Grote explosieve erupties (uitbarstingen van vulkanen) zijn indrukwekkende natuurverschijnselen die invloed kunnen hebben op het klimaat. Bij dit soort vulkaanuitbarstingen worden grote hoeveelheden vulkanisch as en vulkanische gassen (waaronder waterdamp, zwaveldioxide en koolstofdioxide) kilometers hoog de lucht ingeworpen. Als gevolg hiervan kunnen erupties een invloed uitoefenen op het klimaat, zowel tijdelijk als over langere periodes.
Invloed van vulkanische as
Vulkanische as bestaat uit kleine deeltjes (<2 mm). Bij explosieve vulkaanuitbarstingen kunnen deze hoog in de atmosfeer terecht komen en daar blijven hangen. Vooral als ze in de stratosfeer (boven de 15-20 kilometer hoogte) terechtkomen. Vervolgens kunnen deze deeltjes zonlicht blokkeren, waardoor minder zonnewarmte de aarde bereikt.
Een afname van zonnestraling op het aardoppervlak leidt tot afkoeling. Dit effect kan een paar maanden tot enkele jaren aanhouden. Hoe lang dit effect aanhoudt is afhankelijk van hoeveel vulkanische as er in de stratosfeer zit en hoe lang het daar blijft hangen.
Invloed van zwaveldioxide (SO2)
Zwaveldioxide (SO2) is een van de belangrijkste gasvormige stoffen bij grote erupties die het klimaat beïnvloeden (zie onderstaande figuur). Zwaveldioxide stijgt hoog op in de stratosfeer en reageert daar met waterdamp en andere stoffen, waarbij zich kleine druppels zwavelzuur (H2SO4) vormen. Deze zwavelzuuraerosolen spiegelen zonlicht terug naar de ruimte. Waardoor minder zonnestraling de aarde bereikt.
Dit veroorzaakt een tijdelijk afkoelend effect op het klimaat. Dit afkoelende effect kan enkele jaren aanhouden, omdat deze aerosolen slechts langzaam uit de stratosfeer verdwijnen.
Invloed van waterdamp (H2O)
Vulkaanuitbarstingen kunnen ook grote hoeveelheden waterdamp (H2O) in de stratosfeer brengen, vooral als de eruptie krachtig genoeg is.
Waterdamp is een sterk broeikasgas. In de stratosfeer kan dit leiden tot zowel opwarming als afkoelingseffecten. De invloed van waterdamp in de stratosfeer is tijdelijk en verdwijnt doorgaans binnen een paar jaar.
Invloed van koolstofdioxide (CO2)
Koolstofdioxide (CO2) is een belangrijk broeikasgas dat bij vulkaanuitbarstingen uit het magma vrijkomt en in de atmosfeer terechtkomt. Het verspreidt zich relatief snel en blijft gemiddeld jaren tot tientallen jaren in de atmosfeer. Door toename van CO2 in de atmosfeer neemt het warmtevasthoudend vermogen van de atmosfeer toe. Dit veroorzaakt een tijdelijk opwarmend effect op het klimaat.
Het klimaateffect van vulkanische CO2 is op korte termijn echter klein. De jaarlijkse hoeveelheid CO2 die door vulkanen wordt uitgestoten (rond de 0,26 gigaton), is veel lager dan de menselijke uitstoot (meer dan 36 gigaton per jaar). Hierdoor is de bijdrage van huidige vulkaanuitbarstingen op het klimaat verwaarloosbaar.
Op langere geologische tijdschalen kunnen perioden van intens vulkanisme wel leiden tot grote CO2-uitstoot, wat langdurige opwarmende invloed op het klimaat heeft. In extreme gevallen kunnen vulkaanuitbarstingen zo ingrijpende klimaatveranderingen veroorzaken. Voorbeelden hiervan zijn de erupties van supervulkanen zoals de Siberische Traps circa 250 miljoen jaar geleden. Deze worden in verband gebracht met massa-extincties die het gevolg zouden zijn van een sterke opwarming.
