Hoe bosbrandrook door zonlicht grote hoogtes kan bereiken

Terugkijkend op het jaar 2020 was een van de uitzonderlijke klimatologische gebeurtenissen de heftige bosbranden in Australië in januari. De beelden van bloedrood gekleurde luchten gingen de wereld over en de dag was veranderd in een nacht.

Brandwolken

Ook wetenschappelijk gezien waren de branden uitzonderlijk. De branden waren zo heftig dat ze hun eigen weer genereerden (figuur 1). Door vrijkomende warmte ontstonden brandwolken, de zogenoemde pyrocumulonimbus. Deze lijken op onweerswolken maar bestaan niet uit waterdruppeltjes maar hoofdzakelijk uit rookdeeltjes.

Zulke wolken kunnen rookdeeltjes snel naar grote hoogte transporteren, bij heftige branden tot in de stratosfeer en de ozonlaag. Normaal gesproken regent de rook weer uit. Maar als rook zich eenmaal in de stratosfeer bevindt, kan het maanden tot jaren duren voordat het weer verdwenen is.

Ook tijdens de Australische bosbranden van begin dit jaar ontstonden er pyrocumulonimbus-wolken die rook tot in de lagere stratosfeer (15 kilometer hoogte) brachten. De hoeveelheid stratosferische rook was vergelijkbaar met die van een kleine vulkaanuitbarsting, zo bleek uit satellietwaarnemingen. Totaal kwam ongeveer 4 miljoen ton rook in de stratosfeer terecht, vergelijkbaar met 500 vierkante kilometer Australisch bos.

Rookwolk 'the blob'

In satellietwaarnemingen was goed te volgen hoe de rook zich in de stratosfeer verspreidde (figuur 2). Daarbij werd iets opmerkelijks waargenomen: al vrij snel na de heftigste branden ontstond er een omvangrijke stratosferische rookwolk van wel 500 kilometer doorsnede die geheel zijn eigen gang leek te gaan. Onder wetenschappers werd dit fenomeen al snel ‘the blob’ gedoopt.

Nooit eerder kwam bosbrandrook zo hoog

De ‘blob’ bleef drie maanden lang in de stratosfeer in satellietwaarnemingen te volgen en steeg daarbij tot zelfs 35 kilometer hoogte (figuur 3). Nooit eerder werd bosbrandrook zo hoog waargenomen: het vorige record stond op 24 kilometer. Dat rook zo hoog kan komen is ook opmerkelijk omdat verticale bewegingen van stratosferische lucht over het algemeen heel traag gaan en vaak jaren in beslag nemen. Bovendien beweegt de lucht in de stratosfeer buiten de tropen gemiddeld langzaam naar beneden. Er moest dus een mechanisme zijn waardoor de ’blob’ tegen de stroom in kon bewegen.

Absorptie van zonlicht

Dat bleek alles te maken te hebben met de hoeveelheid rook en de kleur van de rook. Dikke donkere rookwolken onderscheppen veel zonlicht, zoals ook blijkt uit foto's vanaf de grond met bloedrood gekleurde luchten en de dag die verandert in een nacht. Het zonlicht warmt de rook zo sterk op dat deze als ware als een luchtballon langzaam omhoog gaat. Uiteindelijk stopte de rook bij 35 kilometer ten eerste omdat de lucht daar zo ijl is (200 keer dunner dan aan de grond) dat zelfs hele kleine rookdeeltjes naar beneden vallen. En ten tweede omdat op die hoogte de intense UV straling de rookdeeltjes afbreekt.

Idee al eerder geopperd

Het idee dat dichte rookwolken in de stratosfeer zoveel zonlicht kunnen absorberen dat ze langzaam gaan stijgen werd in 2010 en in 2012 al door KNMI-wetenschappers geopperd. Ook bestonden er al aanwijzingen uit eerdere grote bosbranden van dit proces. Maar een zo duidelijke bevestiging van die hypothese ontbrak nog. Na de bosbranden van dit jaar in Australië is dit een algemeen wetenschappelijk geaccepteerd mechanisme geworden.

 

KNMI-klimaatbericht door Jos de Laat