Artist impression van een gele zonsondergang door vulkanisch stof van de Tambora (Turner, 1828)
Achtergrond

Klimaateffecten van vulkaanuitbarstingen

Vulkaanuitbarstingen op IJsland hebben in het verleden de temperatuur op aarde nauwelijks beïnvloed. Tropische erupties zijn wel goed zichtbaar in de temperatuurreeksen.

Vulkaanuitbarstingen hebben alleen een langdurig koelend effect als het stof de stratosfeer bereikt (boven de 10/15 km). Het stof van vulkaanerupties in de tropen wordt door de luchtstromingen verder omhoog gebracht en over de hele wereld verspreid, terwijl dat van vulkanen buiten de tropen naar beneden waait en snel weer verdwijnt. We verwachten dus niet dat de huidige uitbarsting van de Grimsvötn op IJsland de temperatuur merkbaar zal beïnvloeden.

Vulkaanuitbarstingen buiten de tropen

Grote vulkaanuitbarstingen hebben soms een invloed op de temperatuur op aarde. Dat hangt er echter sterk van af waar de vulkaan staat. De uitbarsting van de Eyjafjallajökull een jaar geleden bereikte nauwelijks de stratosfeer. De vorige uitbarsting van de Grímsvötn in november 2004 spuwde een pluim as uit tot op 12 kilometer hoogte, maar dit had geen invloed op de temperatuur op aarde of in Europa. Ook de sterkere uitbarsting van de Kasatochi in Alaska in augustus 2008 is niet zichtbaar in de temperatuurmetingen, hoewel de as tot 14 km hoog kwam en duizenden kilometers te volgen was. De zomer van de grote uitbarsting van de Laki en Grímsvötn in 1783 was in Europa juist warmer dan normaal (wat de desastreuze effecten van de as en zwaveldampen alleen maar erger maakte).

Vulkaanuitbarstingen in de tropen

Wel duidelijk zichtbaar in reeksen van de temperatuur zijn uitbarstingen in de tropen. De uitbarsting van de Pinatubo op de Filippijnen in juni 1991 heeft de wereld een paar maanden een halve graad afgekoeld. Het duurde ook 2-3 jaar voordat het effect voorbij was: de jaargemiddelde temperatuur van 1992 en 1993 lag een kwart graad lager dan de jaren er voor en er na.

Jaargemiddelde wereldgemiddelde temperatuurafwijking tov 1951-1980 (bron: GISS/NASA)
Jaargemiddelde wereldgemiddelde temperatuurafwijking tov 1951-1980 (bron: GISS/NASA)

Gunung Agung op Bali barste in februari 1963 uit, en de wereldgemiddelde temperatuur in 1964 was 0,2ºC lager dan het jaar er voor, wat duidelijk zichtbaar is in de reeks van de wereldgemiddelde temperatuur. Verder terug in de tijd wordt de onzekerheid van de reconstructies van de wereldgemiddelde temperatuur groter, zodat het effect van de beroemde uitbarsting van de Krakatau in 1883 niet meer zo duidelijk is.

Zelfs zonder goede metingen zijn de effecten van de grootste vulkaanuitbarsting van de afgelopen eeuwen terug te vinden. De Tambora in Indonesië bracht in april 1815 as tot 40km hoog de atmosfeer in. Het volgende jaar 1816 staat bekend als het "jaar zonder zomer", met zomertemperaturen in Noord-Amerika en Europa ver onder normaal. Nachtvorst en sneeuw daar en abnormale regenpatronen elders zorgden voor mislukte oogsten en hongersnood in veel gebieden in de wereld. Een bijkomende factor was dat in de drie jaar daarvóór andere grote vulkaanuitbarstingen de aarde al afgekoeld hadden.

De temperatuurafwijking van de zomer van 1816 (Briffa et al, 1998)
De temperatuurafwijking van de zomer van 1816 (Briffa et al, 1998)

Lokale effecten

Het temperatuureffect van grote vulkaanuitbarstingen in de tropen is een afkoeling van vrijwel de hele aarde. Er is één belangrijke uitzondering: winters in West-Europa zijn na zo'n een vulkaanuitbarsting juist wat milder, met minder koude oostenwind dan gewoonlijk.

Wat doet vulkanisch stof?

Vulkaanuitbarstingen brengen veel stof en zwavelgassen (zwaveldioxide) in de
atmosfeer. Uit zwavelgassen kunnen via chemische reacties sulfaatdeeltjes ontstaan. De grotere deeltjes vallen vrij snel terug naar de aarde, kleinere deeltjes kunnen veel langer “rondhangen” voordat ze verdwenen zijn. Vulkanisch stof kan op verschillende manier het klimaat beïnvloeden.

Ten eerste is er een stralingseffect: vulkanisch stof schermt de atmosfeer af tegen zonnestraling. Na de uitbarsting van de Pinatubo was er op het hoogtepunt een afname van ongeveer één procent van de zonnestraling die het aardoppervlak bereikte, en een globale afkoeling van ongeveer een halve graad.

Een tweede effect is dat de atmosferische circulatie kan veranderen als het stralingseffect groot genoeg is. Dit effect manifesteert zich vooral in de winter en lijkt voor de Noord-Atlantische sector op de positieve fase van de Noord-Atlantische Oscillatie (NAO), met zacht en nat weer in noordelijk Europa en koud en droog weer in het zuiden. De stofdeeltjes boven de subtropen warmen op in het zonlicht, terwijl die boven de pool in het donker zweven. Dit temperatuurverschil versterkt de westelijke luchtstroming.

