Vulkaanuitbarsting werpt nieuw licht op geoengineering
Een recent onderzoek naar de uitbarsting van de Hunga Tonga-Hunga Ha’apai vulkaan vindt onverwachte resultaten: de vulkaanuitbarsting zorgde voor afkoeling van het zuidelijk halfrond, in plaats van een verwachte opwarming. Het koelende effect van kleine aerosolen was groter dan het verwarmende effect van de vrijgekomen waterdamp. Een herinnering dat complexe interacties van stoffen in de atmosfeer het resultaat van pogingen tot zonnestralingsbeheer kunnen veranderen.Wat is zonnestralingsbeheer?
Zonnestralingsbeheer (Engels: solar geoengineering) wordt steeds vaker gezien als hulpmiddel om klimaatverandering tegen te gaan. In de wetenschap leidt het tot veel controversie omdat er nog veel onzekerheden zijn wat betreft de gevolgen.
De werking van zonnestralingsbeheer rust op het terugkaatsen van de kortgolvige straling van de zon. Een groot deel van de straling wordt uiteindelijk geabsorbeerd door broeikasgassen in de atmosfeer en zo blijft deze warmte op de aarde. Er zijn meerdere technieken voor zonnestralingsbeheer om zo veel mogelijk van de inkomende straling te weerkaatsen, zoals stratosfeerinjectie. Er zouden dan reflecterende deeltjes (aerosolen) in de stratosfeer worden gespoten, waardoor de aarde minder zou opwarmen.
Uitbarsting bevatte veel waterdamp
Explosieve vulkaanuitbarstingen slingeren grote hoeveelheden waterdamp en zwaveldioxide in de stratosfeer. In de stratosfeer vormt dan een uitgestrekte laag van zwavelzuur aerosolen die zonlicht reflecteren en een afkoelend effect hebben. Aan de andere kant zorgt waterdamp in de stratosfeer voor een toename van warmtestraling naar hogere en lagere delen van de atmosfeer en zo wordt de lagere atmosfeer verwarmd. Daarnaast is waterdamp een broeikasgas in de troposfeer en houdt daar warmte vast. De waterdamp die in de stratosfeer terechtkomt, heeft jarenlang invloed op weerpatronen op aarde.
Bij de uitbarsting van de Hunga Tonga-Hunga Ha’apai vulkaan in de Zuidelijke Stille Oceaan in januari 2022 werd enorm veel waterdamp in de stratosfeer gebracht. De eruptie van de onderzeese vulkaan had een explosief karakter, waardoor stoffen als waterdamp tot hoog in de atmosfeer werden geworpen. De aanvulling van waterdamp was genoeg om 58.000 olympische zwembaden met water te vullen, wat volgens onderzoekers zou leiden tot een toename van de wereldwijde temperatuur.
Enkele wereldwijde effecten van de Hunga Tonga-Hunga Ha'apai eruptie die zich tot in de ruimte uitstrekten. Bron: NASA (NASA’s Goddard Space Flight Center/Mary Pat Hrybyk-Keith)
Minuscule sulfaat-aerosolen
Het nieuwe onderzoek, gepubliceerd drie jaar na de eruptie, beschrijft een onverwacht afkoelend effect van de uitbarsting. De Hunga Tonga uitbarsting zorgde voor een temperatuurdaling van 0,1°C op het zuidelijk halfrond in 2022 en 2023. Er vormden kleine sulfaat-aerosolen die een koelend effect hadden dat onverwachts groter was dan het verwarmende effect van de waterdamp. Waterdamp reageerde met andere stoffen in de atmosfeer, waaronder zwaveldioxide en ozon, op manieren die de opwarming niet versterkten.
De vorming van sulfaat-aerosolen leidde bij eerdere grote vulkaanuitbarstingen tot een verkoelend effect, zoals bij de uitbarsting van Pinatubo in 1991. De sulfaat-aerosolen die ontstonden na de Hunga Tonga eruptie waren ongeveer 50% kleiner dan die van Pinatubo en waren beter in staat om zonlicht te blokkeren. Hierdoor kon de atmosfeer boven het zuidelijk halfrond tijdelijk afkoelen, ondanks de grote hoeveelheid waterdamp.
De onderzoekers concluderen dat de Hunga Tonga uitbarsting geen wereldwijde opwarming veroorzaakte tussen 2022 en 2023. In 2023 vonden ze een lichte opwarming in het noordelijk halfrond, te verklaren door de toename van stratosferische waterdamp en afname in ozon. De levensduur van waterdamp in de stratosfeer is groter dan die van aerosolen, wat betekent dat de opwarmingstrend kan aanhouden en zich over de jaren verspreidt tot de extra waterdamp is verminderd.
Onvoorziene gevolgen geoengineering
De resultaten van het onderzoek laten zien dat waterdamp en aerosolen complexe chemische interacties in de atmosfeer kunnen veroorzaken die nog niet volledig worden begrepen. Daardoor kunnen inspanningen voor geoengineering onverwachte gevolgen hebben die zijn doel voorbijschieten. Het is belangrijk om een bepaald atmosferisch systeem te begrijpen om te kunnen bepalen of geoengineering uiteindelijk zal leiden tot afkoeling of opwarming. "Als we van plan zijn om benaderingen te gebruiken waarbij sulfaat-aerosolen in de stratosfeer worden vrijgegeven om zonlicht te reflecteren, moeten we overwegen hoe andere factoren, zoals waterdamp en atmosferische menging, de uitkomst kunnen veranderen", zegt de hoofdauteur van de studie.