Jonge aarde: de vorming van een atmosfeer
In de vroege geschiedenis van de aarde heeft de grote CO2-uitstoot van vulkanische erupties geleid tot de opbouw van een atmosfeer. De atmosfeer was toen vrijwel uitsluitend gevuld met vulkanisch vrijkomend CO2, waterdamp en andere gassen. De CO2-concentratie bedroeg toen waarschijnlijk honderden tot duizenden keren de huidige niveaus, mogelijk meer dan 100.000 ppm (deeltjes per miljoen) ofwel meer dan 10%.
Het ontstaan van een atmosfeer (door de uitstoot van vulkanische gassen) maakte het ontstaan van leven op aarde uiteindelijk mogelijk. Vervolgens heeft onder andere het ontwikkelende leven de samenstelling van de atmosfeer ingrijpend veranderd tot de huidige samenstelling. Waarbij zuurstof een veel groter aandeel is gaan innemen en het aandeel CO2 is gemarginaliseerd tot slechts 280 ppm vóór de industriële revolutie rond het jaar 1750 (en 410 ppm ofwel 0,041% in 2025). De invloed van vulkanen, inclusief bijbehorende CO2-uitstoot, is daarmee van essentieel belang geweest voor de ontwikkeling van het leven op aarde.
Complexiteit van het klimaat
Het is heel moeilijk om de precieze gevolgen van een vulkaanuitbarsting op het klimaat aan te tonen. Dit komt omdat er veel variabelen zijn die van invloed zijn op het klimaat. Toch wijkt de temperatuur na grote vulkanische erupties af van wat verwacht zou worden wanneer er geen vulkaanuitbarsting had plaatsgevonden. Grote explosieve vulkaanuitbarstingen hebben dus wel een meetbare (en meestal tijdelijke) invloed op het klimaat.
Korte- versus langetermijn invloed
Op de korte termijn (van maximaal enkele jaren) is de invloed van erupties op het klimaat vooral afkoelend, door vulkanische as en zwavelaerosolen die zonlicht weerkaatsen. Een tegengesteld effect op de korte termijn ontstaat door waterdamp in de stratosfeer, wat mogelijk een tijdelijk opwarmend effect heeft. Maar bij grote explosieve erupties overheerst het afkoelende effect.
Op de lange termijn (van decennia tot miljoenen jaren) is de invloed van erupties op het klimaat vooral opwarmend, door CO₂-uitstoot wat kan leiden tot geleidelijke opwarming. Zo kunnen grote vulkanische gebieden klimaatverandering veroorzaken over geologische tijdschalen.
Explosieve erupties in de tropen
Ook de kracht én de locatie van de vulkaanuitbarsting bepalen of een eruptie invloed heeft op het klimaat. Het klimaateffect van een vulkaanuitbarsting is het grootst bij explosieve erupties van stratovulkanen in de buurt van de tropen. Alleen wanneer een explosieve eruptie krachtig genoeg is om grote hoeveelheden vulkanische as en zwaveldioxide hoog in de stratosfeer te brengen (vooral in de tropische zone) ontstaat er een langdurig koelend effect. Dit komt doordat vulkanische as en de zwavelzuuraerosolen zonlicht reflecteren, waardoor minder warmte het aardoppervlak bereikt. Door het rustige karakter van de stratosfeer blijven deze deeltjes maanden tot jaren hangen, wat zorgt voor een tijdelijke afkoeling van het wereldklimaat.
Uitbarstingen buiten de tropen, bijvoorbeeld in IJsland, veroorzaken meestal geen langdurige temperatuurveranderingen. De vulkanische as blijft daar vaak hangen in de troposfeer, de onderste laag van de atmosfeer. Waar het relatief snel door regen en weerprocessen wordt verwijderd. Historische voorbeelden laten zien dat tropische erupties duidelijke klimaateffecten hebben veroorzaakt. Zoals de uitbarsting van de Tambora in 1815, die leidde tot het “jaar zonder zomer” vanwege sterke wereldwijde afkoeling. En de Pinatubo-uitbarsting in 1991, waarbij de wereldgemiddelde temperatuur enkele jaren met ongeveer een halve graad daalde.
