Klimaateffecten van vulkaanuitbarsting Tonga waarschijnlijk klein

Onder het wateroppervlak bij de eilandengroep Tonga in de Stille Oceaan vond zaterdag 15 januari een krachtige vulkaanuitbarsting plaats. Het hete magma kwam in contact met koud zeewater wat bijdroeg aan een explosieve uitbarsting van vulkanische gassen en asdeeltjes. De explosie wekte sterke drukgolven op in de atmosfeer die 15 uur later in Nederland duidelijk zichtbaar werden in de luchtdrukmetingen. De laatste grote uitbarsting die het klimaat sterk beïnvloedde was van de Filippijnse vulkaan Pinatubo in 1991. Als gevolg van de enorme hoeveelheid uitgestoten zwaveldioxide koelde de aarde in de jaren daarna met 0,2 graden af. Volgens eerste schattingen is de hoeveelheid zwaveldioxide van deze uitbarsting 50 keer kleiner en we verwachten daarom geen grote klimaateffecten.

Atmosferische drukgolven 

Door de schokgolf van de explosie ontstonden drukgolven die zich in wijde cirkels door de atmosfeer over de hele aarde hebben verspreid

De explosieve uitbarsting van de vulkaan Hunga Tonga–Hunga Haʻapai is op een indrukwekkende manier vastgelegd door weersatellieten (figuur 1). Door de schokgolf van de explosie ontstonden drukgolven die zich in wijde cirkels door de atmosfeer over de hele aarde hebben verspreid. Wereldwijd werden op barometers uitwijkingen van enkele hectopascal gemeten. Dit zijn zogenaamde Lamb-golven, een speciaal type geluidsgolf, die kunnen ontstaan bij grote explosies zoals vulkaanuitbarstingen. De uitbarsting van de Krakatau in 1883 heeft vergelijkbare golven opgewekt die tenminste vier keer de aarde over gingen. 

Ook hoogfrequent infrageluid gemeten

Na 16.415 km afgelegd te hebben via de Noordpool trok de Lamb-golf zaterdag even na 20.00 uur vanuit het noorden over Nederland, waar de golf op de barometers van het KNMI werd gemeten. Er kwamen ook meldingen binnen van registraties op weerstations van ons WOW-NL netwerk. De registratie in De Bilt liet een afwijking van ±1.5 hPa in de drukmeting zien, gedurende de periode van een uur. Een bijzondere observatie is dat een uur na het passeren van de Lamb-golven ook hoogfrequenter infrageluid wordt gemeten op de microbarometer. In de meetmast van Cabauw werd op 200 meter hoogte tegelijkertijd een met de golf samenhangende wind variatie van ±0.6 m/s gemeten. Enkele uren later, rond 2:30, kwam de Lamb-golf vanuit het zuiden aan via de Zuidpool (figuur 2). Op ons weer hebben deze golven geen merkbare invloed gehad.

Tsunami's 

Naast onhoorbaar laagfrequent geluid werd tot in Alaska ook hoorbaar geluid op een afstand van meer dan 9000 kilometer gemeten en ervaren. Wereldwijd werd de trilling van de uitbarsting ook op seismometers gemeten. Alhoewel dit geen aardbeving is maar een explosie, kon een magnitude van 5,8 op de schaal van Richter worden geschat door de Amerikaanse geologische dienst USGS. In de oceaan werd door de waterverplaatsing een tsunami opgewekt die met een gemiddelde snelheid van rond 700 km/uur pas na 12 uur de westkust van de Verenigde Staten bereikte en voor een extra golfhoogte zorgde van rond de 30 centimeter. In Japan werden golfhoogtes gemeten tot 1,20 meter. De aspluim steeg uit tot 30 kilometer hoogte en wordt door de wind naar het westen geblazen richting Australië (figuur 2).

