Laagfrequent geluid van uitbarsting Krakatau

Enkele uren voordat een flank van de Indonesische vulkaan Anak Krakatau eind december instortte laat het monitoringsysteem een afwijkende toon zien. Dit infrageluid, of laagfrequent geluid, is gemeten op microfoons van het Internationale Monitoring Systeem (IMS), zo blijkt uit recent onderzoek van het KNMI. Door deze instorting ontstond een tsunami die aan 437 mensen het leven kostte.

Geluidsgolven van nucleaire testen

Het Internationale Monitoring System (IMS) is aangelegd voor de verificatie van het kernstopverdrag en monitort onder andere de atmosfeer voor laagfrequente geluidsgolven van nucleaire testen, zoals de recente testen in Noord-Korea. De laagfrequente, onhoorbare geluidsgolven kunnen over duizenden kilometers reizen omdat ze weinig demping ondervinden. Hierdoor is infrageluid een effectieve monitoring techniek.  Wereldwijd worden er momenteel 60 infrageluidstations gerealiseerd. Elk station bestaat uit meerdere microfoons op korte afstand van elkaar, waardoor de geluidsrichting en de sterkte kan worden bepaald. Deze opstelling wordt een ‘array’ genoemd.

Monitoring natuurrampen

Een verandering in de toon kan duiden op plotselinge verandering in de activiteit van de vulkaan

Naast het primaire doel voor de verificatie van het kernstopverdrag, wordt er momenteel onderzoek gedaan naar de bijdrage van infrageluid in de monitoring van natuurrampen, zoals vulkanische uitbarstingen. Vulkanische activiteit genereert namelijk infrageluid, bijvoorbeeld van explosieve erupties. Langdurige vulkanische activiteit kan ook meetbaar zijn wanneer de kraterpijp als een orgelpijp resoneert. Een verandering in de toon kan duiden op plotselinge verandering in de activiteit van de vulkaan. Deze extra kennis kan nuttig zijn voor waarschuwingen voor de luchtvaart, zeker als het in het gebied rondom de vulkaan bewolkt is waardoor satellietobservaties niet altijd duiding kunnen geven.

Het kind van Krakatau

De eerste meting van infrageluid ooit voert terug op de historische uitbarsting van Krakatau in augustus 1883. De Krakatau ligt in de Sunda Straat, tussen Sumatra en Java. De uitbarsting in 1883 was zo intens, dat de geluidsgolven tenminste vier keer om de aarde heen propageerden. Een groot deel van het Krakatau complex werd door deze uitbarsting weggevaagd, maar rond 1930 verscheen een nieuwe vulkaan, Anak Krakatau, oftewel het kind van Krakatau. In juni 2018 begon een nieuwe eruptieve episode die tot op heden voortduurt.

Eruptie in 2018

De vulkaan was bijzonder actief tussen 22 december 2018 en 8 januari 2019. Meerdere IMS infrageluid arrays in de buurt van Anak Krakatau hebben het geluid van deze erupties gemeten (Figuur 1). Het duidelijkste signaal voorafgaand aan de uitbarsting werd tussen 8.00 en 14.30 UTC gemeten op Cocos Islands, op 1150 km afstand van de vulkaan (Figuur 2). Het geluid van de eruptie zelf kwam pas een uur later aan, omdat het over een afstand van 1150 km moest propageren met een snelheid van 0.32 km/s.

De geluidsmetingen op dit station laten een sterk, continu signaal van de vulkaan zien, met een geluidssterkte van zo’n 2 pascal. De sterkte van dit (onhoorbare) geluid komt overeen met het geluidniveau van een drilboor op een paar meter. De dagelijkse variatie in de metingen hebben te maken met de atmosfeer als geluidsoverdragend medium. Overdag zijn de ruisniveaus hoger door turbulentie bij het meetstation, waardoor het signaal van de vulkaan moeilijker te meten is.

De metingen laten de meerwaarde zien van het wereldwijde infrageluidnetwerk als monitoringsysteem voor vulkaanuitbarstingen

Tevens is op 22 december 2018 rond 12 uur een verschuiving van de toonhoogte van het geluid gemeten die overeenkomt met het moment dat een flank van de berg instortte, wat tot een tsunami leidde. De hypothese kan worden gesteld dat deze verschuiving van de geluidstoon te maken heeft met de verandering in de vorm van de krater op het moment dat de flank van Anak Krakatau instortte. De metingen laten de meerwaarde zien van het wereldwijde infrageluidnetwerk als monitoringsysteem voor vulkaanuitbarstingen.

Klimaateffecten

Grote vulkaanuitbarstingen, zoals de uitbarsting van de Krakatau in 1883, kunnen een tijdelijk verkoelend effect hebben op het klimaat. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat de impact van vulkanische uitbarstingen op het klimaat afhankelijk is van de chemische samenstelling van de aspluim, naast de locatie en grootte van de vulkaan.

KNMI-klimaatbericht door Jelle Assink