月食は中世の火山活動のタイミングと気候への影響を明らかにする

Sep 14, 2023

Nature volume 616、pages 90–95 (2023)この記事を引用

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814 オルトメトリック

メトリクスの詳細

爆発的な火山活動は、年単位から百年単位の時間スケールでの気候変動の主な原因です1。 噴火による気候変動が遠方に及ぼす社会への影響を理解するには、確実な事象年代記と、火山硫酸塩エアロゾルの負荷と高度（つまり、対流圏と成層圏）の両方の信頼できる推定が必要です2,3。 しかし、氷床コア年代測定の進歩にもかかわらず、これらの重要な要素には不確実性が残っています4。 このことは、中世の温暖な気候異常から小氷河期への移行に関与していると考えられている中世盛期（HMP、西暦1100年～1300年）における一時的に集中した大規模な噴火の役割の調査を特に妨げている5。 ここで我々は、皆既月食に関する当時の報告の分析を利用して、HMP 中の爆発的火山活動に新たな光を当て、そこから成層圏の濁度の時系列を導き出します。 この新しい記録をエアロゾル モデル シミュレーションおよび年輪ベースの気候プロキシと組み合わせることで、5 つの注目すべき噴火の推定日付を精密化し、それぞれを成層圏のエアロゾル ベールと関連付けます。 さらに 5 回の噴火があり、その中には西暦 1182 年頃のグリーンランド上空での大量の硫黄の堆積を引き起こした噴火も含まれていますが、影響を受けたのは対流圏のみで、気候への影響は穏やかでした。 私たちの発見は、火山噴火に対する数十年規模から百年規模の気候反応のさらなる調査への裏付けを提供します。

大規模な爆発的な火山噴火では、大量の硫黄含有ガスが成層圏に注入され、そこで硫酸塩エアロゾルが生成されます1。 その結果として生じるエアロゾルのベールは、地球のエネルギー収支を乱し、季節的および地域的な表面温度と降水量の異常を引き起こし、その深刻さは社会的脆弱性と組み合わさって、農業および牧草地の不足、内乱および政治的不安、疫病および移住といった歴史的な事例と関連付けられている6。 地質学的記録は、放射性炭素やその他の放射測定法に基づいた年表とともに、過去の火山活動の主な証拠を構成していますが、極地の氷床コアは、硫黄の堆積時系列の編集を通じておそらく気候的に注目すべき火山活動の最も包括的でアクセスしやすい全体像を提供します2,4。 このような記録で特に注目すべきは、西暦 1108 年から 1110 年頃の一連のイベント (参考文献 7) に始まり、西暦 1257 年頃の巨大なサマラス噴火を含む、HMP (12 世紀頃および 13 世紀頃) の硫黄に富んだ噴火の急増です。 (参考文献8、9)。 これらの出来事は、実質的な寒冷化と生存危機と関連しており 7,9 、それらの強制の複合効果が小氷河期の始まりの原因であると考えられています 5。

氷床コアからの過去の火山現象の年代測定には、時間的および空間的に変動する硫黄の堆積10、制約が不十分な年代モデル11、12、13、および堆積速度と堆積後のプロセスに関連する層カウントの不確実性につながる大気輸送の複雑さのため、いくつかの課題が存在します3。 。 さらなる課題は、火山エアロゾルの対流圏と成層圏の輸送の区別であり、後者は気候を強制する爆発的噴火をより示唆しています4。 氷床コアで測定された硫黄同位体比はこの区別に役立ちますが、このアプローチは広く適用されておらず、対流圏と下層成層圏（オゾン層より下）のエアロゾル輸送を必ずしも区別できるわけではありません3,14。

成層圏に火山塵のベールが存在することによって起こる、まれでしばしば視覚的に壮観な大気の光学現象（太陽の減光、コロナやビショップリング、黄昏の独特の色合い、暗い皆既月食など）は、記録する価値のある前兆と長い間考えられてきました。 。 このような現象への言及は、紀元前 1500 年から西暦 1000 年 (参考文献 2、15)、西暦 1500 年から 1880 年 (参考文献 16、17)、および西暦 1880 年から 2000 年 (参考文献) の期間における火山活動の時期と影響を評価するための独立した証拠を提供しています。 .18,19）。 ここでは、過去の研究における注目すべき欠損、つまり HMP と、皆既月食の色に関するユーラシア情報源の参照に焦点を当てます。なぜなら、皆既月食は比較的頻繁に発生し、その発生は天文学的な遡及計算によって正確に知られているからです。 私たちは、中世の月食の記録から火山塵のベールの独立した代理を導き出し、その結果として得られた時系列を、気候モデルの出力と年輪からの夏の気温の再構成と組み合わせて使用​​し、NS1-2011 (グリーンランド) と WD2014 (南極) を改良します。氷床コア年代表は、これまで HMP 噴火のタイミングに主な制約を与えてきました 2,4。 年表では、推定 10 Tg を超える火山成層圏硫黄注入 (VSSI) を引き起こした 7 つの HMP 噴火が特定されています。 それらはそれぞれ、過去 2,500 年間の VSSI イベントの上位 16 位にランクされています (参考文献 2、4)。 推定噴火年は西暦 1108 年 (UE1、UE は未確認噴火を意味します。方法を参照)、西暦 1171 年 (UE2)、西暦 1182 年 (UE3)、西暦 1230 年 (UE4)、西暦 1257 年 (サマラス)、西暦 1276 年 (UE5) です。 ) および 1286 ce (UE6)。 我々はこれらの事象を13の小規模なHMP噴火と併せて考慮し、噴火の年と季節に関する既存の推定を確認または改良し、対流圏と成層圏のエアロゾルベールを区別しようとしている。

日食中の月の明るさは、成層圏のエアロゾル量に非常に敏感です。 暗い皆既月食は濁度が高いことを示しますが、円盤の色が赤ければ成層圏が澄んでいることを示します18,19。 中世の気候異常から小氷河期への移行期にわたる過去の成層圏の濁度を再構築するために、信頼できる月食観測を求めて、12世紀から13世紀に書かれた歴史的資料の大規模なコーパス（補足データセットS1）を包括的に再調査しました（図1）。 。 中国と韓国では、月食は公式の天文学者によって記録され、王朝の公式歴史の天文論文や五行論などの資料に保存されていますが、日本の日食の観察は、廷臣の日記、年代記、記録など、より多様な文書で発見されています。寺院の記録。 ヨーロッパでは、修道院や町の年代記や年代記が主な情報源となっています。 アラビア語の情報源では、月食の観察は普遍的な年代記で頻繁に見られます20。

a、スペイン、ブルゴス近郊のサント・ドミンゴ・デ・シロス修道院のベアトゥス・オブ・リエバナによる黙示録の解説、西暦1090年から1109年。 クレジット: 大英図書館委員会 (追加 MS 11695、f108r)。 ミニチュアの下部、皆既日食を表す左側の黒い丸と皆既月食を表す右側の赤い丸の間にあるテキストは、「hic sol obscurabitur et luna in Sanguine versa est」（および太陽は隠され、月は血に変わった。」) 血のように赤い月食は、黙示録の可能性のある兆候の1つと見なされていました。 中世の月食に関する記述は黙示録に従うことが多く、聖書が月食とその色を記録する正当化とインスピレーションを提供したことを示唆しています。 b、ヨハネス・デ・サクロボスコによる13世紀の月食の描写。 クレジット: ニューヨーク公共図書館 (De Sphaera、MssCol 2557、f112v)。 c、西暦 1229 年 12 月 2 日の皆既月食について記した、藤原定家による明月記の日記の複製。 クレジット: 明月記、vol. 4, pp. 517, 2000. 冷泉家時雨亭文庫。 東京：朝日新聞社。 定家はこの出来事について二度言及している。 図は最初のエントリを示しています。「[…]空には遠くまで雲がなく、丘の上の月が日食で現れ、しばらくの間、[その光は]暗い夜のように貧弱でした。約1時間」その後、徐々に明るくなり、[日食中に] 消えた後は特に明るくなりました。」 4 日後に書かれた 2 番目のエントリでは、月の異常な色が詳しく説明されています。 何世紀にもわたって、明月記のいくつかの部分は切り取られ、西暦 1229 年 12 月 6 日の記載は個人コレクションに保管されています 49,50。

