חורף געשי
תולדות המחקר על החורף הגעשי

השתאות האדם ועולם המדע מהתפרצויות געשיות הייתה מאז ומעולם. דיווחים על חושך ממושך, הקשורים לעיתים קרובות למזג אוויר קר וקשה, נפוצים במיתוסים ובאגדות של תרבויות רבות. פפירוסים מצריים מאששים את הסיפור המקראי בספר שמות לפיו היה חושך סמיך בכל ארץ מצרים במשך שלושה ימים. סיפורים דומים ניתן למצוא בספרות עתיקה של אשור, יוון ובתרבות המאיה. אזכורים כאלה העידו על אסונות טבע הרסניים, כגון מפגשים או התנגשויות עם כוכבי שביט, בתקופות היסטוריות מוקדמות. הסבר אפשרי אחר עולה מהדמיון של דיווחים אלה לתיעוד מתקופות קרובות יותר לזמננו על התופעות שלאחר התפרצויות געשיות. על כן, יש הקושרים את מכת החושך וגשם האפר המוזכרים במקרא ובפפירוסים עם ההתפרצות של סנטוריני (תירה) בים האגאי באלף השני לפני הספירה שתרם להכחדתה של כרתים המינואית. ככל הידוע, להתפרצות זו היו השלכות אפילו בסין.
הרי הגעש נחשבו זה מכבר כגורם אפשרי לשינויי מזג האוויר והאקלים. אפילו לפני 2000 שנה הצביע הפילוסוף פּלוּטַרכוֹס, כי התפרצות הר אטנה בשנת 44 לפני הספירה עמעמה את אור השמש וטען שהתקררות שנבעה מכך פגעה ביבולים וכתוצאה מכך היה רעב ברומא ובמצרים. פרסומים נוספים בנושא זה לא הופיעו עד שבנג'מין פרנקלין הציע, כי התפרצות לאקי באיסלנד בשנת 1783 הביאה כנראה לקיץ הקר באופן חריג של שנת 1783 באירופה ולחורף הקר שבעקבותיו. המחקר השיטתי בנושא זה החל בתחילת המאה ה-20. ויליאם המפריס ב-1913 קשר בין ירידות בטמפרטורה לאחר התפרצויות געשיות גדולות לבין ההשפעות של אירוסולים סטרטוספריים, אך לא היו לו די נתונים כדי לכמת את ההשפעות.
עד שנות השישים של המאה ה-20 ניתן היה לחקור את ההתפרצויות הוולקניות שהתרחשו לאחר שנת 1500 ולהן היה תיעוד כלשהו בכתובים. לם במאמרו מ-1970 תיאר את הקשר בין התפרצות געשית לאקלים ותיעד התפרצויות געשיות החל משנת 1500. בהמשך נערכו עבודות שבדקו את ההשפעות של התפרצויות של הרי געש על האקלים ונוצרה הבנה עמוקה ומורכבת יותר של ההשלכות.
סדרה של טכניקות חדשות שפותחו במהלך שנות השישים ובהמשך, כולל תיארוך באמצעות פחמן רדיואקטיבי, ספירת אבקה פרחים, קידוחי ליבת קרח וים, משקעי מערות (ספלאותם) וניתוח טבעות עצים, סיפקו רמזים חדשים וחשובים על העבר הוולקני והאקלימי הרחוק של כדור הארץ (שנע בין מאה אלף למיליוני שנים). טכניקות אלה אפשרו קירוב ראשוני של תאריכי אירועי העבר הגדולים, וחשפו התפרצויות לא ידועות בעבר בקנה מידה קטסטרופלי. הטכניקות החדשות אפשרו לקבוע לא רק כרונולוגיות של אירועי עבר, אלא גם סיפקו נתונים שאפשרו לשער את גודלן והשפעתן האקלימית והסביבתית, אם כי הדבר היה תלוי במידה רבה בניחושים ובאקסטרפולציה של נתונים מהימנים מאירועים וולקניים אחרונים. מכאן, העבר הוולקני הרחוק היה עניין של פרשנות, ונטה להיות מתואר על ידי כמה וולקנולוגים במונחים של תרחישים קטסטרופליים, חלקם הגרועים ביותר.
