Tomas Zoega

• Zoëga, Tómas; Storelvmo, Trude & Krüger, Kirstin (2025). Climate State Dependent Response to Very Large Icelandic Effusive Volcanic Eruptions. Geophysical Research Letters. ISSN 0094-8276. 52(16). doi: 10.1029/2025gl114638. Full text in Research Archive Show summary

  Effusive volcanic eruptions have been common in Iceland throughout the Holocene with the largest ones happening prior to the industrial revolution. Such eruptions can affect climate through the formation of sulfate aerosols and subsequent impacts on clouds. As different atmospheric conditions modulate the cloud and climate responses to aerosol perturbations, a pre‐industrial effusive eruption might have different climate impacts were it to happen today or in the future. Here we use an Earth system model to simulate the surface climate response to Icelandic effusive volcanic eruptions under pre‐industrial, present day, and end of the 21st century climate conditions. For the last case, high anthropogenic greenhouse gas and aerosol emissions are assumed. We find that the climate state significantly modulates the climate response, especially in the Arctic where we model amplified surface warming during winter under pre‐industrial conditions and stronger surface cooling during summer in warmer climates.

• Zoega, Tomas; Storelvmo, Trude & Krüger, Kirstin (2025). Modelled surface climate response to effusive Icelandic volcanic eruptions: sensitivity to season and size. Atmospheric Chemistry and Physics (ACP). ISSN 1680-7316. 25(5), p. 2989–3010. doi: 10.5194/acp-25-2989-2025. Full text in Research Archive Show summary

  Effusive, long-lasting volcanic eruptions impact climate through the emission of gases and the subsequent production of aerosols. Previous studies, both modelling and observational, have made efforts to quantify these impacts and untangle them from natural variability. However, due to the scarcity of large and well-observed effusive volcanic eruptions, our understanding remains patchy. Here, we use an Earth system model to systematically investigate the climate response to high-latitude, effusive volcanic eruptions, similar to the 2014–2015 Holuhraun eruption in Iceland, as a function of eruption season and size. The results show that the climate response is regional and strongly modulated by different seasons, exhibiting midlatitude cooling during summer and Arctic warming during winter. Furthermore, as eruptions increase in size in terms of sulfur dioxide emissions, the climate response becomes increasingly insensitive to variations in emission strength, levelling off for eruptions between 20 and 30 times the size of the 2014–2015 Holuhraun eruption. Volcanic eruptions are generally considered to lead to surface cooling, but our results indicate that this is an oversimplification, especially in the Arctic, where warming is found to be the dominant response during autumn and winter.

• Zoega, Tomas; Storelvmo, Trude & Krüger, Kirstin (2025). Arctic warming from a high-latitude effusive volcanic eruption. Scientific Reports. 15(1). doi: 10.1038/s41598-025-98811-5. Full text in Research Archive Show summary

  The effusive Holuhraun eruption in Iceland emitted large quantities of sulfur into the troposphere during the fall and winter of 2014–15. Previous studies have shown that the resulting volcanic aerosols led to reduced insolation, and thus surface cooling, through increased cloud shortwave reflectance, mostly over the North Atlantic and Europe. Less attention has been paid to the Arctic, which at the time of the eruption received limited sunlight. Based on evidence from observations and model simulations, here we argue that increased cloud liquid water path and cloud cover following the 2014–15 Holuhraun eruption led to surface warming in the Arctic through trapping of longwave radiation. Our results show that sulfur emissions from the eruption led to extended lifetime of low and middle level clouds, reducing the longwave radiative cooling of the surface. This is the first time, to our knowledge, that an effusive volcanic eruption is shown to have this effect. Given the high level of volcanic activity in Iceland, these findings demonstrate the need to further investigate the climate impacts of high-latitude effusive volcanic eruptions. Moreover, marine cloud brightening through cloud seeding has been suggested as one way to combat anthropogenic climate change but, as our results suggest, such actions might have counteractive regional consequences.