月食の最新カタログ21、22、64年（ヨーロッパ）、59年（中東）、64年（東アジア）の皆既月食は西暦1100年から1300年の間に発生し、天候がよければ見られたであろう。 ヨーロッパでは合計 180 件、中東では 10 件、東アジアでは 199 件の報告があり、それぞれ 51 件、7 件、61 件の皆既月食が記録されています。 ヨーロッパでは、12 回の個々の日食が 1 つの現存する情報源のみで記述されていますが、多くはいくつかの記述で裏付けられており、西暦 1161 年 2 月 11 日の日食の場合は最大 16 回です (補足データセット S1)。 ヨーロッパにおける逆計算日食の観測結果を発見するというこの成功（80%; 拡張データ表 1）は注目に値し、より文書が豊富である後期の成功と比較できる16,17（たとえば、82%、西暦 1665 ～ 1881 年）。 。 これは、ヨーロッパ全土の修道院共同体の現代の増殖と地理的範囲を反映しており 20、これにより晴天の観測の全体的な可能性が向上し、一部の年代記者が天体現象に注目した 23。 すべての修道院が計時用の水時計や天体観測装置を所有しているわけではないため、祈りの時間を計算するには太陽、月、星の観察が必要でした 24,25,26。 月齢の正確な観測は、復活祭の満月を正確に特定するためにも重要であり、復活祭の日曜日と典礼年の他のすべての移動祝日の重要な参照点として機能しました25,27。 東アジアの記録には観測ではなく予測が含まれることもあり28、このため、中国、韓国、日本の観測者によって記録された日食の割合は計算されていません。

西洋と東洋のキリスト教の情報源を合わせて、36 回の日食の月の色と明るさに関する情報が得られます (図 2a)。 アジアの記録にはこのような明るさへの配慮はほとんど見られず 20,29 、色彩について記述している記録は 1 つだけである。 西洋および東洋のキリスト教の情報源における「血のように赤い月」への言及は、おそらくヨハネの黙示録などの文書によって知らされており、そこでは血の月が地震や日食とともに終末の前兆であるとされています（黙示録 6: 12〜17;図1a)。 月食の色はキリスト教の観察者にとって特別な意味が込められており、災害を予感させる不吉な前兆とみなされ26,30,31、中世の自然現象の認識に対する聖書の影響が強調されました32。 これは、月食の物理的な原因が中世の年代記作家全員に知られていなかったという意味ではありません31。 古代バビロニア人、ギリシャ人、そしてその後のイスラム教徒の天文学者は、日食のメカニズムを理解しただけでなく、月食を予測することもできました20。そしてこの知識は、現代の天文論文 (たとえば、De Lunationibus、西暦 1112 年、De Dracone など) に明らかなように、最終的に中世ヨーロッパに伝わりました。 、西暦 1120 ～ 1121 年、マルバーンのウォルチャー作 33; デ スファエラ、西暦 1230 年頃、ヨハネス デ サクロボスコ作 34; 図 1b)。 中世には月食の自然解釈と超自然解釈の両方が共存し 31 、これが 2 世紀にわたるほぼ完全な一連の月食の色彩の回復を支えました (図 2a)。

a、西暦1100年から1300年までのヨーロッパ、中東、東アジアの歴史的資料から取得した皆既月食の説明（補足データセットS1）、ダンジョンスケール（右y軸）で評価し、同等の世界平均SAOD550（SAOD at 550）に変換nm; 左の y 軸)。 b. グリーンランド NEEM-2011-S1 (青色の線) および南極 WDC06A (灰色の線) の氷床コアからの月次分解非海塩硫黄濃度 2。

ソースデータ

私たちは、観察されたそれぞれの日食の色と明るさを、肉眼での月の明るさを定量化するダンジョンスケール35で評価しました。 その範囲は、L = 0 (非常に暗い) から L = 4 (非常に明るい赤銅色またはオレンジ色の日食) です。 ユーラシアの情報源で記録された明るさのある37の皆既月食のうち、L = 0と評価されたのは6つだけであり、そのような観察の希少性と重要性が強調されています（図2aおよび補足データセットS1）。 これらの出来事は、西暦1110年5月5日から6日、西暦1172年1月12日から13日、西暦1229年12月2日から3日、西暦1258年5月18日から19日、西暦1258年11月12日から13日、そして西暦1276年11月22日から23日の夜に発生した。 すべての証言は補足データセット S1 で報告されており、各記述は月円盤のほぼ完全かつ長期にわたる消失を強調しています。 最も顕著な記述の 1 つは、日本の情報源から検索されたもので、西暦 1229 年 12 月 2 日の皆既月食に関するものです。 アジアの情報源では色彩について詳しく説明することはほとんどありませんが20,29、藤原定家（藤原定家、1162年から1241年）が書いた「明月記」には、晴天にもかかわらず非常に暗い月食が報告されています。 明月記は、月の色が非常に異常であると考えられ、天文学者たちがその出現に恐怖を表明したと記している。「最近の皆既月食については、これまでにも皆既月食があったが、昔の人たちは今回のような月食を見たことがなかった。月の円盤の位置は、まるで日食の最中に消えてしまったかのように見えず、しかも継続期間が非常に長く、変化が激しいので、本当に恐ろしいものでした。 [そのようなこと]について聞いたことも見たこともありませんでした;公式の天文学者はそれについて恐れながら話しました[…]」(図1cおよび補足データセットS1)。

西暦 1110 年 5 月、西暦 1172 年 1 月、西暦 1229 年 12 月、西暦 1258 年 5 月、西暦 1258 年 11 月、西暦 1276 年 11 月のすべての暗い (L = 0) 月食は、HMP で記録された 7 つの最大の火山硫酸塩信号のうちの 5 つと同時代のものです。極氷コア（UE1、UE2、UE4、サマラス、UE5、図2b）は、日食された月の暗さが成層圏の火山エアロゾルの存在に関連していることを強く示唆しています。 この発見は、西暦 1600 年以降、大規模な火山噴火に続いて、非常に暗い皆既月食がすべて発見されたという以前の研究を反映しています 16、17、18、19、36 (拡張データ表 2)。 上位 7 つの HMP 噴火のうち残りの 2 つ、西暦 1182 年頃 (UE3) と西暦 1286 年頃 (UE6) では、赤みを帯びた (L = 3 ～ 4) 皆既月食の記述は、1179 年 8 月、1182 年 12 月、および 1287 年 10 月の成層圏の濁度が低いことを示しています。セ。

