Vulkanen hebben een enorme invloed op de omgeving en kunnen de luchtvaartactiviteit in de omringende landen verstoren. Dit was bijvoorbeeld het geval tijdens de uitbarsting van de Eyjafjallajökull in IJsland in 2010, die leidde tot een stopzetting van de luchtvaart in grote delen van Noord-Europa gedurende meerdere dagen. De uitbarsting resulteerde in een wolk van vulkanische as die de motoren van vliegtuigen bedreigde en beperkte zichtbaarheid creëerde, wat de navigatie bemoeilijkte.
Echter, de aswolk die onmiddellijk na de uitbarsting wordt gecreëerd, is niet het enige product. Vulkanische uitbarstingen stoten enorme hoeveelheden deeltjes uit die het klimaat aanzienlijk kunnen veranderen. Een nieuwe studie, geleid door Dana Reiter, een Israëlische promovenda aan de Columbia University, heeft aangetoond dat de atmosfeer complex reageert op vulkanische uitbarstingen, die niet alleen de temperatuur beïnvloeden, maar ook de hoeveelheid neerslag wereldwijd.
Het Mechanisme dat de Aarde Koelt
Bij een grote vulkanische uitbarsting komen er talloze aerosoldeeltjes in de atmosfeer vrij. Aerosolen zijn kleine, vloeibare of vaste deeltjes die in de lucht worden verspreid en een invloed hebben op het klimaat van de aarde. De aerosolen die kenmerkend zijn voor vulkanische uitbarstingen bevatten vaak gassen en stofdeeltjes, voornamelijk zwaveldioxide, dat tot in de stratosfeer, 15 tot 50 kilometer boven de grond, kan komen.
In de stratosfeer reageert zwaveldioxide met waterdamp, waardoor kleine druppels zwavelzuur ontstaan die functioneren als kleine spiegels, die een deel van de zonnestraling terug de ruimte in reflecteren. Hierdoor komt er minder energie de troposfeer binnen – de atmosfeerlaag waarin wij leven – wat leidt tot een tijdelijke daling van de temperatuur over de hele wereld. Bovendien schatten onderzoekers dat de uitbarstingen ook kettingreacties veroorzaken die de neerslagpatronen wereldwijd en de luchtstromen in de atmosfeer veranderen op een manier die moeilijk te voorspellen is.
Geavanceerd Klimaatmodel
Om beter te begrijpen hoe vulkanische uitbarstingen de neerslag en luchtstromen op lange termijn beïnvloeden, gebruikten de onderzoekers een geavanceerd klimaatmodel dat door NASA is ontwikkeld. Dit model simuleert de aarde als een geheel systeem – continenten, oceanen, gletsjers en de atmosfeer – en is gebaseerd op de patronen van stromingen en de uitwisseling van energie en straling die over de aarde zijn gemeten.
In plaats van slechts de invloed van één specifieke vulkanische uitbarsting te onderzoeken, voerden de onderzoekers meerdere simulaties uit die verschillende uitbarstingen met verschillende intensiteiten bestudeerden, gebaseerd op schattingen van kenmerken van uitbarstingen die door de eeuwen heen hebben plaatsgevonden.
Resultaten van de Simulaties
In het model werd de impact van vulkanische uitbarstingen getest door zwavelhoudende aerosolen in de stratosfeer in te voeren. De intensiteit van de uitbarsting werd weergegeven door variërende hoeveelheden zwavel die aan het model werden toegevoegd, op een schaal van teragram (een biljoen gram). In elke simulatie werd een andere hoeveelheid zwavel in de atmosfeer “geïnjecteerd” en werd de reactie van het klimaatsysteem op veranderingen in de concentratie van zwavelzuur bestudeerd.
Vulkanische uitbarstingen leidden tot een daling van de oppervlaktetemperatuur van de aarde. Naast deze verwachte daling, voorzag het model een nog belangrijker effect: naarmate de vulkanische uitbarsting sterker was, was de verwachte afname van de neerslag ook groter. Het blijkt dat de hoeveelheid neerslag weer op het normale niveau terugkeert na ongeveer vijf jaar, maar de grootste daling vindt plaats in het eerste jaar na de uitbarsting.
De reden hiervoor is een kettingreactie: de aerosolen koelen het oppervlak af, waardoor de verdampingssnelheid en de hoeveelheid waterdamp in de lucht afnemen. Tegelijkertijd vertraagt een lichte temperatuurstijging in de hogere atmosferische lagen (in de stratosfeer en daarboven) de vorming van wolken en belemmert de vorming van regendruppels.
Gevolgen voor de Wereld
Aangezien de daling van de temperaturen voorspelbaar was, voegt het onderzoek een belangrijke nieuwe dimensie toe aan ons begrip van dit fenomeen en biedt het nieuwe informatie over de duur en intensiteit ervan. De gegevens tonen aan dat de afkoeling minstens vijf jaar kan aanhouden in alle scenarios, hoewel de intensiteit van de uitbarsting op een gegeven moment geen invloed meer heeft: zelfs bij de sterkste uitbarstingen, die meer dan 40 teragram zwavel uitstoten, bleef de temperatuur stabiel.
Tevens toont het onderzoek aan dat hoewel sterke uitbarstingen veranderingen in temperatuur en neerslag veroorzaken, de effecten niet uniform over de wereld zijn. Bepaalde tropische gebieden vertonen een bijzonder hoge gevoeligheid, met een duidelijke afname van de neerslag na de uitbarsting, terwijl andere gebieden, vooral in de oceanen nabij de polen, veel gematigdere veranderingen laten zien.
Dana Reiter legt uit: “Onze simulaties tonen aan dat bij significante vulkanische uitbarstingen het grootste gevaar de afname van de neerslag is, wat kan leiden tot ernstige droogtes met gevolgen voor de gehele mensheid. Het is aannemelijk dat de aarde in het verleden ook al met dergelijke gevolgen te maken heeft gehad.”
Dit onderzoek biedt voor het eerst een uitgebreid voorspellingsmodel voor de impact van vulkanische uitbarstingen op het wereldklimaat en benadrukt het belang van het begrijpen van de complexe atmosferische mechanismen voor het voorspellen en voorkomen van toekomstige rampen. Verdere studies van dit type kunnen toekomstige waarschuwingen en paraatheid mogelijk maken, indien nodig.
