Na maanden van pruttelen stortte de Anak Krakatau in Indonesië in december 2018 in. De zuidwestelijke flank gleed in zee, waardoor een muur van water naar de naburige eilanden Sumatra en Java werd gestuwd. Door de catastrofale gebeurtenis en de daaruit voortvloeiende tsunami kwamen meer dan 430 mensen om en raakten duizenden gewond.
De instorting was slechts het begin van de vurige aanval van de Anak Krakatau. De vulkaan bleef gaswolken kilometers de lucht in spuwen. Deze voedden een zeldzame onweersbui die fonkelde van de bliksemschichten en zes dagen aanhield. De gebeurtenis bood wetenschappers een ongelooflijk gedetailleerde kijk op hoe het weer lokaal op bijzondere manieren wordt beïnvloed door sommige uitbarstingen. Een nieuw onderzoek in Scientific Reports beschrijft hoe deze intense vulkanische storm werd aangejaagd door verdampt zeewater dat in de stijgende wolk tot ijs afkoelde, met als gevolg meer dan honderdduizend bliksemschichten.
“Ik stond versteld van de vele bliksemschichten,” zegt Andrew Prata, postdoctoraal onderzoeker aan het Barcelona Supercomputing Center en hoofdauteur van het onderzoek. Op het hoogtepunt knetterde de vulkanische bliksemstorm met 72 schichten per minuut.
Vulkanologen beginnen te ontrafelen hoe deze flitsende shows kunnen worden gebruikt om de steeds veranderende gevaren van vulkaanuitbarstingen te volgen. De specifieke processen die de bliksem aansturen, komen echter pas net in beeld. Een andere vulkaan, de Bogoslof op de Aleutiaanse eilanden van Alaska, veroorzaakte in december 2016 eveneens een reeks uitbarstingen die bijna negen maanden aanhield. De duizenden blikseminslagen in die periode werden ook door wetenschappers gebruikt om achter het mechanisme van vulkanische stormen te komen.
De recente onderzoeken naar de Anak Krakatau en Bogoslof benadrukken dat de waterige mechanismen voor de verschillen tussen vulkaanuitbarstingen zorgen.
“We moeten de verschillende soorten uitbarstingen breed benaderen en bliksem op een zinvolle manier benutten,” aldus Alexa Van Eaton, vulkanoloog bij het Amerikaanse Geological Survey's Cascades Volcano Observatory en hoofdauteur van het onderzoek naar de Bogoslof dat in Bulletin of Volcanology werd gepubliceerd.
De wetenschap achter de bliksemflits
Of de oorzaak nu een voorjaarsbui of een heftige vulkaanuitbarsting is, bliksem vereist een zogeheten ladingsscheiding. Deze ontstaat als positief en negatief geladen deeltjes zich in verschillende delen van een wolk ophopen. De opbouw van deze tegengestelde ladingen zorgt voor een onbalans. De natuur lost deze onbalans op door elektriciteit vrij te laten in de vorm van bliksem.
Bij een atmosferische onweersbui vormen de ladingen een chaotische werveling van ijs, sneeuw en vloeibaar water. Wanneer deze ijsdeeltjes en waterdruppels botsen, kunnen ze elektronen verliezen die positief of negatief geladen zijn.
Bij vulkaanuitbarstingen spelen asdeeltjes daarentegen een cruciale rol. Deze kleine fragmenten worden gevormd wanneer het gesmolten gesteente in glasachtige scherven verbrijzelt als gevolg van de snelle uitzetting van de gassen in magma. Tijdens dit proces raken de asdeeltjes statisch geladen. Hoe meer asdeeltjes in de wolk, hoe hoger de kans dat deze deeltjes botsen en er stukjes afbreken. De lading in de wolk neemt toe, waardoor de bliksem heftiger kan worden.
Wetenschappers vermoedden al langere tijd dat ijs ook een belangrijke stuwende kracht is van de vulkanische lichtshows. Ook de eruptiezuilen van vulkanen die niet door een oceaan worden omgeven, bevatten water dat afkomstig is uit het magma. Wanneer deze wolken zo hoog in de atmosfeer rijken dat ijsvorming optreedt, nemen de bliksemschichten en de intensiteit ervan explosief toe. Dat vertelt Stephen McNutt, deskundige op het gebied van vulkanische bliksem aan de University of South Florida. Hij was niet bij het nieuwe onderzoek betrokken.
Van Eaton: “Het ontstaan van vulkanische bliksem is een intrigerend grijs gebied.”