私たちは、日食記録、全球エアロゾルシミュレーション、最新の衛星観測、年輪復元から得た証拠を統合する 4 段階の手順を開発することで、HMP 噴火のタイミングを制約しました (方法と拡張データ図 1 を参照)。 まず、歴史的アーカイブで報告された月食の出現はダンジョンスケールで評価され、参考文献に従って成層圏エアロゾル光学深度（SAOD）に変換されました。 16、17、18、19は、西暦1880年から1888年と西暦1960年から2001年の間によく観察された46回の月食について、暗い皆既月食（L = 0）はSAODが約0.1を超えた場合にのみ発生したことを示しました。 次に、1883 年のクラカタウ噴火と 1991 年のピナツボ噴火の観測 (Sato/GISS および GloSSAC v2 データセットから) 37,38、SAOD シミュレーション 39 (UE1 から UE6 および西暦 1257 年頃のサマラスと西暦 1815 年タンボラの両方の eVolv2k データセットから) を利用します。噴火）と IPSL-CM5A-LR40 気候モデル出力（サマラスとタンボラ）を使用して、噴火後の成層圏濁度の上昇期間、つまり SAOD ≥ 0.1 を評価しました。 これは、皆既月食は噴火後 3 ～ 20 か月の間に暗く観察される可能性が最も高いことを示唆しています。 したがって、暗い月食の観察を考慮すると、原因となった噴火は 20 ～ 3 か月前に発生したと考えられます。 この仮定は、1600 年以降の 7 つの最大の VSSI 現象を考慮すると裏付けられます。これらのイベントはすべて、9 年（1912 年頃カトマイ、1982 年頃エル・チチョン）、14 年（1815 年頃タンボラ、1883 年頃クラカタウ）、18 年（1991 年頃）の間で暗い月食が続いていました。西暦ピナツボ）と 20 か月後（西暦 1600 年ワイナプティナ）（拡張データ表 2）。 1963 年のアグン噴火の事例は、この噴火から 10、15、21 か月後に起こった 3 回の月食のうち、最後のもの (3 ～ 20 か月の範囲外) だけが評価されなかったため、私たちのアプローチをさらに裏付けています。 Danjon スケールでは L = 0 (拡張データ表 2)。 次に、各 HMP 噴火のタイミングにさらなる制約を与えるために、火山後の気候反応について、独立した日付の北半球の年輪に基づく夏の気温の再構築を評価しました (Sch2015 (参考文献 41)、N-TREND2015 (参考文献 42))。 、NVOLC v2 (参考文献 7))。

UE2 (図 3a) を例にとると、西暦 1172 年 1 月の暗い月食の日付と eVolv2k、Sato/GISS、および GloSSAC v2 データセットを組み合わせると、イベントが 1170 年 7 月から 10 月の間に発生した可能性が高い、または非常に高いことがわかります。西暦1171年（図3b）。 Sch2015とNVOLC v2で観測された西暦1172年夏にピークの冷却が見られたため、西暦1170年夏から西暦1171年秋までの間に噴火が起こる可能性が低下する（図3c）。 したがって、噴火日は西暦 1171 年 5 月から 8 月の間とみなします (図 3d)。 同様に、他の大規模な HMP イベントの推定時間枠を、北半球の冬 1108/1109 年 (UE1、拡張データ図 2)、北半球の春/夏 1229 年 (UE4)、およびサマラスの北半球の春/夏 1257 年に制限します。 (図3d)。 サマラス噴火のこの洗練された時期は、インドネシアでの降灰の等層パターンと一致しており8、乾季噴火（5月から10月の間）を示しており、西暦1256年の噴火日に関する議論に反論している43。 UE5 の場合、西暦 1275 年 9 月から 1276 年 7 月までの時間枠が見つかりました (拡張データ図 2)。 この場合、顕著な夏の寒冷化は年輪ベースの温度再構成では明らかではないため、これ以上の制約は不可能です (拡張データ図 2)。

a. 火山成層圏エアロゾルの滞留時間と SAOD が約 0.1 を超える時間窓。 エアロゾルの滞留時間は、Sato/GISS37 および GloSSAC v2 (参考文献 38) データセット (西暦 1883 年のクラカタウ噴火と西暦 1991 年のピナツボ噴火の場合) からの全球平均 SAOD550 時系列に基づいており、EVA 強制発生器によってシミュレートされています 4,39 ( UE2、UE4、および西暦 1257 年のサマラス噴火）および IPSL-CM5A-LR モデル 40（サマラス噴火用）。 暗い月食の日付 (b) と年輪記録 7、41、42 (c) のタイミングに基づく HMP 噴火の発生確率。 d、b と c を統合して、UE2、UE4、およびサマラス噴火の最も可能性の高い時間ウィンドウを推定します。

ソースデータ

成層圏のエアロゾルは、地球の本影への太陽光の透過を減少させることにより、日食された月の明るさと色に大きな影響を与えます18,19。 ここでは、月食の色付けを使用して、対流圏と成層圏のエアロゾル ベールを区別します (「方法」を参照)。 UE1、UE2、UE4、サマラス、UE5 の後に観察された暗い月食は、成層圏のエアロゾル ベールを示しており (図 4)、南極のドーム C からの Δ33S 同位体記録と一致しています3。 UE3 (西暦 1182 年頃) は、氷床コアの硫酸塩堆積量の点で過去 1000 年紀の北半球で 2 番目に大きな温帯噴火として登録されています4 (西暦 1783 ～ 1784 年のラキに次いで 2 番目)、西暦 1182 年 12 月 11 日の赤みがかった月食 (図.2a) は、成層圏のエアロゾル負荷が比較的低いことを示していますが、年輪の復元では冷却が限られていることが示されています (補足データセット S2)。 年輪に基づく夏の気温の再構成と組み合わせて日食の色をさらに検討すると、西暦 1127 年、1210 年、1222 年、および 1262 年頃の、より小規模な VSSI に関連した 4 つの HMP 噴火では、硫酸塩エアロゾルのほとんどが対流圏と気候の影響に限定されていたことが示唆されます。は限られていました（図4および補足データセットS2）。

縦棒は eVolv2k の火山強制再構成 4 に基づいており、VSSI の大きさを示しています。 皆既月食の色 (赤と黒の点) と Δ33S 同位体記録 3 を使用して、成層圏 (赤いバー) と対流圏 (青いバー) のダスト ベールを識別します。 灰色のバーは不確実な出来事を示します。 四角、丸、三角はそれぞれ低緯度、北半球の局所外噴火、南半球の温帯噴火を指します2。

ソースデータ

UE6 の性質とタイミングは依然として謎に包まれています (図 4)。 西暦 1286 年頃に双極性の硫酸塩堆積分布が観察され、熱帯噴火を示唆していますが、硫黄同位体分析は、関連する南極の堆積が起源は成層圏であったことを示唆しています 20。 しかし、イギリスとイタリアの3つの独立した記録（補足データセットS1）に記載されている西暦1287年10月22日の赤みがかった月食（図2a）は、現時点での北半球の成層圏エアロゾルの実質的な存在を排除しています。 この明らかな不一致は、西暦 1285 年後半または 1286 年初頭の噴火を反映している可能性があり、したがって西暦 1287 年 10 月の月食を暗くするには時期尚早です。 いずれにせよ、年輪代理は西暦 1280 年から 1290 年の間に北半球の大幅な寒冷化を示しておらず、UE6 の気候への影響が限定的であることを示唆しています (補足データセット S2)。

暗黒皆既月食の同時代の観測を用いて、西暦1110年、1172年、1229年、1258年、1276年に顕著な成層圏ダストベールを特定したことは、グリーンランド（NS1-2011）と南極（WD2014）の改訂された氷床コア年表の一般的な精度を裏付けるものである。 HMP 噴火の年代順の枠組みに正確さを加えながら。 氷床コア年代学には固有の不確実性があるため、正確に日付が特定された暗黒皆既月食のデータセットは、536 年、774/5 年、939 年、993/4 年、将来の年代記の開発に役立てるために、西暦 1258 年、1601 年、および 1816 年を記録しました。 私たちの調査結果は、対流圏のみのエアロゾルベールに関連している可能性が高い他の 5 つの現象が気候に限定的な影響を及ぼしたことも示唆しています。