View all works in NVA

• Zoega, Tomas; Storelvmo, Trude & Krüger, Kirstin (2025). Arctic response to high-latitude effusive volcanic eruptions depends on the climate state. Full text in Research Archive
• Zoega, Tomas; Storelvmo, Trude & Krüger, Kirstin (2024). Climate response to the size and season of high-latitude, effusive volcanic eruptions. Full text in Research Archive
• Zoega, Tomas; Storelvmo, Trude & Krüger, Kirstin (2024). Surface climate response to the size and season of northern hemisphere, high latitude, effusive volcanic eruptions. Full text in Research Archive
• Zoega, Tomas; Storelvmo, Trude & Krüger, Kirstin (2023). Surface Arctic warming from a high latitude effusive volcanic eruption. Full text in Research Archive
• Zoega, Tomas; Storelvmo, Trude & Krüger, Kirstin (2023). Can high latitude effusive volcanic eruptions cause surface winter warming in the Arctic? Full text in Research Archive
• Zoega, Tomas; Storelvmo, Trude & Krüger, Kirstin (2023). Arctic warming from a high latitude effusive volcanic eruption. Full text in Research Archive
• Zoega, Tomas; Storelvmo, Trude & Krüger, Kirstin (2023). Arctic warming from a high latitude effusive volcanic eruption. Full text in Research Archive
• Zoega, Tomas; Storelvmo, Trude & Krüger, Kirstin (2022). Modelling the climate response to volcanic eruptions using a variable grid. Full text in Research Archive
• Zoega, Tomas; Storelvmo, Trude & Krüger, Kirstin (2022). Modelling the climate response to the 2014-15 Holuhraun eruption. Full text in Research Archive
• Zoega, Tomas; Storelvmo, Trude & Krüger, Kirstin (2022). Modelling the climate response to the 2014-15 Holuhraun eruption. Full text in Research Archive
• Zoega, Tomas; Krüger, Kirstin & Storelvmo, Trude (2025). The climate response to high-latitude effusive volcanic eruptions. Universitetet i Oslo. Full text in Research Archive Show summary

  Temaet for denne avhandlingen er klimapåvirkningene som følger av effusive vulkanutbrudd på nordlige høye breddegrader. Slike utbrudd kjennetegnes av aktivitet som ikke er eksplosiv, og gasser som slippes ut ved den slags utbrudd holder seg for det meste i troposfæren. Gjennom utslipp av svoveldioksid og påfølgende dannelse av sulfataerosoler kan effusive vulkanutbrudd påvirke klimaet. Direkte interaksjoner mellom disse vulkanske aerosolene og stråling fører vanligvis til nedkjøling av jorda gjennom økt refleksjon av sollys tilbake ut i verdensrommet. Sulfataerosoler fungerer også som skykondensasjonskjerner og kan derfor påvirke klimaet gjennom vekselvirkning mellom aerosoler og skyer (engelsk: aerosol-cloud interactions, ACI). Dette kompliserer klimapåvirkningen fordi ACI er blant de minst forståtte delene av klimasystemet. Resultatene fra denne avhandlingen presenteres i en rekke av tre vitenskapelige artikler. Den første artikkelen (Artikkel I) er en tilfellestudie av Holuhraun-utbruddet på Island som skjedde i årene 2014 til 2015. Gjennom bevis fra observasjoner og klimamodellering argumenteres det for at dette utbruddet bidro til en økning av overflatetemperaturen i Arktis, særlig over Grønlandshavet, fra september til november 2014, ved at lavtliggende skyer fanget en større del av jordas varmestråling. Den andre artikkelen (Artikkel II) bygger videre på den første. Her er en rekke av Holuhraun-lignende utbrudd i ulike størrelser simulert med startdag i hver av de fire årstidene, nemilg i mars, juni, september og desember. I Arktis viser simuleringene overflateoppvarming om vinteren og mild nedkjøling om sommeren, i begge tilfeller gjennom vekselvirkning mellom vulkanske aerosolene og skyer. Lengre sør, på midlere breddegrader, er overflateresponsen om vinteren stort sett ubetydelig, men om sommeren simuleres en betydelig nedkjøling. Når utbruddene blir større med hensyn til utslipp av svoveldioksid, blir klimapåvirkningen stadig mindre følsom til endringer i utslippsstyrken. Ved utbrudd mellom 20 og 30 ganger større enn Holuhraun-utbruddet i 2014-15 utjevner responsen seg. I den siste artikkelen (Artikkel III) blir klimapåvirkningens avhengighet av klimatilstanden undersøkt. For dette formålet er klimapåvirkningen til effusive vulkanutbrudd simulert i førindustriell tid (året 1850), nåtiden (året 2010) og framtiden (året 2090 i SSP3-7.0 scenarioet). Det viser seg at klimatilstanden har betydelige modulerende effekter på klimapåvirkningen. Overflateoppvarmingen om vinteren i Arktis er sterkere under førindustrielle forhold, sammenlignet med nåtidens og framtidens forhold, på grunn av tynnere skyer i den førindustrielle bakgrunnstilstanden. Derimot blir overflatenedkjølingen om sommeren i Arktis forsterket når klimaet blir varmere, på grunn av mindre havis. Ved europeiske midlere breddegrader finner en betydelig vinterkjøling sted under førindustrielle forhold, sammenlignet med en utydelig temperaturrespons i nåtidens og framtidens klima. Styrken på sommernedkjølingen er sammenlignbar for alle tre klimaforholdene. I Arktis er den sterkeste modulerende faktoren et varmere klima som følge av menneskeskapte klimagassutslipp, med påfølgende endringer i skyegenskaper og redusert havis. Derimot er den sterkeste modulerende faktor på midlere breddegrader bakgrunnstilstanden til aerosoler.

View all works in NVA