, M., et al. (2005). Holocene volcanic history as recorded in the sulfate stratigraphy of the European Project for Ice Coring in Antarctica Dome C (EDC96) ice core. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 110, D06114. DOI: https://doi.org/10.1029/2004jD005259. 
16. Kratzmann, D. J., Carey, S., Scasso, R. & Naranjo, J. A. (2009). Compositional variations and magma mixing in the 1991 eruptions of Hudson volcano, Chile. Bulletin of Volcanology, 71, 419–439. DOI: https://doi.org/10.1007/s00445-008-0234-x. 
17. Solomon, S., Ivy, D. J., Kinnison, D., Mills, M. J., Neely, R. R. & Schmidt, A. (2016). Emergence of healing in the Antarctic ozone layer. Science, 353, 269–274. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aae0061.
18. Stone, K. A., Solomon, S., Kinnison, D. E., et al. (2015). Observing the Impact of Calbuco Volcanic Aerosols on South Polar Ozone Depletion in 2015. J. Geophys. Res.-Atmos. 122: 11862–811879. DOI: https://doi.org/10.1002/2017JD026987.
19. Ramos, V. A. (2021). Fifty years of plate tectonics in the Central Andes. Journal of South American Earth Sciences, 105, 102997. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jsames.2020.102997.
20. Cembrano, J., Lara, L. (2009). The link between volcanism and tectonics in the southern volcanic zone of the Chilean Andes: A review. Tectonophysics, 471(1–2), 96–113. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tecto.2009.02.038.
21. Global Volcanism Program (2013). In: Venzke, E. (Ed.), Volcanoes of the World, v. 4.10.5 (27 Jan 2022). Smithsonian Institution. DOI: https://doi.org/10.5479/si.GVP.VOTW4-2013. Downloaded 28 Jan 2022.
22. Romero, J. E., Morgavi, D., Arzilli, F., et al. (2016). Eruption dynamics of the 22–23 April 2015 Calbuco Volcano (Southern Chile): Analyses of tephra fall deposits. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 317, 15–29. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2016.02.027.
23. Cabrera, L., Ardid, A., Melchor, I., et al. (2024). Eruption forecasting model for Copahue volcano (southern Andes) using seismic data and machine learning: A joint interpretation with geodetic data (GNSS and InSAR). Seismol. Res. Lett., 95(5), 2595-2610. DOI: https://doi.org/10.1785/0220240022.
24. Mastin, L. G., Guffanti, M., Ewert, J. E. & Spiegel, J. (2009). Preliminary spreadsheet of eruption source parameters for volcanoes of the world. US Geological Survey open-file report 1133: 25. URL: http://pubs.usgs.gov/of/2009/1133/   
25. Qor‐el‐aine, A., Béres, A., Géczi, G. (2022). Dust storm simulation over the Sahara Desert (Moroccan and Mauritanian regions) using HYSPLIT. Atmospheric Science Letters, 23(4), e1076.  DOI: https://doi.org/10.1002/asl.1076.
26. Bektaş, S., Lüle, S. Ş. (2022). An integrated method for atmospheric dispersion and corresponding risks: Application to ITU TRIGA Mark II research reactor. Progress in Nuclear Energy, 143, 104039. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2021.104039.
27. Li, Y., Tong, D. Q., Ngan, F., et al. (2020). Ensemble PM2. 5 forecasting during the 2018 camp fire event using the HYSPLIT transport and dispersion model. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 125(15), e2020JD032768.  DOI: https://doi.org/10.1029/2020JD032768.
28. Paez, P. A., Cogliati, M. G., Caselli, A. T. & Monasterio A. M. (2021). An analysis of volcanic SO2 and ash emissions from Copahue volcano. Journal of South American Earth Sciences, 110, 103365. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jsames.2021.103365.  
29. Draxler, R. R., Rolph, G. D. (2010). HYSPLIT (HYbrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory) model access via NOAA ARL READY website (http://ready. arl. noaa. gov/HYSPLIT. php) NOAA Air Resources Laboratory. Silver Spring MD, 25(1).
30. Beres, N. D., Lapuerta, M., Cereceda-Balic, F. & Moosmüller, H. (2020). Snow surface albedo sensitivity to black carbon: Radiative transfer modelling. Atmosphere, 11(10), 1077. DOI: https://doi.org/10.3390/atmos11101077.