ただし、単一のソースや方法で完全な時系列制御を提供することはできず、日食データにも制限があります (「方法」を参照)。 月食の可視性は地理的および気象学的に制限されています。 部分日食と半影日食の説明は使用できないため、利用可能な記録の数が減少します。 月の色に関するコメントのみが意味を持ちます。 そこで我々はここで、火山と気候システムのさまざまな側面を反映またはモデル化する多様な情報源と手法を使用し、それぞれが噴火のタイミングに補完的な制約を提供するマルチプロキシアプローチを開発しました。 これらには、日食の観測だけでなく、氷床コアの硫酸塩堆積プロファイル、エアロゾル モデル シミュレーション、古気候プロキシも含まれます。 このような統合的アプローチをさらに開発することにより、特に気候モデルにおける成層圏エアロゾルの形成、進化、持続時間の表現や古気候記録の解像度が向上し続けるにつれて、さらに細かい時間解像度への道が開かれることになる(参考文献44、「方法」を参照)。

エアロゾルの分布、高度、大きさ、放射力などの気候的に重要な要素はすべて、季節的に変化する成層圏循環の影響を受けるため、歴史的な爆発的火山噴火のタイミングに対するより良い制約（理想的には年未満）が重要です45,46。 未確認の噴火の場合、気候モデリングでは通常、概念的な噴火日 (たとえば、コミュニティ地球システム モデルでは 4 月 1 日、eVolv2k では 1 月 1 日) 39,47 が使用され、成層圏のエアロゾルの存在が想定され、モデル化された噴火後の分布、規模、持続性に偏りが生じます。熱および水文気候の異常があり、永続的なモデルと代用の不一致に潜在的に寄与している45,48。 したがって、私たちの発見は、HMP噴火の影響の調査における次世代のコミュニティ地球システムモデルのパラメータ化の改善を提供します。 私たちの新しいデータセットが、小氷河期の始まりにおける彼らの役割の範囲を知らせるのに役立つことを願っています。

グリーンランドと南極の氷床コアの記録は、NS1 ～ 2011 年と WD2014 のタイムスケール 2,4 によれば、西暦 1108 年、1127 年、1171 年、1191 年、1230 年、1257 年、1260 年、1276 年、1286 年までの 9 回の低緯度噴火の発生を示唆しています。 、北半球の7つの温帯現象（西暦1115年、1137年、1182年、1200年、1210年、1222年、1262年、グリーンランドのみの堆積信号によって特定）と南半球の4つの温帯現象（西暦1118年、1180年、1236年、1269年、堆積信号によって特定）南極大陸のみ）12 世紀と 13 世紀。 したがって、この期間は、過去 2,500 年間で最も火山活動が活発な期間の 1 つを表しています。 最大の火山噴火 - 参考文献の VSSI > 10 Tg S 4 - UE1 (西暦 1108 年)、UE2 (西暦 1171 年)、UE3 (西暦 1182 年)、UE4 (西暦 1230 年)、サマラス山 (西暦 1257 年頃) の噴火 8、UE5 (西暦 1276 年)、UE6 (西暦 1286 年) であり、次のようにランク付けされています。 7位（VSSI、19.2 Tg S）、10位（18.1 Tg S）、16位（10.1 Tg S）、4位（23.8 Tg S）、1位（59.4 Tg S）、15位（11.5 Tg S）、13位（15.1 Tg S） ) 硫酸塩の堆積による過去千年紀最大の火山現象。 インドネシアのサマラスに起因するとされる西暦 1257 年頃の出来事 8 を除いて、これらの噴火の原因は依然として特定されていません。 西暦 1108 年の硫酸塩のスパイクはもともと熱帯火山の噴火によるものと考えられていましたが 2、最近の史料と合わせた氷床コアの記録の再評価では、西暦 1108 年から 1110 年の間に発生した少なくとも 2 つの噴火が、観測された極地硫酸塩の堆積に記録されていることが示唆されています。 1 つは北半球の温帯に、もう 1 つは熱帯にあります7。

私たちは、西暦 12 世紀から 13 世紀に書かれた何百もの年代記や年代記を徹底的に再調査し、月食への言及を探しました。 ヨーロッパの場合、現代の情報源は主に、(1) Monumenta Germaniae Historica、(2) Rerum Britannicarum Medii Ævi、(3) Recueil des Historiens des Gaules et de la France、および (4)レルム・イタリカルム・スクリプトレス。 月食の説明や観察は、オーストリア、チェコ共和国、イギリス、フランス、ドイツ、アイスランド、イタリア、スウェーデン、スイスといったヨーロッパ各地で行われています。 少数の例では、十字軍に参加したキリスト教徒によって中東で月の遮蔽が観察されました。 これらの年代記は、19 世紀に編集され出版された Recueil des historiens des croisades の中に見つかりました。 参照された情報源のほとんどは修道士や聖職者によって作成されており、程度は低いですが都市部の信徒によって作成されています。 時折ラテン語が使用されることもありましたが、ほぼすべてがラテン語で作曲されました。 さらに、ウクライナとロシアの年代記から取得した観察結果をデータベースに含めました51。 また、既存の編纂に基づいて、アラビアの年代記に記録されている月食の観察も調査しました52。 ただし、これらの情報源には日食された月の色に関する情報が含まれていないため、それ以上の分析は行いませんでした。

中国と韓国では、日食の記録は主に王朝公式史の天文学論、暦論、五行論に記載されている20。 中国については、宋王朝 (西暦 960 年から 1279 年) の正史である宋史を再検討しました。 金史、晋王朝 (西暦 1115 ～ 1234 年) の正史。 元史（元史）は元王朝（西暦 1261 年から 1367 年）の正史です。 韓国については、高麗王朝 (西暦 936 年から 1392 年) の歴史である高麗史を調査しました。 日本では、天文学の記録は、私的に編纂された歴史書や公式に編纂された歴史書から廷臣の日記や寺院の記録に至るまで、さまざまな作品の中に見られます20。 したがって、我々は、日本の天文学者S.Kanda によって基準となる著作『日本天文史料』53 にまとめられた月食の観察に焦点を当てました。 この作品には日食、月食、彗星、オーロラがリストされており、原文も提供されています。 月食に関する最も適切な記述は、明月記 (西暦 1180 ～ 1235 年; 藤原定家の日記) と吾妻鏡 (西暦 1180 ～ 1266 年; 東の鏡、鎌倉の年表) に由来しています。幕府）。 中国の資料は古典中国語で書かれていますが、日本と韓国の資料はそれぞれ日中（漢文）と中韓（漢文）で書かれています。 しかし、東アジアの情報源は皆既月食の色に関する情報をほとんど報告しません。 成層圏の濁度を推定するために使用できるのは、西暦 1229 年 12 月 2 日の日食のみです。

それぞれの日食観測の信頼性は、史料の批判と、5000 年にわたる月食のカタログ (紀元前 1999 年から西暦 3000 年まで)21 および 8000 年にわたる月食のカタログ (紀元前 4000 年から西暦 4000 年)22 を参照することによって評価されました。これは、デルタ (ΔT) の最新の履歴値を使用します 54,55。 また、両方のカタログが提供する視程図と現地の状況表を使用して、歴史的資料で報告されているすべての日食が（該当する場合）ヨーロッパ、中東、東アジアで見えることを確認しました。 二次報告、つまり、特定の著者が目撃したのではなく、別の情報源から情報を引き出した報告を特定するために注意が払われました。 西洋と東洋のキリスト教の資料では、共通の基礎資料と、年代記や年代記の複写、合成、断片的な更新という筆記的慣行により、重複が頻繁に発生しました。 月の色に関する情報を取得できるすべての皆既月食記録をリストし、調査された史料の概要コンテキストを提供する表が補足データセット S1 に示されています。 この研究で考慮されたヨーロッパ、中東、東アジアの皆既月食のすべての説明（色への参照の有無にかかわらず）を含む補足データセット S1 の拡張バージョンと、日食の視程マップは、Zenodo リポジトリからアクセスできます。 : https://doi.org/10.5281/zenodo.6907654。