ישנן עדויות לכך שחורפים געשיים התרחשו מספר פעמים לאורך ההיסטוריה של כדור הארץ, בדרגות חומרה שונות. 47 הרי געש בעולם ידועים ביכולתם להתפרצויות-על המסוגלים לגרום להשלכות הרסניות ביותר ברחבי הגלובוס. התפרצויות כאלה יכולות להתרחש כל 100,000 עד 200,000 שנה לערך.
בסולם מדדי הנפץ הוולקני (VEI) המייצג את עוצמתה של התפרצות, התפרצויות-העל הן בדרגה 8. (לשם השוואה: התפרצות Eyjafjallajökull המפורסמת באיסלנד בשנת 2010 תואמת ל- VEI של 4). ההסתברות להתרחשותן של התפרצויות כאלה נמוכה ביותר, אך עקב עוצמתם הגבוהה, ההשלכות של התפרצויות כאלה הם קטסטרופליות. 42 התפרצויות-על זוהו ב -36 מיליון השנים האחרונות. כך למשל ידוע על התפרצות הר הגעש של עמק לונג (לפני 700,000 שנה) וקלדרת ילוסטון (לפני 600,000 שנה) בארצות הברית, טובה באינדונזיה (לפני 74,000 שנה) וטאופו בניו זילנד (לפני 26,500 שנה).
התפרצות-העל של טובה, שהתרחשה לאחר הופעתם האבולוציונית של בני האדם, הפכה למודל של השפעות הרות האסון של הרי געש על האנושות ועל אקלים כדור הארץ, ממנו הרבו להקיש לגבי ההשלכות של התפרצויות עוצמתיות. ההר התפרץ בעוצמה הגבוהה ביותר (VEI - 8), ופלט כ־1015-1016 גרם אפר דק וגזים של גופרית לסטרטוספרה. עדויות של ליבת קרח מצביעות על כך שהטמפרטורות הממוצעות בעולם צללו 3–5 מעלות צלזיוס למשך מספר שנים לאחר ההתפרצות. אירוע זה, החמיר את עוצמת עידן קרח על פני כדור הארץ שהחל לפני ההתפרצות, וכמעט הכחיד את בני האדם המודרניים. לטענת הדוגלים בסברה זו נותרו כנראה רק בין 3,000-10,000 בני אדם באפריקה הטרופית. אך ממצאים חדשים מהשנים האחרונות סותרים טענה זו ומעידים על חברה אנושית מתקדמת שהמשיכה להתקיים באותה תקופה באזורים שונים בעולם. היום יש הטוענים כי עדויות עכשוויות אלה מובילות אותנו לדחות סופית את ההשערה שאירוע טובה הביא להתקררות עולמית עמוקה ולהכחדה המונית של בני אדם מחוץ לאפריקה הטרופית, וכי השאלות היחידות שעוד לא נענו לגבי התפרצות זו הן כיצד ומדוע להתפרצות העל של טובה הייתה יכולה להיות השפעה כה מוגבלת.
בעוד שטובה סיפק הזדמנות להעריך את השבריריות או החוסן של מערכת האקלים ואת ההשלכות האפשריות של התפרצות-על על הצמחייה והציוויליזציה האנושית, הקלימטולוגים טענו שיש להיות זהירים במסקנות, מכיוון שהנתונים היו דלילים ועקיפים, וזמינים רק באמצעות מדדים עקיפים שפרושם דורש ניסיון ומיומנות רבה.
כיום, יש הסכמה בין החוקרים שהתפרצויות געשיות הן גורם חשוב המשפיע על אקלים. עם זאת אין עדין הסכמה על מידת ההשפעה, מפני שממצאי מחקרים שונים אינם מתיישבים יחד. אין הסכמה בין עצמת הקירור שמנבאים מודלים של הדמיה לבין הנתונים הפליאונטולוגיים המעידים על שינויי אקלים מתונים בהרבה. כמו כן, בעזרת סימולציות במודלים עדכניים נמצא כי לגז גופרית דו-חמצנית (SO2) יש תכונות של גז חממה שממתן את האפקט המקרר שמפעילים אירוסולים גופריתיים. יש גם להדגיש שהתפרצויות געשיות אף אם הן גדולות אינן משפיעות על האקלים באופן אחיד ויכולות להיות שונות במידה ניכרת זו מזו.