Vulkanische uitbarstingen veroorzaken ijsvorming in wolken

Schematische afbeelding van hoe vulkanische asdeeltjes invloed hebben op cirruswolken.

Wanneer een vulkaan uitbarst, kan deze as hoog de atmosfeer in spuwen, waardoor aerosolen precies daar komen waar wolken zich normaal gesproken vormen. Hoe deze aerosolen de wolkenvorming beïnvloeden, is al lange tijd een mysterie voor atmosferische wetenschappers.

In een studie gepubliceerd in Science Advances hebben onderzoekers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) 10 jaar aan satellietdata geanalyseerd. Ze stelden vast dat vulkanische asdeeltjes wolkenvorming kunnen triggeren door een oppervlak te bieden voor de samenvoeging van ijs. “Ons onderzoek helpt een belangrijke kennisgap te dichten over of en hoe vulkaanuitbarstingen invloed hebben op wolkenvorming,” zei LLNL-wetenschapper en auteur Lin Lin. “We tonen aan dat vulkanische asdeeltjes de vorming van ijskristallen in wolken kunnen stimuleren door te fungeren als plaatsen voor ijskernvorming.”

Wolken reflecteren zonlicht en vangen warmte, en omdat ze ongeveer 70% van het aardoppervlak op elk moment bedekken, spelen ze een cruciale rol in de energiebalans van de planeet. Voor nauwkeurige atmosferische modellen moeten onderzoekers de wolken en de aerosolen die ze beïnvloeden begrijpen. Vulkanische uitbarstingen bieden een unieke, praktische kans om te observeren hoe deeltjes de eigenschappen van wolken beïnvloeden.

De wetenschappers onderzochten radar- en lidar-data van twee NASA-missies, CloudSat en CALIPSO. Door gebruik te maken van meerdere datasets en instrumenten, konden ze een samenhangend beeld samenstellen.

Na asrijke vulkaanuitbarstingen zagen de onderzoekers duidelijke en consistente veranderingen in de satellietgegevens. Wolken bevatten minder maar grotere ijskristallen, en cirruswolken—hoge, fijne wolken die voornamelijk uit ijs bestaan—kwamen vaker voor. Dit was niet het geval bij asarme uitbarstingen.

“Aan het begin van de studie verwachtten we dat wolken die door vulkaanuitbarstingen werden beïnvloed er anders uit zouden zien dan natuurlijke wolken, maar niet op de manier die we uiteindelijk vonden,” zei Lin. “We verwachtten dat vulkanische aerosolen zouden leiden tot een toename van het aantal ijskristallen in wolken. Tot onze verbazing toonden de gegevens het tegenovergestelde aan.”

De onderzoekers hypotheseerden aanvankelijk dat ijs zou vormen door spontane condensatie van zeer koude waterdruppels, een proces dat homogene nucleatie wordt genoemd. In plaats daarvan zagen ze dat water zich verzamelde op het oppervlak van de as-aerosolen onder een ander mechanisme, heterogene nucleatie. Na een asrijke uitbarsting hechtte water zich aan de aerosolen voordat het koud genoeg werd om spontaan te bevriezen.

“De resultaten hebben onze oorspronkelijke verwachtingen volledig op hun kop gezet,” zei Lin. “Het loslaten van onze eerste idee en het ontwikkelen van een nieuwe uitleg gebaseerd op ongebruikelijke bevindingen was zowel het moeilijkste als het meest bevredigende deel van het proces.”

Terwijl ze wachten op de volgende grote vulkaanuitbarsting—en daarmee de volgende kans om hun werk te testen en te valideren—heeft het team van LLNL zich gericht op het verkennen van Arctische wolken en hun rol in wereldwijde atmosferische modellen.