Temperatuur stijgt in de stratosfeer, daalt aan de grond

De grote hoeveelheden as- en zwaveldeeltjes die in de stratosfeer (boven ongeveer 18 kilometer hoogte) terechtkomen, absorberen zonlicht en dat verwarmt de stratosfeer. Minder zonlicht bereikt de grond wat zorgt voor een afkoeling van de temperatuur aan het oppervlak. De as- en zwaveldeeltjes verspreiden zich de komende maanden met de wind over de hele aarde.

Bij eerdere grote uitbarstingen zoals die van de Filippijnse vulkaan Pinatubo in 1991 daalde de wereldgemiddelde temperatuur met 0,2 graden (figuur 3). Dat is 20% van de door de mens veroorzaakte temperatuurstijging van 1,1 graden sinds 1900. Het effect is kort: na 2 tot 3 jaar zijn de meeste zwaveldeeltjes uit de stratosfeer neergedaald, de as is al na enkele maanden uit de lucht. De hoeveelheid zwaveldeeltjes als gevolg van Tonga wordt 50 keer kleiner geschat en er worden dan ook geen grote temperatuureffecten verwacht. 

Vulkaan stoot as, zwaveldioxide, CO2 en waterdamp uit

De bijdrage aan de CO2-stijging en daarmee de opwarming van de aarde is voor deze uitbarsting verwaarloosbaar klein

Naast as en zwaveldioxide stoot de vulkaan ook CO2 en waterdamp uit. De extra waterdamp regent snel weer uit, maar het duurt jaren voordat de extra CO2 uit de atmosfeer verdwijnt. Echter, zelfs voor een grote uitbarsting als de Pinatubo was de CO2 uitstoot klein (0,05 Gt) ten opzichte van de uitstoot door menselijke activiteiten (36 Gt per jaar). Alle vulkanen tezamen stoten gemiddeld 0,26 Gt per jaar uit. Het kost de mens slechts drie dagen dezelfde hoeveelheid uit te stoten. De bijdrage aan de CO2-stijging en daarmee de opwarming van de aarde is voor deze uitbarsting dus verwaarloosbaar klein.

Grote vulkaanuitbarstingen versterken westenwinden

Krachtige vulkaanuitbarstingen in de tropen waarbij de pluim tot in de stratosfeer komt hebben enkele jaren invloed op het klimaat. Dat komt doordat in de tropische stratosfeer de vervuilde lucht verder doorstijgt en vervolgens relatief langzaam van de tropen naar de polen stroomt. Hierdoor kunnen de kleinste zwaveldeeltjes enkele jaren in de stratosfeer verblijven en invloed uitoefenen op het klimaat. 

Langjarige klimaatvariaties in onze streken kunnen hiervan het gevolg zijn. De zwaveldeeltjes absorberen het meeste zonlicht in de tropische stratosfeer waar de meeste zonnestraling binnenkomt. Hierdoor neemt het temperatuurverschil tussen tropen en pool in de stratosfeer toe en daarmee ook het verschil in luchtdruk tussen evenaar en pool. Dit geeft een toename in de westenwind in zowel de stratosfeer als in de troposfeer waarin wij leven (figuur 3). De sterkere westenwind leidt tot meer verdamping van de Noord-Atlantische Oceaan, die daardoor koeler wordt.

Geen grote effecten op ons klimaat verwacht

Dit verband tussen vulkaanuitbarstingen in de tropen en langjarige klimaatvariaties in onze streken geldt niet alleen voor de afgelopen 150 jaar waarvoor relatief veel metingen beschikbaar zijn, maar ook voor de afgelopen 1000 jaar. Dat blijkt uit indirecte metingen, zoals de dikte van boomringen als maat voor de temperatuur. Gezien de eerste schattingen van de hoeveelheden as en zwaveldeeltjes verwachten we geen grote effecten van deze uitbarsting op het klimaat in onze streken. Wel worden we mogelijk getrakteerd op mooie rode zonsondergangen door de vulkaandeeltjes in de stratosfeer.

KNMI-klimaatbericht door Jelle Assink, Fred Bosveld, Frank Selten, Peter Siegmund, Hylke de Vries, Michiel van Weele, Jos de Laat, Elske de Zeeuw-van Dalfsen