Een belangrijke reden waarom zwavelaerosolen en vulkanische as uit tropische erupties zulke brede klimaateffecten kan hebben, is de zogenaamde Brewer-Dobson circulatie. De Brewer-Dobson circulatie is een langzaam werkend, grootschalig circulatiepatroon in de stratosfeer. Waarbij lucht via de tropen omhoog stijgt, dan langzaam naar de polen stroomt en tenslotte weer daalt.
Door deze circulatie worden vulkanische aerosolen (zoals as en zwavelaerosolen van vulkanen) die in de tropische stratosfeer terechtkomen, over de hele aardbol verspreid. Vooral naar de hogere breedtegraden. De circulatie duurt enkele jaren om de vulkanische as en stof van tropische erupties rond de aarde te verspreiden. Waardoor het zonlicht wereldwijd gedeeltelijk wordt tegengehouden. Hierdoor kunnen de koelende effecten van vulkaanuitbarstingen maanden tot jaren aanhouden en wereldwijd voelbaar zijn.
Recente en historische voorbeelden
Historische en recente vulkaanuitbarstingen laten zien dat het klimaateffect sterk kan variëren, afhankelijk van de kracht en locatie van de eruptie. Een van de meest opvallende voorbeelden is de uitbarsting van de Tambora in Indonesië in 1815. Deze eruptie spuwde as tot wel 40 kilometer hoog de atmosfeer in, wat leidde tot het ‘jaar zonder zomer’ in 1816. In dat jaar werden er wereldwijd zeer lage zomertemperaturen gemeten. Met nachtvorst en sneeuw in de zomer. En mislukte oogsten en hongersnood in veel gebieden.
Een ander bekend voorbeeld is de uitbarsting van Krakatau in 1883. Hoewel de temperatuurdaling daarna minder duidelijk reconstructeerbaar is dan bij Tambora, zorgde deze eruptie ook voor een wereldwijde afkoeling van ongeveer 1,2 °C in de jaren erna.
Meer recent is de uitbarsting van de Pinatubo op de Filippijnen in 1991. Deze krachtige explosieve eruptie zorgde voor een afkoeling van de aarde met ongeveer 0,5 °C gedurende twee tot drie jaar. Dit effect was het gevolg van de grote hoeveelheid zwaveldioxide en vulkanische as die tot hoog in de stratosfeer werden uitgestoten en zich wereldwijd verspreidden via de Brewer-Dobson circulatie. Hierdoor bereikte minder zonnestraling de aarde (zie onderstaande figuur), wat tijdelijk een afkoelend effect op het klimaat veroorzaakte.
Kleiner van schaal en minder invloed op het globale klimaat waren erupties als die van de Grímsvötn en Eyjafjallajökull in IJsland in respectievelijk 2004 en 2010. Het vulkaanstof bij deze uitbarstingen bereikte meestal niet de stratosfeer, waardoor het snel uit de atmosfeer verdween en geen langdurig wereldwijd koelend effect veroorzaakte.
Een heel ander klimaateffect werd gezien na de onderwateruitbarsting nabij Tonga in 2022. Deze vulkaan blies enorme hoeveelheden waterdamp de stratosfeer in, wat tijdelijk leidde tot een lichte opwarming van de atmosfeer.
Samenvattend illustreren deze voorbeelden dat krachtige explosieve uitbarstingen, vooral in de tropen, het grootste en langdurigste koelende klimaateffect hebben. Daarmee is één van de gevaren van erupties de potentiële (afkoelende) invloed van deze erupties op het klimaat. De verspreiding van vulkanische stoffen via de stratosfeer door de Brewer-Dobson circulatie zorgt ervoor dat deze effecten maanden tot jaren voelbaar zijn over de hele wereld. Kleinere of minder krachtige erupties, vooral buiten de tropen, hebben meestal slechts lokale of tijdelijke invloed op het klimaat.
