Een Hollandse lucht met alleen natuurlijke lage bewolking en cirrus, zonder vliegtuigsporen
Achtergrond

IJsland’s vulkanisch zwavel en as

vanuit de ruimte en vanaf de grond met KNMI-instrumenten

Wetenschappers van het KNMI gebruiken satellietmetingen van door de aardatmosfeer weerkaatst zonlicht om concentraties van vervuilende stoffen te bepalen. Zwaveldioxide absorbeert zonlicht bij bepaalde golflengtes sterker dan bij andere, en met behulp van deze spectrale vingerafdruk kan betrouwbare informatie verkregen worden over de totale hoeveelheid SO2 in de atmosfeer. De KNMI-metingen worden gebruikt door diverse Europese luchtvaart instanties ter registratie van uitzonderlijk hoge zwaveldioxide concentraties, en ter ondersteuning van besluitvorming over het afsluiten van het luchtruim. 

Zwaveldioxide en aerosol index vanuit de ruimte 
Figuur 1 (linker paneel) laat de hoeveelheid zwaveldioxide zien zoals gemeten vanuit de ruimte op donderdag 15 april 2010. Figuur 1 (rechter paneel) laat de hoeveelheid absorberend aërosol zien. Lage concentraties zijn aangegeven in wit, en hoge concentraties in oranje kleuren. De metingen zijn gedaan om ongeveer 13:30 uur lokale tijd, zo’n 20 uur na het begin van de uitbarsting de dag ervoor. De oranje kleuren geven duidelijk aan hoe een pluim met sterk verhoogde concentraties zwaveldioxide en as vanaf IJsland’s Eyjafjallajökull vulkaan op weg is richting het continent.

iguur 1 (linker paneel) laat de hoeveelheid zwaveldioxide zien zoals gemeten vanuit de ruimte op donderdag 15 april 2010. Figuur 1 (rechter paneel) laat de hoeveelheid absorberend aerosol zien.
iguur 1 (linker paneel) laat de hoeveelheid zwaveldioxide zien zoals gemeten vanuit de ruimte op donderdag 15 april 2010. Figuur 1 (rechter paneel) laat de hoeveelheid absorberend aerosol zien.

Kort voordat OMI over IJsland vloog, werd de pluim ook gedetecteerd door het GOME-2 instrument vanaf de EUMETSAT MetOp-A satelliet (Figuur 2). De meting vanaf dit instrument is van 09:30 uur lokale tijd en geeft een onafhankelijk beeld van de aswolk. Opnieuw zijn de duidelijk verhoogde hoeveelheden waarneembaar tussen IJsland, over de Faeröer Eilanden, en Noorwegen.

Figuur 2. De pluim van de IJslandse vulkaan gedetecteerd door het GOME-2 instrument.
Figuur 2. De pluim van de IJslandse vulkaan gedetecteerd door het GOME-2 instrument.

MODIS waarnemingen van de pluim

Behalve met Europese instrumenten, is de aswolk ook zeer overtuigend waargenomen vanaf NASA’s MODIS satelliet (Figuur 3). Een kleurenfoto, genomen in de ochtend van 15 april, laat de vulkanische pluim zien terwijl deze over de Noord-Atlantische oceaan waait. De bruine tint vormt een sterke aanwijzing dat de pluim een grote hoeveelheid as bevat.

Figuur 3. Satellietbeeld gemaakt door het MODIS-instrument. De pluim is duidelijk zichtbaar als een bruine band boven de Noord-Atlantische Oceaan. (NASA figuur door MODIS Rapid Response Team, NASA GSFC, Verenigde Staten).
Figuur 3. Satellietbeeld gemaakt door het MODIS-instrument. De pluim is duidelijk zichtbaar als een bruine band boven de Noord-Atlantische Oceaan. (NASA figuur door MODIS Rapid Response Team, NASA GSFC, Verenigde Staten).

Onderzoek en metingen in Cabauw

De aspluim die nu over West Europa trekt biedt interessante mogelijkheden voor verder wetenschappelijk onderzoek naar het samenspel tussen wolken, aërosolen en zonnestraling. Aërosolen, zoals vulkaanstof, verstrooien een deel van de zonnestraling terug de ruimte in en kunnen zodoende een (tijdelijk) verkoelend effect hebben. Bij grote vulkaanuitbarstingen in de tropen, zoals die van Pinatubo in 1991, is de afkoeling gedurende enige jaren merkbaar. Bij kleinere uitbarstingen, zoals die op IJsland, zal het effect waarschijnlijk veel kleiner zijn.

Naast het directe effect van aërosolen op zonnestraling bestaat er een ingewikkelde relatie tussen de hoeveelheid aërosolen in de atmosfeer en de samenstelling van wolken. In een vervuilde atmosfeer, bijvoorbeeld ten gevolge van vulkaanstof, zullen wolken bestaan uit veel kleine wolkendruppeltjes die het zonlicht efficiënt terug de ruimte in verstrooien. Op deze indirecte manier, dus via een veranderende samenstelling van wolken, kan vulkaanstof een (tijdelijk) verkoelend effect hebben.