Een mogelijk ander effect is de invloed van stof op wolkenvorming. De stofdeeltjes vormen de kernen waarop wolkendruppeltjes condenseren. Als er meer kernen zijn bestaat een wolk uit meer maar kleinere druppels, waardoor hij witter is en meer zonlicht weerkaatst. Over de grootte van dit effect bestaat nog onzekerheid. Bovendien verdwijnt het snel.

Waar gaat het vulkanisch stof heen?

Heel belangrijk voor de invloed van vulkaanstof op het klimaat is waar de deeltjes in de atmosfeer terechtkomen: troposfeer of stratosfeer. De troposfeer is de laag van de atmosfeer waar ons weer zich afspeelt – typisch de onderste 10 tot 15 kilometer van de atmosfeer. Daarboven bevind zich de stratosfeer, die zich uitstrekt vanaf 10/15 km tot 45 km hoogte.

Bij niet al te heftige uitbarstingen komt het meeste vulkaanstof in de troposfeer terecht. Door de snelle en veranderlijke winden kan het stof zich razendsnel over de aarde verspreiden. Bijgevoegd satellietbeeld van SO2 gemeten met het OMI instrument toont duidelijk de snelle verplaatsing van vulkaanstof na de uitbarsting van de Kasatochi vulkaan (zuid van Alaska, uitbarsting 7 augustus 2008). Echter, door hetzelfde weer regent het al snel uit, het `schoonwassen' van de lucht.

De stratosfeer kenmerkt zich door de grote hoeveelheid ozon (zie figuur hieronder), die voor mens en dier schadelijke ultraviolette straling filtert. De troposfeer vertoont veel variabiliteit (“weer”) en snel transport, maar de stratosfeer is daarentegen uitermate rustig en kalm. Er zijn vrijwel geen wolken en er is geen neerslagvorming.

Zwaveldioxyde hoog in de atmosfeer van de vulkaan Kasatochi in Alaska komt onze kant op (bron: KNMI)
Zwaveldioxyde hoog in de atmosfeer van de vulkaan Kasatochi in Alaska komt onze kant op (bron: KNMI)
Ozonconcentraties en luchtstroming in de stratosfeer: boven de evenaar gaat de lucht omhoog, bij de polen daalt de lucht weer.
Ozonconcentraties en luchtstroming in de stratosfeer: boven de evenaar gaat de lucht omhoog, bij de polen daalt de lucht weer.

De stratosferische circulatie – beter bekend onder de naam Brewer-Dobson circulatie – kenmerkt zich door transport van lucht vanuit de tropen richting polen. Dat transport is echter tergend langzaam: het duurt typisch een jaar of vijf voordat stratosferische lucht vanuit de tropen in de buurt van de polen terecht komt.

Zoals de figuur hierboven laat zien stijgt in de tropen stratosferisch lucht langzaam terwijl deze op middelbare en hoge breedtegraden juist langzaam daalt. Dit heeft belangrijke consequenties voor het effect van vulkanen op ons klimaat.

Als de vulkaan buiten de tropen staat komt het vulkaanstof snel weer naar beneden. Als een tropische vulkaan echter stof in de stratosfeer brengt, transporteert de Brewer-Dobson circulatie het vulkaanstof langzaam door de hele stratosfeer waarbij het zich over de hele wereld kan verspreiden. De figuur hieronder laat zien hoe het vulkaanstof zich verspreidde na de uitbarsting van de Pinatubo in juni 1991. Duidelijk is te zien dat in de eerste maanden het vulkaanstof zich vooral over de tropen verspreidt. In de maanden daarna begint het vulkaanstof zich ook langzaam richting de polen te bewegen. Als we dan een dikke twee jaar later nog eens kijken zien we dat het vulkaanstof zich inmiddels over de gehele aarde heeft verspreid maar dat de atmosfeer nog lang niet zo helder is als vlak voor de uitbarsting. Omdat het in dit geval zo lang duurde voordat het vulkaanstof weer uit de stratosfeer verdween, kon het gedurende lange tijd wereldwijd een beetje zonlicht reflecteren, met een daling van de temperatuur aan het aardoppervlak als gevolg.

SAGE II stratosferische optische dikte voor en na de eruptie van de Pinatubo. bron: NASA
SAGE II stratosferische optische dikte voor en na de eruptie van de Pinatubo. bron: NASA

Conclusie

Het effect van vukaanuitbarstingen op het klimaat hangt sterk af van de kracht en de locatie van de vulkaan. Alleen erupties in de tropen die krachtig genoeg zijn om de stratosfeer te bereiken hebben een duidelijk koelend effect op de aarde. Een uitzondering zijn de winters in West-Europa, die na zo een vulkaanuitbarsting in de tropen vaak juist zachter zijn. Vulkanen op IJsland hebben geen grootschalig temperatuureffect.We verwachten dus niet dat de huidige uitbarsting van de Grimsvötn een koelend effect op de aarde zal hebben.

Dit artikel is op 14 april 2010 gepubliceerd en op 23 mei 2011 licht aangepast.

Niet gevonden wat u zocht? Zoek meer achtergrond artikelen