HMP 噴火のタイミングを制限するために、歴史的資料の分析に基づいた 4 段階の方法論を開発しました (ステップ 1)。 全球エアロゾルのシミュレーションと観測 (ステップ 2)。 年輪に基づく温度の再構成 (ステップ 3)。 ステップ 1 ～ 3 の結果を統合します (ステップ 4)。 各ステップのより詳細な内訳と、西暦 1815 年のタンボラ噴火のよく知られた例を使用した手順の具体的な図を以下に示します。

皆既月食では、月が地球の影を通過する際、大気の縁で屈折した光によって部分的に照らされます。 屈折した太陽光のスペクトルは、散乱と吸収の影響を受けます。 レイリー (分子) 散乱は、より短い波長でより強くなり、オレンジ色または赤色の光にはほとんど影響を与えません。 したがって、成層圏がほとんど乱れていない場合、食された月は銅色から深紅に見える傾向があります。 成層圏が濁ると、可視光の散乱がすべての波長で強くなり、大気の縁を通る透過が減少するため、日食中の月は暗く見えます。 極端な場合には、ほぼ完全に消えてしまったように見えることもあります16、17、18、36、56、57。 日食された月の色と明るさ (L) は、L = 0 から L = 4 までのダンジョン スケール 35 に従って評価されました。

L = 0: 非常に暗い日食。 月は、特に中等度ではほとんど見えません。

L = 1: 暗い日食、灰色または茶色がかった色。 表面の詳細を区別するのは困難です。

L = 2: 深紅または赤錆色の日食。 中央の影は非常に暗いですが、外側の本影は比較的明るいです。

L = 3: レンガ色の日食。 本影の縁は通常、明るいか黄色です。

L = 4: 非常に明るい赤銅色またはオレンジ色の日食。 アンブラルシャドウは青みがかった非常に明るい縁を持っています。

このスケールは、肉眼で月の明るさを推定するために特別に設計されました。12 世紀から 13 世紀には高解像度の技術補助手段が存在しなかったため、このスケールは私たちの目的に非常に適しています。 取得され、信頼できると評価された月食のすべての記述 (ステップ 1.1) は、ダンジョン スケール (ステップ 1.2) を使用して評価されました。 皆既月食の観察のみがこの方法に適しているため、半影食と部分食に関する記述は分析から除外されたことに注意してください16、17。 中世の文献で月食を説明する最も一般的な形容詞は「rubeus-a-um」と「sanguineus-a-um」で、それぞれ「赤」と「血の色」を意味します。 このように記述された月食は L = 3 と評価されました。ダンジョン スケール値 L = 4 は、イギリスの修道士バーソロミュー・ド・コットンによる 22 日の月食の例のように、日食の月が強烈でさまざまな色を示していると記述された場合にのみ帰属されました。西暦1287年10月：「Eodem anno luno in pleniluniovisa est crocei,rubei ac varii colori」（「同じ年の、満月の間、月は黄色、赤、その他多くの色を示した」）。 ダンジョン値 L = 0 は、日食中に月が見えなくなったり、極度に暗くなったりしたことを著者が特に指摘した場合にのみ帰属されました。

成層圏の火山エアロゾルの量と、それに関連する入射日射の減衰を推定するために、参考文献による既存の変換アプローチに従って、月食ごとに導出されたダンジョンの L 値を SAOD 値に変換しました。 16、17、18、19 (ステップ 1.3)。 1880 ～ 1888 年と西暦 1960 ～ 2001 年の間に起きた 46 回の月食の分析では、ダンジョン値 L = 4、3、2、1 がそれ​​ぞれ SAOD 値 0、0.01、0.02、0.04 と密接に関連している可能性があることが示されました。暗い皆既月食 (L = 0) が発生するには、SAOD 値が 0.1 以上である必要があります。

SAOD が 0.1 を超えた期間 (Tdark)、つまり暗い皆既月食の条件 (ステップ 2.1) を決定するために、4 つ (サマラスの場合は 5 つ) の SAOD 時系列を使用しました。 UE1 ～ UE6 については、Sato/GISS データセット 37 から、西暦 1883 年のクラカタウ噴火と西暦 1991 年のピナツボ噴火周辺の SAOD 時系列を抽出しました。 このデータセットは、衛星観測、地上での光学測定、火山学的証拠に基づいており、西暦 1850 年以来の 550 nm での SAOD を報告しています。 また、西暦 1979 年から 2018 年の期間にわたる全地球宇宙ベースの成層圏エアロゾル気候学 (GloSSAC v2) データセット 38 からピナツボ噴火の SAOD 時系列を抽出しました。 19 世紀半ば以前の観測データは入手できないため、eVolv2k データベース 4 から各噴火 (UE1 ～ UE6) の火山成層圏エアロゾルの滞留時間を推定しました。 西暦 1257 年のサマラス噴火の場合、IPSL 気候モデル (IPSL-CM5A-LR)40 の結果にも依存しました。このモデルはエアロゾル微物理を扱い、よく観察された西暦 1991 年のピナツボ噴火の場合でも検証されているためです58。 。

各 SAOD 時系列は、56 か月の時間枠 (噴火の 4 か月前と噴火後 52 か月) をカバーしています。 ピナツボ火山よりも多くの硫黄を放出する噴火の場合、成層圏でのエアロゾルの滞留時間についてはかなりの不確実性が残り 44、SAOD ≥ 0.1 の時間枠は選択したエアロゾル モデルによって異なります (「方法」を参照)。 したがって、56 か月の時間枠内の各月について、時系列間の一致に基づいて、SAOD = 0.1 のしきい値を超える確率を決定しました。 すべての時系列 (UE1 ～ UE6 では 4 つ、サマラスでは 5 つ) が特定の月にしきい値を超えていることを示した場合、確率は「非常に高い」と定義されました。 同様に、少なくとも 3 つまたは 2 つのデータセットがそれぞれ一致した場合、確率は「高」または「中」とみなされ、1 つのデータセットのみがしきい値超過を示した場合は「低」とみなされます (ステップ 2.2)。 SAOD 時系列は、噴火ごとに、噴火後に暗い月食が観察できる最も可能性の高い時間間隔 [最小月: 最大月] を提供します。 逆に、最も可能性の高い噴火日は、暗い月食の日付より前の時間間隔 [最大月: 月最小] 内にあると仮定できます (ステップ 2.3)。

大規模な年輪温度の復元で検出された急激な冷却は、気候的に重要な火山噴火の年代の独立した裏付けを提供しました59,60。 ここでは、NVOLC v2 (参考文献 7)、Sch2015 (参考文献 41)、および N-TREND2015 (参考文献 42) の再構成を使用して、HMP 噴火の年代測定を精緻化しました (ステップ 3.1)。 発生日がわかっている最大規模の噴火（西暦1600年2月のワイナプティナ、西暦1641年1月のパーカー、西暦1815年4月のタンボラ、西暦1883年8月のクラカタウ、西暦1991年6月のピナツボ）の後、樹木は寒冷化を記録した。西暦 1601 年、1641 年、1816 年、1884 年、1992 年、つまり各噴火からそれぞれ 17 か月、6 か月、14 か月、10 か月、12 か月後に始まった北半球の夏 (6 ～ 8 月、または JJA) の気温。 したがって、噴火後 3 か月未満および 24 か月を超えて観察された冷却は、自信を持って火山強制力に起因すると考えることはできないと考えられます。 既存の文献 60,61 と一致して、火山噴火に伴う冷却のピークは噴火後 6 ～ 18 か月の間に発生し、最も高い確率で 9 ～ 15 か月の間に発生すると仮定します (ステップ 3.2)。

