Vulkanische uitbarstingen hebben doorgaans invloed op land en oceaan. In zeldzame gevallen reiken ze veel hoger en beïnvloeden ze de atmosfeer zelf. Wanneer dit gebeurt, verschuiven de temperaturen, verandert de luchtchemie en kan de wereldwijde luchtcirculatie worden verstoord.
In januari 2022 deed zich zo’n uitbarsting voor. Een onderwateruitbarsting in de Stille Oceaan stuurde materiaal de atmosfeer in op hoogten die zelden worden bereikt door vulkanen, met effecten die jaren later nog steeds worden gemeten.
Een nieuwe internationale beoordeling legt nu uit waarom de uitbarsting van Hunga Tonga-Hunga Haʻapai ongekend was en hoe deze het begrip van wetenschappers over de invloed van vulkanen op het klimaat van de aarde heeft herzien.
De Hunga-vulkaan barstte uit vanuit een ondiepe oceaanlocatie in de tropische Stille Oceaan in januari 2022. De explosie stootte materiaal veel hoger uit dan de meeste vulkanische evenementen.
Satellietgegevens tonen een pluim die dicht bij de rand van de ruimte stijgt, en lagen bereikt die voorheen nooit gemeten zijn voor een onderwateruitbarsting. Wetenschappers maakten gebruik van satellieten, weerballonnen, gegevens van vliegtuigen en grondstations om gassen, deeltjes en temperatuurveranderingen te volgen. Wereldwijde chemische klimaatmodellen hielpen bij het testen hoe luchtbeweging vulkanisch materiaal in de loop van de tijd verspreidde.
Aangezien Hunga onder water uitbarstte, reageerde het magma met zeewater. Dit contact veroorzaakte een zeer gewelddadige explosie, waarbij magma in hele kleine deeltjes werd gebroken en grote hoeveelheden waterdamp hoog de lucht in werden geduwd. Volgens de beoordeling steeg de wereldwijde stratosferische waterdamp met ongeveer 10 procent na de uitbarsting.
Het merendeel van deze vochtigheid blijft tot 2025 in de hogere luchtlagen. Geen eerdere uitbarsting heeft een dergelijke grote en langdurige toename laten zien.
“De uitbarsting van Hunga was ongekend en verschilde van alle eerdere waarnemingen door onze satellieten,” aldus Dr. Yunqian Zhu, een senior onderzoeksspecialist aan de Universiteit van Colorado Boulder. “De uitbarsting heeft aangetoond hoe waterrijke vulkanische uitbarstingen de stratosfeer kunnen beïnvloeden en hoe essentieel wereldwijde samenwerking is bij het monitoren en begrijpen van dergelijke zeldzame evenementen.”
Gewone grote vulkanische uitbarstingen verwarmen de bovenste atmosfeer omdat donkere deeltjes zonlicht absorberen. Hunga produceerde echter een ander resultaat. Extra waterdamp zorgde ervoor dat warmte de ruimte in werd afgegeven, wat leidde tot afkoeling in plaats van opwarming.
Metingen tonen aan dat er een afkoeling van ongeveer 0,5 tot 1°C plaatsvond over grote gebieden van de stratosfeer. De afkoeling bereikte ook hogere lagen maanden later. Dit gedrag staat in sterk contrast met uitbarstingen zoals die van de Mount Pinatubo in 1991.
“De reden voor dit rapport is dat grote vulkanische uitbarstingen aanzienlijke impact kunnen hebben op het klimaat en de ozonlaag,” zegt Dr. Graham Mann van de School of Earth and Environment aan de Universiteit van Leeds. “De uitbarsting van Pinatubo in 1991 veroorzaakte bijvoorbeeld een wereldwijde afkoeling van ongeveer 0,25 tot 0,5°C gedurende twee jaar.”
Zwaveloxide stuurt vaak de klimatologische effecten van vulkanen aan door reflecterende sulfaatdeeltjes te vormen. Hunga stootte een grote hoeveelheid zwavel uit, maar het zeewater ving het merendeel van die zwavel op voordat het de atmosfeer binnendrong. Slechts een klein percentage bereikte de stratosfeer.
Modellen tonen snel deeltjesgroei door overvloedige waterdamp, gevolgd door geleidelijke neerslag naar lagere atmosferische lagen. “De belangrijkste maat voor de impact van vulkanen op het klimaat is de hoeveelheid zwavel die een uitbarsting in de stratosfeer vrijgeeft,” zei Dr. Mann. “Dit bepaalt hoeveel zonlicht de daaropvolgende laag van vulkanische sulfaat-aerosolen terug de ruimte in reflecteert.”
Ondanks de dramatische veranderingen in de bovenste atmosfeer, vertoonden de oppervlaktetemperaturen weinig reactie. De afkoeling nabij het aardoppervlak bereikte slechts ongeveer 0,05°C, een verandering die te klein is om te onderscheiden van natuurlijke klimaatschommelingen.
Professor Amanda Maycock van het Priestley Centre for Climate Futures en de School of Earth and Environment aan Leeds beoordeelde de klimatologische effecten voor het rapport. “Het rapport toont aan dat hoewel waterdamp een broeikasgas is, Hunga een netto afkoelingseffect had en niet de record hoge niveaus van wereldwijde warming veroorzaakte die in 2023 en 2024 werden waargenomen.”
“Dit is een zeer belangrijke bevinding, aangezien het begrijpen van de oorzaken van de recente stijging in wereldwijde warming een prioriteit is voor de klimaatwetenschaps gemeenschap.”
Extra waterdamp veranderde chemische reacties in de hogere luchtlagen. Korte termijn ozonreducties vonden plaats in delen van het Zuidelijk Halfrond, gedreven door veranderingen in de luchtbeweging in plaats van chemische vernietiging. Het verlies van ozon in Antarctica bleef binnen normale grenzen.
“De uitstoot van vulkanische waterdamp door Hunga betekent ook dat de herinnering aan de uitbarsting veel langer zal aanhouden dan bij een typische uitbarsting die rijk is aan zwavel,” zei Dr. Sandip Dhomse van de Universiteit van Leeds en het VK National Centre for Atmospheric Science.
Professor Martyn Chipperfield van de School of Earth and Environment voegde eraan toe dat klimaatmodellen hielpen om de vulkanische effecten van de menselijke invloed te scheiden. Dit werk ondersteunt internationale inspanningen onder het Montreal Protocol om de ozonherstel te beschermen.
Samenvattend tonen de bevindingen van Hunga aan hoe een zeldzame onderwateruitbarsting het begrip van wetenschappers over de atmosfeer heeft veranderd en waarom wereldwijde samenwerking belangrijk is in klimaatonderzoek.
