Mogelijke oorzaken / natuurlijke factoren

vulkanisme

Onderstaande foto geeft een impressie van de uitbarsting van de Mt. Pinatubo op 15 juni 1991 op de Filippijnen. Vulkaanuitbarstingen van deze omvang kunnen een enorme hoeveelheid as en zwaveldioxide uitstoten. De vulkanische wolk wordt tijdens explosieve uitbarstingen van dit kaliber tot in de stratosfeer geblazen.

Welk effect hebben vulkaanuitbarstingen op het klimaat? Om dit te begrijpen moeten we eerst iets meer weten over de opbouw van de atmosfeer. In de atmosfeer kunnen we verschillende lagen onderscheiden op basis van het verticale temperatuurverloop (zie onderstaande figuur). De temperatuurveranderingen zijn het complexe gevolg van drukverandering, stralingsevenwichten en fotochemische processen.

Het weer van alledag speelt zich af in de troposfeer. De temperatuur neemt sterk af met de hoogte tot aan de tropopauze. Dit is de bovenste begrenzing van de troposfeer. De tropopauze bevindt zich op een hoogte variërend van 8 km aan de polen (ongeveer -50°C) tot 16 km boven de evenaar (ongeveer -80°C). De troposfeer is turbulent en, door de circulerende luchtmassa's, meestal homogeen van samenstelling.

In de stratosfeer daarentegen neemt de temperatuur toe met de hoogte en verticale menging vindt er maar zeer langzaam plaats. De verticale beweging wordt geblokkeerd doordat een warme luchtlaag de daaronder gelegen koudere luchtlagen afdekt. De temperatuurstijging wordt veroorzaakt door absorptie van kortgolvige zonnestraling (zie ook onderdeel: Het natuurlijke broeikaseffect). Ook de ozonlaag bevindt zich in de stratosfeer. De stratopauze vormt de overgang van de stratosfeer naar de zeer ijle mesosfeer waar de temperatuur terug afneemt met de hoogte. Boven de mesosfeer bevindt zich de thermosfeer.

Onderstaande satellietbeelden geven een overzicht van de verspreiding van de vulkanische wolk (SO₂-detectie) over een periode van een 10-tal dagen. Links boven zien we één dag na de uitbarsting de wolk uitdijen vanop de Filippijnen om vervolgens richting Afrika te trekken.

Sulfaataërosolen en stofdeeltjes hebben een afkoelend effect op het klimaat omdat ze de inkomende zonnestraling reflecteren en alzo de planetaire albedo verhogen. Ook absorberen deze aërosolen zonnestraling waardoor ze de hogere luchtlagen opwarmen (en de lagere luchtlagen afkoelen). Omwille van de zeer beperkte verticale luchtbeweging in de stratosfeer kunnen deze deeltjes jarenlang blijven zweven en zich verdelen over de stratosfeer (in tegenstelling tot de troposfeer, waar de deeltjes relatief snel zouden weggewassen worden door o.a. onweersbuien). SAGA II (Stratospheric Aërosol and Gas Experiment II) werd gebruikt om vanuit de ruimte de hoeveelheid en de verspreiding van stratosferische sulfaataërosolen afkomstig van de Pinatubo in kaart te brengen. Onderstaande figuren geven een vergelijking van de stratosferische "optical depth" bij 1.02 micrometer. "Aerosol optical depth" (=extinctie veroorzaakt door aërosolen) is een maat voor de hoeveel licht die door de aërosolen in een verticale kolom in de atmosfeer wordt verstrooid en geabsorbeerd (dus de hoeveelheid licht die het aardoppervlak niet bereikt).

In de eerste figuur wordt de extinctie weergegeven bij een achtergrondconcentratie van sulfaataërosolen (= meting voor de eruptie).

De tweede figuur toont de verspreiding van stratosferische aërosolen (= meting tijdens de erupties) en we zien een toename van de extinctie in de tropen met een factor 10 tot 100.

De derde figuur toont de verspreiding van stratosferische aërosolen tussen 13 februari 1993 en 26 maart 1993 (= 18 maanden na de erupties). In de laatste figuur is duidelijk te zien dat de vulkanische wolk zich over de gehele stratosfeer heeft verspreid en dat na 1.5 jaar de achtergrondconcentratie van voor de uitbarsting nog steeds niet is bereikt. De gemiddelde mondiale temperatuur daalde in deze periode met 0.25°C.

Ook maansverduisteringen kunnen een indicatie geven van de hoeveelheid stofdeeltjes in de atmosfeer. Tijdens een totale maansverduistering is de maan toch nog zichtbaar. Zonlicht wordt verstrooid door de aardatmosfeer aan de dagzijde en bereikt alzo het maanoppervlak, die het zonlicht op haar beurt gedeeltelijk weerkaatst in de richting van de aarde. De helderheid van de maan tijdens een verduistering kan variëren van zeer donker (donkerbruin) tot zeer helder (koper-rood) volgens de schaal van Danjon. Maanden na de uitbarsting van Mt. Pinatubo volgden eclipsen die zeer donker waren.

In verband met onderzoek naar klimatologische effecten van vulkanen in het verleden, kunnen ijsboringen in de ijskappen van Groenland en Antarctica een grote bijdrage leveren:

Omdat sneeuw zich jaar na jaar opstapelt, wordt elk jaar een duidelijke laag gevormd. Zo kunnen wetenschappers de verschillende lagen dateren en inzicht verkrijgen in temperatuur, neerslag, chemische samenstelling van de atmosfeer en andere meteorologische parameters. Via zuurgraadmetingen kan men vaststellen wanneer grote uitbarstingen hebben plaatsgevonden, omdat de door vulkanen uitgestoten zwaveldeeltjes in de atmosfeer omgezet worden in zwavelzuur.

De uitbarsting van de 2800m hoge stratovulkaan Tambora (foto onder) in Indonesië, die in 1815 vijf tot tien maal zoveel materiaal in de stratosfeer blies als de Pinatubo, was waarschijnlijk de oorzaak van de op een na koudste zomer, van de laatste zes eeuwen, in 1816.

De grootste uitbarsting van de laatste miljoen jaar vond eveneens plaats in Indonesië. De Toba vulde de stratosfeer met 15 tot 20 maal zoveel materiaal (ongeveer 2800 km³ !) als de Tambora (150 km³). Deze enorme eruptie zou bijvoorbeeld Noord-Canada voor enkele jaren met sneeuw bedekt kunnen houden. Vulkanen kunnen echter enkel voor blijvende verandering zorgen als uitbarstngen gepaard gaan met factoren die afkoeling stimuleren. In deze periode, 74duizend jaar geleden, toen de aarde al op de drempel stond van een nieuwe ijstijd, zou dit samen met het toegevoegde afkoelingseffect van de met extra sneeuw bedekte aarde (meer reflectie van inkomende zonnestraling), de doorslag hebben kunnen geven.