手順の最後のステップでは、ステップとして開発された決定行列を使用して、観測およびシミュレートされた SAOD 時系列、月食 (ステップ 2.3) および年輪記録 (ステップ 3.2) の結果を組み合わせて、最も可能性の高い噴火時間ウィンドウを推定しました。したがって、このマトリックスに基づいて、SAOD 時系列、月食、年輪記録が一貫して高い確率を示している時間枠中に噴火が発生した可能性が最も高いと考えました (ステップ 4.2)。 。

私たちの年代測定アプローチの堅牢性をテストするために、西暦 1815 年 4 月 5 日に発生した日付の古いタンボラ噴火を使用します (拡張データ図 1)。 いくつかの現代の情報源は、西暦 1816 年 6 月 9 日から 10 日にかけて皆既月食が起こったと報告しており、その中には、イプスウィッチ (イギリス) でカペル ロフト (西暦 1751 ～ 1824 年) が行った観測があり、西暦 1816 年に月刊誌に掲載されました (ステップ) 1.1)。 この日食の暗さは現代の天文学者に感銘を与え、ダンジョンスケールで L = 0 と評価されました 17,62 (ステップ 1.2)。 参考文献によって提案されている変換スケールを使用します。 16、17、18、19 (ステップ 1.3) では、西暦 1816 年 6 月 9 ～ 10 日、つまりタンボラ噴火の 14 か月後、SAOD が 0.1 を超えたと仮定します。 SAOD 観測 37,38 とシミュレーション 39,40 は、SAOD が 0.1 を超える確率が最も高くなるのは噴火後 3 ～ 20 か月であることを示しています。 したがって、最も可能性の高い噴火時間帯は、1816 年 6 月 9 ～ 10 日の暗い月食の 3 ～ 20 か月以内、つまり西暦 1814 年 12 月から 1816 年 3 月の間であると仮定します (ステップ 2.3)。 次に、北半球の年輪ベースの温度再構成で記録された急激な冷却を使用して、ステップ 2.3 で決定した時間ウィンドウを調整します。 冷却のピークは通常、大規模な火山噴火後 9 ～ 15 か月の間に年輪記録で検出されます。 したがって、北半球の年輪復元 7,41,42 で西暦 1816 年の夏に観察された強い冷却は、西暦 1815 年 4 月から 10 月の間に噴火が起こったことを示しています (ステップ 3.2)。 最後に、決定行列を使用してステップ 2.3 と 3.2 で推定された発生確率を結合し (ステップ 4.1)、タンボラ噴火は西暦 1815 年 5 月から西暦 1815 年 8 月の間に発生した可能性が最も高いと推定します (ステップ 4.2)。 したがって、私たちの推定はタンボラ噴火の実際の日付（西暦 1815 年 4 月）と厳密に一致しており、私たちのアプローチの堅牢性と HMP 噴火の場合の適用可能性が確認されています。

他の方法と同様に、この研究で提示された HMP 噴火のタイミングを制限する手順にはいくつかの制限があります。 これらの注意点については次のセクションで説明しますが、推定値をさらに改良するためのいくつかの研究方法も紹介します。

月食の明るさの歴史的観測は、大規模な火山噴火後の SAOD の貴重な代用値として認識されています 7,16,17,18,19。 ただし、このプロキシを適切に使用するには次のような注意が必要です。

皆既月食のみが適しています。 部分日食と半影日食は、成層圏の濁度の信頼できる推定には使用できません16。

皆既現象は、地平線に近すぎず、夜明けや夕暮れにも近づきすぎない、良好な気象条件（つまり、晴れた暗い空）で観察されることが望ましい16。

皆既中の月の物理的な外観は明確に記述され、食された円盤の色が示されなければなりません。

報告は事件当時のものである必要があり、できれば目撃者によるものでなければなりません。 これらの条件は、入手可能な中世の情報源では常に満たされるわけではありません (詳細については、補足データセット S1 を参照してください)。

私たちの研究は、噴火から約 20 か月以内に発生した月食のみが年代測定の目的や、火山エアロゾルの対流圏と成層圏の輸送を区別するのに役立つことを示唆しています。 特定の場所での 2 つの連続する皆既月食の間隔は、6 か月から 3 ～ 4 年の範囲です (参考文献 17、63)。 したがって、皆既月食が不規則に発生すると、この 20 か月の期間以外に皆既月食が発生した場合、火山噴火の年代測定が妨げられる可能性があります。

月食の歴史的報告を研究する際には、注意深い取り扱いと解釈が必要です64,65。一部の記述は、成層圏の濁度に関する有用な情報を提供するには短すぎたり難解すぎたり、誤った解釈につながる可能性があるためです。 そのような例の 1 つは、『吾妻鏡』 (吾妻鏡、第 5 巻、625 ページ) に記録されている西暦 1258 年 11 月の月食です。

Shōka 2.10.16

「午前中は晴れ。巳の刻[午前9時～午前11時]を過ぎると、大雨と洪水が発生した。家屋は流され、人々は溺死した。午の刻[午前11時～午後1時]になると、天気が崩れ始めた。 「晴れ。子の時間 [午後 11 時から午前 1 時] の間、月は食われ、正しく見えませんでした。」 (補足データセット S1 を参照)。

この現象の説明は簡潔かつ曖昧であるため、自信を持って暗黒月食として分類することは困難です。 この記述は事件の数十年後に書かれ、現在は失われている以前の情報源に基づいています。 結果として、私たちはこのアカウントに明度の値を帰属させませんでした。

これらの課題にもかかわらず、月食はこれまでのところ、火山エアロゾルによる過去の大気の撹乱を直接的かつ正確に推定できる唯一の代用手段となっている。 対照的に、太陽の減光（火山塵のベールを特定するために繰り返し使用されている参照 2,67,68,69,70,71,72,73,74）は、同等の精度で年代を特定できることはほとんどなく、誤って特定される可能性もあります（日食または日暈に由来する場合75,76)。

私たちの研究における重要なステップは、成層圏エアロゾルが暗い月食を引き起こすのに十分な光学的厚さになると予想される噴火後のタイムスパンを推定することです。 この間隔 Tdark は、SAOD が 0.1 を超えるときの間隔として計算されます。 観測されたグローバル平均 SAOD 時系列とシミュレーションされたグローバル平均 SAOD 時系列の組み合わせから Tdark の確率的推定値を生成します。 研究に含まれるいくつかの噴火は、良好な観測が得られる現代最大の噴火よりもはるかに大きなSAODを生成したため、モデルの使用が必要です。 しかし、これにより、最大の硫黄生成量を得る成層圏エアロゾルの時間発展に大きな不確実性が生じます。 初期の成長期間の後、最近の噴火による SAOD は時間とともにほぼ指数関数的に減衰します1。 この挙動がより大きな噴火に当てはまる場合、暗い日食が発生する可能性のある期間は、より大きな噴火では長くなる可能性があります。 一方で、微小物理過程を含むモデルは、噴火が大きくなると硫酸塩エアロゾル粒子が大きくなり、その結果成層圏滞留時間が短くなることが示唆されている77,78,79。 そうであれば、Tdark 期間が短いことを意味します。 この複雑さは、1815 年のタンボラ噴火の協調シミュレーションにおける最先端のエアロゾル モデルのアンサンブルによるシミュレーション SAOD の広範な広がりに反映されています80。

