Eruptie van de Hunga-vulkaan: Onverwachte koelingseffecten op het Zuidelijk Halfrond zetten geo-engineering veronderstellingen onder druk

Verbeterde waarneming van stratosferisch waterdamp en de daarmee samenhangende gesimuleerde onmiddellijke stralingskracht tijdens 2022 en 2023 na de uitbarsting van Hunga.

Toen de Hunga Tonga–Hunga Haʻapai, een onderwater-vulkaan nabij Tonga in de Stille Oceaan, in 2022 uitbarstte, verwachtten wetenschappers dat het voldoende waterdamp in de stratosfeer zou spuwen om de wereldtemperaturen boven de 1,5 °C-grens van de Parijsakkoorden te duwen. Een nieuwe studie onder leiding van UCLA toont aan dat de uitbarsting de planeet niet verwarmde, maar de temperaturen op het zuidelijk halfrond met 0,1 °C verminderde.

De reden hiervoor is dat de uitbarsting kleinere sulfaat-aerosolen vormde die een efficiënt koelend effect hadden, dat onverwacht het verwarmingseffect van de waterdamp overstemde. Ondertussen interageerde de waterdamp met zwaveldioxide en andere atmosferische componenten, zoals ozon, op manieren die de opwarming niet versterkten.

Hoewel dit goed nieuws is, suggereert de studie ook dat inspanningen om de klimaatverandering tegen te gaan door stoffen aan de atmosfeer toe te voegen die reageren met zonnestraling om warmte terug de ruimte in te sturen, een poging die bekendstaat als geo-engineering, mogelijk risicovoller zijn dan eerder gedacht en dat nieuwe complicaties in overweging moeten worden genomen.

“Als we van plan zijn om methoden te gebruiken die het vrijlaten van sulfaat-aerosolen in de stratosfeer omvatten om zonlicht te reflecteren, moeten we rekening houden met hoe andere factoren, zoals waterdamp en atmosferische menging, de uitkomst kunnen veranderen,” aldus Ashok Gupta, atmosfeerwetenschapper aan UCLA en eerste auteur van een paper waarin de bevindingen worden beschreven. “De algehele impact van dergelijke maatregelen hangt af van het begrijpen van de complexe interacties tussen atmosferische componenten die de vorming en eigenschappen van stratosferische sulfaat-aerosolen beïnvloeden.”

De Hunga Tonga-vulkaan barstte uit op 15 januari 2022 vanuit een opening net 200 meter onder het oceaanoppervlak, waarbij een enorme hoeveelheid waterdamp, samen met een gematigde hoeveelheid zwaveldioxide, in de stratosfeer werd geschoten. Het zwaveldioxide werd snel omgezet in kleine deeltjes, sulfaat-aerosolen genaamd, die zonlicht terug de ruimte in reflecteren.

Wetenschappers maakten zich zorgen omdat sulfaat-aerosolen en waterdamp tegengestelde klimaateffecten hebben. Sulfaat-aerosolen leiden tot afkoeling in de atmosfeer. Eerdere vulkaanuitbarstingen, zoals die van de nabijgelegen Pinatubo in 1991, hebben dit soort koelende effecten op het klimaat gehad.

Aan de andere kant koelt waterdamp, een broeikasgas, de stratosfeer maar verwarmt het aardoppervlak. Maar dit effect heeft ook te maken met de hoogte van de waterdamp: hoe hoger het in de stratosfeer komt, hoe groter het verwarmingseffect op de aarde. Gezien de hoeveelheid waterdamp op grote hoogte van de Hunga-uitbarsting en de relatief kleine hoeveelheid zwaveldioxide, leek een toename van de wereldwijde opwarming de meest waarschijnlijke uitkomst.

Methoden voor het bestuderen van vulkanische emissies

Gupta en professor Jasper Kok van UCLA werkten samen met Ralf Bennartz en Kristen Fauria van Vanderbilt University en Tushar Mittal van Pennsylvania State University om te bestuderen hoe vulkanische emissies zich gedurende twee jaar na de uitbarsting door de atmosfeer verspreidden en hoe ze de energiebalans van de aarde beïnvloedden. Ze gebruikten satellietgegevens om de distributie van waterdamp, sulfaat-aerosolen en ozon in de tijd en ruimte te volgen.

Vervolgens analyseerden ze hoe deze satellietwaarnemingen de impact van veranderde stratosferische waterdamp, sulfaat-aerosolen en ozon op de interactie tussen zonnestraling en de warmte van de aarde onthulden. Deze gedetailleerde analyse hielp hen te bepalen hoe de vulkaanuitbarsting de energiestroom in de atmosfeer veranderde en de oppervlaktetemperaturen beïnvloedde.

De analyse toonde aan dat deze componenten bijna onmiddellijke netto stralingsverlies of afkoeling veroorzaakten, zowel aan de top van de atmosfeer als nabij de tropopauze, de grens die de troposfeer (de onderste laag van de aardatmosfeer) van de stratosfeer scheidt, wat resulteerde in een afkoeling van ongeveer 0,1 °C op het zuidelijk halfrond tegen het einde van 2022 en 2023. De sulfaat-aerosolen waren ongeveer 50% kleiner dan die na de uitbarsting van Pinatubo, wat hen beter maakte in het blokkeren van zonlicht en het koelen van de atmosfeer, ondanks de zware waterdampbelasting.

Kleinere deeltjes bewegen onregelmatiger en hebben daardoor meer kans om zonlicht te reflecteren. De verrassende uitkomst kwam omdat de onderzoekers ozon en andere atmosferische componenten in hun analyse includeerden, terwijl eerdere studies zich voornamelijk op sulfaat-aerosolen en waterdamp richtten.

Deze studie toont aan dat ondiepe onderwateruitbarstingen complexe veranderingen in de atmosfeer kunnen triggeren. Terwijl het zuidelijk halfrond een koelend effect ervoer, grotendeels door de deeltjes die zonlicht wegkaatsen, wijzen sommige signalen op een zeer lichte verwarmende invloed door deze uitbarsting op het noordelijk halfrond, omdat waterdamp jaren in de stratosfeer kan blijven hangen. Maar over het geheel genomen heeft de Hunga-uitbarsting van 2022 een lichte koeling op de planeet geïnduceerd.

“De conclusie is dat sulfaat-aerosolen inderdaad bijdroegen aan tijdelijke afkoeling op het zuidelijk halfrond, hoewel de algehele omvang relatief klein was,” zei Gupta. “Een deel van dit koelende effect kan worden toegeschreven aan sulfaat-aerosolen die zich in een ‘ideale zone’ bevinden qua deeltjesgrootte, een uitkomst die wordt beïnvloed door complexe chemische interacties en stratosferische mengprocessen die nog niet volledig zijn begrepen.

“Dit werk benadrukt ook dat geo-engineeringinspanningen meerdere, mogelijk onvoorziene gevolgen kunnen hebben. Het is cruciaal om een gegeven atmosferisch systeem grondig te begrijpen om te bepalen of een voorgestelde geo-engineeringbenadering uiteindelijk zal leiden tot afkoeling of opwarming.”