De ijstoren van de Anak Krakatau
De Anak Krakatau in Indonesië kwam pas in 1929 met zijn kop boven de golven uit. Dat is bijna een halve eeuw nadat moedervulkaan Krakatau een gigantische krater in de zeebodem had geslagen tijdens een van de grootste uitbarstingen uit de geschiedenis. De afgelopen decennia bleef Anak Krakatau groeien. Tot twee jaar geleden, toen zijn opgang werd gestuit doordat een van de hellingen in zee stortte.
Er stroomde zeewater de vulkaan in dat verdampte en huizenhoge vulkaanwolken vormde. Uit satellietgegevens blijkt dat deze maar liefst zeventien kilometer hoog reikten. Aangenomen wordt dat er onder in de wolken flink veel as voorkwam, wat wordt gestaafd door de grote hoeveelheid glasscherven op nabijgelegen kusten. Maar de as lijkt niet in het bovenste deel terecht te zijn gekomen, waardoor de witte pluimen op die van een doorsnee onweersbui leken.
Infraroodgegevens en modelstudies suggereren dat de vulkanische wolken opmerkelijk rijk aan ijs waren. De hoeveelheid bevroren water stond gelijk aan zeshonderdduizend Aziatische olifanten. Dat is vijf keer de hoeveelheid ijs die in niet-vulkanische wolken in de omgeving is aangetoond. Dit was niet de meest ijsrijke uitbarsting die vulkanologen hebben waargenomen, maar de storm duurde bijna een week dankzij een gestage aanvoer van zeewater. Met een gemiddelde van 8,7 flitsen per minuut lag het aantal bliksemschichten ook verrassend hoog.
Op satellietbeelden van de gebeurtenis is te zien dat wolken en tropische onweersbuien over de Indische en Stille Oceaan dreven, maar dat de storm boven de Anak Krakatau consequent op zijn plek bleef. Daar waar de actie plaatsvond,” aldus Prata.
“Het is een geweldig groot onweer,” zegt Karen Aplin van de Universiteit van Bristol. Zij is gespecialiseerd in atmosferische elektriciteit en was niet bij het nieuwe onderzoek betrokken.
Bliksemschakelaar
Volgens Van Eaton dateren aanwijzingen van ijzige vulkanische stormen al van het midden van de jaren 1960, toen dappere wetenschappers hun leven riskeerden om de uitbarstingen van de Surtseyvulkaan voor de kust van IJsland te bestuderen. Om de explosieve uitbarstingen van de Surtsey te documenteren, voeren de onderzoekers gevaarlijk dicht tot de rommelende kust van het vulkanische eiland en vlogen ze met vliegtuigen door de schadelijke wolken.
Hoewel de bliksem die ze waarnamen voornamelijk verband hield met de zwarte asstromen, observeerden de onderzoekers een periode van intense elektrische ontladingen in de lucht. De onderzoekers opperden dat de oorzaak een proces zou kunnen zijn dat veel op een meteorologische onweersbui lijkt. Dat betekent dat ijs de achterliggende oorzaak was.
Na tientallen jaren van onderzoek is echter alleen aangetoond hoe complex deze ijsprocessen kunnen zijn bij vulkanisch onweer. De bliksempatronen van uitbarstingen komen niet noodzakelijkerwijs overeen. Tijdens de uitbarstingen van de Bogoslof in Alaska in 2016 en 2017 waren er bijvoorbeeld maar bij de helft van de explosies bliksemschichten te zien.
Uit een latere analyse bleek dat de heftige bliksem alleen plaatsvond in de wolken die zich op een hoogte bevonden waarop ijs wordt gevormd. Van Eaton was verrast door deze dramatische wending. Zij dacht dat het ijs slechts een extra impuls gaf aan de bliksem. In plaats daarvan werkte de aanwezigheid of afwezigheid van ijs als een soort schakelaar bij de Bogoslof, waarmee de lichtbogen werden in- of uitgeschakeld.
De analyses van de Bogoslof en Anak Krakatau geven een gedetailleerd kijkje in de complexe reeks factoren die samen moeten komen om een vonk te veroorzaken. Naarmate de huidige methoden verbeteren, zullen onderzoekers waarschijnlijk meer details van de werking van vulkanische bliksem kunnen ontwarren.
Van Eaton kan zich de video’s van de levensgevaarlijke werkzaamheden op Surtsey in de jaren 1960 nog levendig voor de geest halen. “We doen het onderzoek nu opnieuw met modernere hulpmiddelen en technieken om min of meer aan te tonen dat ze eigenlijk gelijk hadden.”
National Geographic en Good Morning America werken samen aan ‘Extraordinary Earth: 20 in 2020’. Op twintig plaatsen over de hele wereld wordt een jaar lang informatie verzameld die beter inzicht zal geven in de invloed van klimaatverandering op onze planeet.
Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com