私たちの分析では、硫黄収量が大きい場合の SAOD の進化におけるこの不確実性を考慮しています。 eVolv2k SAOD 時系列は EVA モデルを使用して作成されています。このモデルは 1991 年のピナツボ噴火の観測に基づいており、噴火規模に応じた SAOD 減衰タイムスケールの単純な変化のみを使用しています。 eVolv2k SAOD と Tambora シミュレーションの包括的なエアロゾル モデル (参考文献 80 の図 3) を比較すると、eVolv2k からの Tdark タイムスパンが、最も永続的なエアロゾル摂動を生成するモデルから得られたものと同等であることが示されています。 SAOD とエアロゾル寿命モデルの大きな違いは、現在の最先端モデル間のエアロゾルの形成と輸送のプロセスに関する現時点での不確実性を反映しています 44,81。 eVolv2k SAOD 時系列は、各噴火の推定 VSSI に依存します。 したがって、eVolv2k SAOD 時系列は Tdark 間隔の上限を表します。 対照的に、自走エアロゾル微物理プロセス 82 に基づく IPSL モデルは、タンボラ アンサンブルで最も速い SAOD 減衰の 1 つを生成し、したがって最も短い Tdark 間隔を生成することが見られます。 この挙動は、成層圏の硫酸塩エアロゾルの急速な成長と重力沈降の大幅な促進を反映しています。 したがって、IPSL の結果は、Tdark の下限の推定値を提供します。 Tdark のこれらのおおよその上限と下限を解析に含めることで、成層圏エアロゾル進化の不確実性を組み込み、それを噴火のタイミングに関する最終的な制約に反映させます。

年輪は、火山噴火のタイミングを評価し、環境への影響を評価するために 40 年近く使用されてきました 48,83,84,85,86,87,88,89,90,91,92。 しかし、年輪記録から火山信号を検出するには、いくつかの課題が伴います。 過去の火山現象を研究するために、いくつかの年輪パラメータが使用されてきました。 その 1 つは年輪幅 (RW)、つまり木材の年輪の年ごとの増分です。 樹木は通常、狭い RW を生成することで火山による冷却に反応します。 ただし、大規模な火山噴火によって引き起こされる冷却を測定し、定量化するためにこのパラメーターを使用することについては議論があります。 RW は生物学的残留性の影響を強く受けることが知られており、そのため RW の温度に基づく再構成では、噴火後の冷却期間が過小評価されたり、遅れたり、誇張されたりする可能性があります 83,90,93,94。 したがって、年輪コミュニティは、「温度復元のための高解像度古気候学のゴールドスタンダード」とみなされている「最大晩材密度」（MXD）と呼ばれる別のパラメータの使用を主張している95。 MXD は、X 線ラジオデンシトメトリーで測定された高解像度の密度プロファイルから得られますが、実際、生物学的記憶の傾向が少なく、極端な気候に対してより迅速に反応します。 しかし、残念なことに、MXD 年表は、西暦 1300 年以前にまで及ぶものはほとんどありません 83,94。 さらに、火山の噴火は世界的に均一な夏の寒冷化をもたらすわけではありません9,83,90。 噴火による硫黄生成量、その緯度と季節、一般的な気候条件および内部変動に応じて、一部の地域は寒冷化しますが、他の地域ではほとんど変化がありません83。 さまざまな地域の年輪年代を平均して半球の温度を再現すると、火山信号が弱まり、検出が困難になる可能性があります83。

NVOLC v2 (参考文献 7)、Sch2015 (参考文献 41)、および N-TREND2015 (参考文献 42) の再構成を使用して、HMP 噴火の年代測定を精密化しました。 NVOLC v2 再構築は 25 の年輪年表 (12 MXD および 13 RW 年表) で構成されており、Sch2015 は北半球の温帯地域に分布する 15 の MXD 年表に依存しているのに対し、N-TREND2015 は 54 の記録 (11 RW、13 RW 年表) のネットワークに基づいています。 18 MXD と、RW、MXD、および青の強度レコードで構成される 25 の混合シリーズ)。 これらの再構成が選択されたのは、かなりの数の MXD レコードが統合されているためです。 RW レコードのみに依存する最近公開された再構成は使用しませんでした96。

3 つの北半球の再構成を全体的に比較すると、UE1 ～ UE6 がよく一致していることがわかります (図 3 および拡張データ図 2)。 UE2 の場合、N-TREND2015 では最大のピーク冷却が 1171 年に観察され、その 1 年後の Sch2015 と NVOLC v2 に注目します。 西暦 1257 年のサマラス噴火については、Sch2015 と N-TREND2015 ではそれほど顕著な冷却は示されていませんが、それでも NVOLC v2 復元の不確実性の範囲内にあります。 これらの不一致の原因は 3 つあると考えられます。 (1) 異なる研究で使用された年輪ネットワークの違い。 NVOLC v2 には、今日から 12 世紀までの全期間を網羅する年表のみが含まれていますが、Sch2015 と N-TREND2015 には短いシリーズも含まれています。 (2) 使用する伝達関数の違い。 NVOLC v2 は、使用可能なプロキシ レコードの数の変化に徐々に調整するための入れ子になった主成分回帰 48,97 に基づいており、再構成に関連する不確実性の計算を可能にする 1,000 回の反復ブートストラップ アプローチと組み合わせられています。 対照的に、Sch2015 と N-TREND2015 はスケーリング アプローチに基づいています。 (3) キャリブレーションに使用される気候データセット。 NVOLC v2 は、最近リリースされたバークレー地球表面温度 (BEST) データセット 98 からの月平均 (西暦 1805 ～ 1972 年) の JJA 気温異常 (北緯 40 ～ 90 度) を使用します。 Schneider ら 41 は、5° × 5° CRUTEM4v ネットワーク 99 (30 ～ 90°) から得られた月平均 JJA 気温異常 (1901 ～ 1976 年) に対してプロキシ レコードを校正しました。 Wilson ら 42 は、1880 年から 1988 年の西暦期間中の CRUTEM4v (北緯 40 度から 75 度) の MJJA 陸地温度に代理記録をスケールしました。 年輪ネットワーク、伝達関数、気候学的参照データセット、キャリブレーション期間、対象季節におけるこれらの違いの組み合わせにより、必然的に、特定のイベントの寒冷化の大きさに違いが生じます。

私たちの研究は、火山後の夏の冷却を効率的に捉える最先端の再構成に依存していますが、いくつかの方法によりピーク冷却の検出が改善され、HMP 噴火のタイミングが調整される可能性があります。

世界の十分に表現されていない地域からの新しいデータを使用して、1000 年にわたる MXD ネットワークの空間カバレッジを改善します。

定量的木材解剖学 (QWA)。 Edwards ら 100,101 は、細胞スケールの年輪代理測定を使用して、ラキ噴火に関連する冷却のピーク期間を西暦 1783 年の晩夏まで狭めることを試みました。 これらの発見は、西暦 1783 年の夏全体が異常に寒かったことを示唆する MXD 復元や、寒さを和らげる樹木の RW 復元とは対照的です。 このような結果は、QWA データが樹木 RW や MXD が成長期内の火山噴火後のピーク冷却のタイミングを記録するよりも正確に特定できることを示しています。 この研究で提案された 4 段階の手順に HMP 噴火の QWA 解析を含めることで、噴火時期の推定をさらに精緻化できる可能性があります。 有望な結果にもかかわらず、高解像度の QWA は初期段階にあります。 さらに、高度に分解された木材の解剖学的パラメータ年表は高価で労働集約的であるため、QWA 記録の運用可能な (北半球) ネットワークがすぐに利用可能になる可能性は低いです。