Op de meetlokatie Cabauw meet het KNMI samen met 7 andere instituten en universiteiten voortdurend de samenstelling van de atmosfeer en de hoeveelheid zonnestraling die het aardoppervlak bereikt. De uitbarsting van de IJslandse vulkaan biedt dus een uitgelezen mogelijkheid om de bestaande theorieën te testen met gedetailleerde metingen aan de atmosfeer.

Figuur 4 laat dwarsdoorsneden zien van de atmosfeer gemaakt met het UV lidarsysteem van Cabauw op 16 april 2010 tussen 10 en 14 UTC. In het eerste deel van het beeld domineren de wolken nog maar in de loop van de tijd breekt de bewolking en is een sterk reflecterende laag duidelijk waar te nemen tussen ruwweg 2 en 2.5 km (donkerrode kleur). Naar alle waarschijnlijkheid wordt dit signaal veroorzaakt door de as van de IJslandse vulkaan. Het unieke van deze metingen is dus dat we met grote nauwkeurigheid de verticale uitgestrektheid van de as in de atmosfeer kunnen bepalen.

Figuur 4: Lidar-metingen gemaakt in Cabauw op 16 april 2010. De figuur geeft op ieder tijdstip een dwarsdoorsnede van de atmosfeer. In het eerste deel van het beeld wordt het signaal nog voornamelijk geblokkeerd door bewolking (rond of net boven de 1 km)
Figuur 4: Lidar-metingen gemaakt in Cabauw op 16 april 2010. De figuur geeft op ieder tijdstip een dwarsdoorsnede van de atmosfeer. In het eerste deel van het beeld wordt het signaal nog voornamelijk geblokkeerd door bewolking (rond of net boven de 1 km)

Het RIVM beschikt over een bijzonder geavanceerde lidar, de Raman lidar, die de stoflaag in detail zichtbaar kan maken. Deze lidar staat ook in Cabauw en met de gegevens kunnen de eigenschappen van het stof afgeschat worden. Door vergelijking met soortgelijke metingen elders in Europa komen we meer te weten over veranderingen van het vulkaanstof tijdens het transport. Figuur 5 laat metingen van de Raman lidar zien, eveneens gemaakt op 16 april 2010. De stoflaag net boven de 2 km hoogte is fraai zichtbaar.

Figuur 5. Raman-lidarmetingen gemaakt in Cabauw op 16 april 2010. Net als figuur 4 geeft dit plaatje op ieder tijdstip een dwarsdoorsnede van de atmosfeer en is de stoflaag in fraai detail te zien. Metingen en figuur: A. Apituley (RIVM).
Figuur 5. Raman-lidarmetingen gemaakt in Cabauw op 16 april 2010. Net als figuur 4 geeft dit plaatje op ieder tijdstip een dwarsdoorsnede van de atmosfeer en is de stoflaag in fraai detail te zien. Metingen en figuur: A. Apituley (RIVM).

Figiuur 6 laat de lidarwaarnemingen van zondag 18 april zien. De aslaag bevond zich toen lager, tussen de 1 en 2 km hoog. Gedurende de dag varieerde de dikte van de laag boven Cabauw aanzienlijk.

Figuur 6. Lidarwaarnemingen in Cabauw op zondag 18 april 2010. De laag met vulkanisch stof bevindt zich tussen 1 en 2 km.
Figuur 6. Lidarwaarnemingen in Cabauw op zondag 18 april 2010. De laag met vulkanisch stof bevindt zich tussen 1 en 2 km.

Conclusie

De pluim die ontstaan is ten gevolge van de vulkaanuitbarsting op IJsland is duidelijk zichtbaar in de zwaveldioxide en aërosolproducten die afgeleid zijn uit satellietmetingen. Deze metingen worden door diverse luchtvaart-instanties gebruikt ter registratie van uitzonderlijk hoge zwaveldioxide concentraties en ter ondersteuning van de besluitvorming over het afsluiten van het luchtruim. Vanuit wetenschappelijk perspectief biedt de uitbarsting de mogelijkheid tot nadere studie van de relatie tussen aërosolen, wolken en zonnestraling. Het instrumentarium van Cabauw, dat permanent meetgegevens van de atmosfeer verzamelt, zal hierin een belangrijke rol spelen. Eerste lidar-metingen in Cabauw laten op 16 april 2010 een sterk reflecterende laag zien tussen 2 en 2.5 km hoogte. Naar alle waarschijnlijkheid zien we hier de as van de IJslandse vulkaan.

Niet gevonden wat u zocht? Zoek meer achtergrond artikelen