31. Whicker, C. A., Flanner, M. G., Dang, C., Zender, C. S., Cook, J. M. & Gardner, A. S. (2022). SNICAR-ADv4: a physically based radiative transfer model to represent the spectral albedo of glacier ice. The Cryosphere, 16(4), 1197–1220. DOI: https://doi.org/10.5194/tc-16-1197-2022.
32. Temgoua, F. M., Nguimdo, L. A., & Njomo, D. (2024). Two-Stream Approximation to the Radiative Transfer Equation: A New Improvement and Comparative Accuracy with Existing Methods. Advances in Atmospheric Sciences, 41(2), 278–292. DOI: https://doi.org/10.5194/tc-16-1197-2022.
33. Warren, S. G. (1982). Optical properties of snow. Reviews of Geophysics and Space Physics, 20(1), 67–89. DOI: https://doi.org/10.1029/RG020i001p00067.
34. Gardner, A. S., Sharp, M. J. (2010). A review of snow and ice albedo and the development of a new physically based broadband albedo parameterization. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 115(F1). DOI: https://doi.org/10.1029/2009JF001444.
35. Hansen, J., & Nazarenko, L. (2004). Soot climate forcing via snow and ice albedos. Proceedings of the National Academy of Sciences, 101(2), 423–428. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2237157100.
36. Flanner, M. G., Zender, C. S., Randerson, J. T. & Rasch, P. J. (2007). Present-day climate forcing and response from black carbon in snow. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 112(D11). DOI: https://doi.org/10.1029/2006JD008003.
37. Qu, X., Hall, A. (2007). What controls the strength of snow-albedo feedback? Journal of Climate, 20(15), 3971–3981. DOI: https://doi.org/10.1175/JCLI4186.1.
38. Doherty, S. J., Warren, S. G., Grenfell, T. C., Clarke, A. D. & Brandt, R. E. (2013). Light-absorbing impurities in Arctic snow. Atmospheric Chemistry and Physics, 13(23), 11543–11560. DOI: https://doi.org/10.5194/acp-13-11543-2013.
39. Conway, H., Gades, A., & Raymond, C. F. (1996). Albedo of dirty snow during conditions of melt. Water Resources Research, 32(6), 1713–1718. DOI: https://doi.org/10.1029/96WR00712.
40. Skiles, S. M., Flanner, M., Cook, J. M., Dumont, M. & Painter, T. H. (2018). Radiative forcing by light-absorbing particles in snow. Nature Climate Change, 8(11), 964–971. DOI: https://doi.org/10.1038/s41558-018-0296-5. 
41. Tedesco, M., Doherty, S., Fettweis, X., Alexander, P., Jeyaratnam, J. & Stroeve, J. (2016). The darkening of the Greenland ice sheet: Trends, drivers, and projections (1981–2100). The Cryosphere, 10(2): 477–496. DOI: https://doi.org/10.5194/tc-10-477-2016.
42. Rignot, E., Mouginot, J., Scheuchl, B., van den Broeke, M., van Wessem, M. J., & Morlighem, M. (2019). Four decades of Antarctic Ice Sheet mass balance from 1979–2017. Proceedings of the National Academy of Sciences, 116(4), 1095–1103. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1812883116.
43. Serreze, M. C., Barry, R. G. (2011). Processes and impacts of Arctic amplification: A research synthesis. Global and Planetary Change, 77(1–2), 85–96. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2011.03.004.
44. Bond, T. C., Doherty, S. J., & Fahey, D. W. (2013). Bounding the role of black carbon in the climate system: A scientific assessment. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 118(11), 5380–5552. DOI: https://doi.org/10.1002/jgrd.50171.
45. Robock, A. (2000). Volcanic eruptions and climate. Reviews of Geophysics, 38(2), 191–219. DOI: https://doi.org/10.1029/1998RG000054.
46. Schmidt, A., Mills, M. J., Ghan, S., et al. (2018). Volcanic radiative forcing from 1979 to 2015. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 123(22), 12491–12508. DOI: https://doi.org/10.1029/2018JD028776.

 

DOI: 
https://doi.org/10.15407/ugz2026.01.041