日食された月を照らす屈折した太陽光の大部分は、地表から 5 km から 25 km の間を通過します19。 対流圏上部 (5 ～ 10 km) のエアロゾルは月の明るさに影響を与える可能性があります 18 が、その滞留時間は数週間程度です 1,18。 したがって、暗い月食は、大規模な火山イベント後の成層圏の高い濁度を示している可能性が高くなります16、17、18。 したがって、HMP 噴火の余波で観察された赤みがかった色または銅色の月食 (つまり、L 値 > 1) は、エアロゾル ベールが主に対流圏に限定されており、おそらく気候への影響が限定的だったことを示していると考えられます。 私たちのアプローチの堅牢性は、私たちの結果をドーム C (南極大陸) の硫黄同位体記録 (Δ33S) と比較することによって評価されました 3。これは、噴煙がオゾン層以上の成層圏に到達する噴火と、オゾン層以上の成層圏に到達する噴火を区別するための貴重な代用手段であることが証明されています。 3,102,103,104,105,106,107を下回った。

この研究の基礎となる履歴データは補足データセット S1 にあり、Zenodo (https://doi.org/10.5281/zenodo.6907654) で入手できます。 年輪ベースの再構成は https://doi.org/10.5281/zenodo.3724674 からダウンロードできます。 Ice-core データは、リンクおよびリポジトリから取得できます: https://doi.org/10.1038/nature14565 および https://doi.org/10.1594/WDCC/eVolv2k_v2。 SAOD 時系列は、https://data.giss.nasa.gov/modelforce/strataer/ および https://doi.org/10.1594/WDCC/eVolv2k_v2 のリンクから取得できます。 ソースデータはこのペーパーに付属しています。

データ処理で使用されるコードは、Zenodo (https://doi.org/10.5281/zenodo.6907654) で入手できます。

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SG、CC、MK、M. Stoffel は、スイス国立科学財団 Sinergia Project CALDERA (CRSII5_183571) の支援を受けました。 SG は、A. Harrak (トロント大学近中東文明学部)、F. Espenak (NASA Goddard Space Flight Center)、F. Hierink (ジュネーブ大学環境科学研究所)、および P. Souyri (Department of Environmental Sciences, Geneva) に感謝します。ジュネーブ大学東アジア研究）、原稿に関するアドバイスを提供していただきました。 F. ラヴィーンは、フランス大学研究所 (IUF、フランス学術院) の支援を受けました。 MK は、参照番号 ANR-11-IDEX-0004-17-EURE-0006 の下、「Investissements d'avenir」プログラム内で ANR によって管理される EUR IPSL – 気候大学院プロジェクトから資金提供を受けました。 F. ラドローは、アイルランド研究評議会開始受賞者賞 (CLICAB プロジェクト、IRCLA/2017/303) から資金提供を受けました。 F. ラドロー氏とZY氏は、欧州連合のHorizo​​n 2020研究・イノベーションプログラムに基づく欧州研究評議会（ERC）シナジー助成金（4-OCEANS、助成契約番号951649）からも資金提供を受けている。 M. Sigl は、欧州連合の Horizo​​n 2020 研究およびイノベーション プログラム (助成契約番号 820047) に基づいて ERC から資金提供を受けました。 この文書は、火山の気候と社会への影響 (VICS) ワーキング グループの成果です。

ジュネーブ大学が提供するオープンアクセス資金。

人新世における気候変動の影響とリスク (C-CIA)、ジュネーブ大学環境科学研究所、ジュネーブ、スイス

セバスチャン・ギエ、クリストフ・コロナ、村中知子、マルクス・ストフェル

GEOLAB、クレルモン オーヴェルニュ大学、CNRS、クレルモン フェラン、フランス

クリストフ・コロナ

ケンブリッジ大学地理学部、ケンブリッジ、英国

クライヴ・オッペンハイマー

物理地理学研究室、パリ大学 1 パンテオン ソルボンヌ、ティエ、フランス

フランク・ラヴィーン

海洋学および気候研究所: 実験と数値的アプローチ、IPSL、ソルボンヌ大学/IRD/CNRS/MNHN、パリ、フランス

ミリアム・コドリ

トリニティ環境人文学センター、歴史・人文科学部歴史学科、トリニティ・カレッジ・ダブリン、ダブリン、アイルランド

フランシス・ラドロー & ジェン・ヤン

気候と環境物理学、ベルン大学、ベルン、スイス

マイケル・シグル

オエシュガー気候変動研究センター、ベルン大学、ベルン、スイス

マイケル・シグル

サスカチュワン大学物理工学部物理学、サスカチュワン州サスカトゥーン、カナダ

マシュー・トゥーヒー

ワシントン大学アジア言語文学部、シアトル、ワシントン州、米国

Paul S. Atkins & Nobuko Horikawa

ジュネーブ大学地球科学部、ジュネーブ、スイス

マルクス・ストッフェル

部門 F.-A. 環境および水生科学のためのフォーレル、ジュネーブ大学、ジュネーブ、スイス

マルクス・ストッフェル

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SG は、CC、M. Stoffel、F. Lavigne からの意見をもとに研究を設計しました。 SG はヨーロッパ、ロシア、中東の歴史的資料を調査しました。 SG、PSA、NH、TM は日本の歴史的資料を調査しました。 ZYとSGは中国の歴史的資料を調査した。 SGとZYは韓国の歴史資料を調査した。 SG は、ZY、PSA、および F. Ludlow の貢献を得て、歴史的資料を分析しました。 SG、CC、M. Sigl、CO、MT は氷床コアと年輪データの解釈に貢献しました。 SG、CC、MK、MT はエアロゾル モデル シミュレーションの解釈に貢献しました。 原稿は SG、CC、M. Stoffel、CO が執筆し、MK、F. Ludlow、F. Lavigne、M. Sigl、MT が寄稿しました。

セバスチャン・ギエへの手紙。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

Nature は、この研究の査読に貢献してくれた Harri Kokkola、Anne Mathers-Lawrence、およびその他の匿名の査読者に感謝します。 査読者レポートが利用可能です。

発行者注記 Springer Nature は、発行された地図および所属機関の管轄権の主張に関して中立を保っています。

このアプローチの詳細な説明は、「メソッド」を参照してください。

ソースデータ

a. 火山成層圏エアロゾルの滞留時間と SAOD が約 0.1 を超える時間窓。 エアロゾルの滞留時間は、Sato/GISS37 および GloSSAC v2 (参考文献 38) データセット (西暦 1883 年のクラカタウ噴火と西暦 1991 年のピナツボ噴火の場合) からの全球平均 SAOD550 時系列に基づいており、EVA 強制発生器によってシミュレートされています 4,39 ( UE1 および UE5)。 暗い月食の日付 (b) と年輪記録 7、41、42 (c) のタイミングに基づく HMP 噴火の発生確率。 d、b と c を統合して、UE1 と UE5 の噴火の最も可能性の高い時間ウィンドウを推定します。

ソースデータ

12 世紀から 13 世紀にかけてヨーロッパ、中東、東アジアの歴史資料から取得した月食のデータベース

この研究で考慮された火山噴火を説明した要約表

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転載と許可

Guillet, S.、Corona, C.、Oppenheimer, C. 他月食は、中世の火山活動のタイミングと気候への影響を明らかにします。 Nature 616、90–95 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41586-023-05751-z

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受信日: 2021 年 10 月 7 日

受理日: 2023 年 1 月 20 日

公開日: 2023 年 4 月 5 日

発行日: 2023 年 4 月 6 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-05751-z

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