Vulkaan verlamt vliegverkeer

Kees Floor, Zenit juni 2010

Midden april werd boven grote delen van Noord-Europa alle vliegverkeer stilgelegd. De sluiting van het luchtruim was noodzakelijk door de aanwezigheid van vulkanische as in de atmosfeer. Een vlucht door een aswolk is voor het vliegverkeer gevaarlijk, doordat deze onder andere kan leiden tot uitval van straalmotoren en ontregeling van vitale instrumenten van het toestel.

De vulkanische as die in april boven Noordwest-Europa zweefde, was afkomstig van de Eyjafjallajökull; deze 1666 meter hoge vulkaan in het zuiden van IJsland kwam op 20 maart 2010 voor het eerst in bijna 190 jaar tot uitbarsting. De erupties waren van tevoren al aangekondigd door een serie aardbevingen begin maart. De bevingen ontstonden steeds dichter bij het aardoppervlak. Tegelijkertijd kwam het maaiveld in de omgeving 4 centimeter omhoog, wat erop wijst dat het magma onder de vulkaan in beweging was. De vorige uitbarsting begon in 1821 en duurde een jaar. Eerdere uitbarstingen vonden plaats in 1612 of 1613 en ongeveer 920 na Chr.
Op 14 maart vertoonde de Eyjafjallajökull een explosieve eruptie. De uitbarsting was overigens niet uitzonderlijk en valt in het niet bij bijvoorbeeld het geweld van de uitbarsting van de Pinatubo op de Filipijnen in 1991; wel kwam er veel vulkanische as in de lucht terecht door de wisselwerking van het hete magma en het ijskoude ijs. De gevolgen waren echter ongekend; nooit eerder lag het vliegverkeer over zo'n groot gebied zo lang plat.
De uitstoot van de Eyjafjallajökull bereikte een hoogte van 11 kilometer. Bij de uitbarsting kwamen zoals gebruikelijk niet alleen zure aerosolen en gassen als zwaveldioxide en koolstofdioxide vrij (zie ook het artikel over vervuiling door vulkanen, elders in dit blad), maar ook vulkanische as. De as is geen product van verbranding, wat de naam suggereert, maar keiharde, verpulverde rots. Ook lost de as niet op in water, is hij een onovertroffen schuurmiddel, tamelijk agressief en indien nat een goede geleider.
Vulkanische as is een mengsel van vulkanisch glas, snel afgekoelde uitgestoten magma, en verpulverd gesteente; alle asdeeltjes zijn kleiner dan 2 millimeter, ongeveer de grootte van zandkorrels. Kleine asdeeltjes zijn soms minder dan een duizendste millimeter in doorsnee. De as komt vaker vrij tijdens explosieve vulkaanuitbarstingen. De wind voert vooral de kleine deeltjes tientallen tot duizenden kilometers mee.


1a. Na explosieve uitbarstingen van de IJslandse vulkaan Eyjafjallajökull op 14 april, vormde zich een aswolk, die zich met de wind mee verplaatste in zuidoostelijke richting. Op 15 april was de aswolk, althans het zichtbare gedeelte daarvan, te zien op MODIS-beelden. Satelliet: Terra. Bron: NASA/University of Dundee.	1b. Op 15 april 2010 gaf hetKNMI in De Bilt voor het eerst in zijn bestaan een luchtvaartwaarschuwing uit voor vulkanische as. De waarschuwing werd verspreid via de gebruikelijke kanalen, waaronder NOS-Teletekst. VA CLD = aswolk.

Eerste vulkaanwaarschuwing
Het satellietbeeld van figuur 1 toont de situatie op 15 april, een dag na het begin van de explosieve uitbarstingen. Het KNMI in De Bilt gaf op die dag voor het eerst in zijn bestaan een luchtvaartwaarschuwing uit voor vulkanische as (figuur 1b). Het satellietbeeld is gebaseerd op gegevens van de Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) op de Amerikaanse satelliet Terra. De aswolk breidt zich uit naar het zuidoosten in de richting van de Britse Eilanden, Scandinavië en de Noordzee. De vulkanische as is zichtbaar als een wazige, bruine band die zich uitstrekt van de vulkaan in IJsland over de Faeröer en ten noorden van Schotland langs naar Noorwegen. Vermoedelijk is de wolk groter, maar zijn de concentraties aan de randen lager, zodat de vulkanische as niet overal te onderscheiden is. Nederland en België hebben op dat moment nog niet te maken met de aswolk, al is hij daarheen wel onderweg.

De ligging van de aswolk is ook terug te vinden in andere satellietmetingen, bijvoorbeeld die van het instrument GOME-2 op de Europese Metop-satelliet en de OMI op de Amerikaanse satelliet Aura.. Hoge waarden van de zogeheten aerosolindex, weergegeven in figuur 2a, hebben rode tinten en duiden op hoge concentraties van deeltjes in de atmosfeer. De figuur geeft, net als het satellietbeeld van figuur 1, de situatie op 15 april.
Nog weer een dag later heeft de vulkanische as Nederland bereikt, zoals het satellietbeeld van figuur 3 laat zien. De wazige bruine band met vulkanische as is het duidelijkst zichtbaar boven de Noordzee voor de Hollandse kust; hij strekt zich vandaar over de Flevopolders verder uit in oostelijke richting. De as kleurt ook dikkere bewolking boven Duitsland en Polen bruin.

De groen-bruine tinten van de Noordzee die zich voordoen vanaf de monding van de Thames naar het noordoosten, staan los van de vulkaanuitbarsting; ze worden veroorzaakt door sediment en algen in het zeewater.
De stapelwolken boven Engeland, Nederland, Duitsland en Denemarken ontstaan doordat de lucht die met een noordelijke stroming wordt aangevoerd, boven land opwarmt. De opgewarmde lucht stijgt op, zet uit, koelt af en raakt oververzadigd, zodat druppelvorming en dus wolkenvorming optreedt. De stapelwolken organiseren zich eerst in lange rijen, de zogeheten wolkenstraten. Verder landinwaarts ontstaat een patroon van witte vlekken of watten. Een dergelijk patroon is in het voorjaar en het begin van de zomer vaker op satellietbeelden te zien bij aanvoer van de lucht over zee.
Ook de dagen erna bleef de Eyjafjallajökull actief. Zo toont het satellietbeeld van figuur 4 IJsland en delen van de Atlantische Oceaan op 17 april. De uitstoot van de vulkaan zit op twee verschillende niveaus. De smalle, compacte pluim ligt hoger dan de diffuse aswolk eronder en werpt daarop zijn schaduw. Boven IJsland bevindt zich vrijwel geen bewolking; daardoor is goed te zien dat er op de meeste plaatsen nog sneeuw ligt. De bewolking die er toch nog is, onderscheidt zich qua tint nauwelijks van de onderliggende, witte sneeuwlaag.

Gevaren voor het luchtverkeer
Verspreid over de aarde liggen ongeveer vijftienhonderd jonge vulkanen. Daarvan zijn er elk jaar zo'n zestig actief. De omvang en hevigheid van de erupties loopt sterk uiteen. Kleine erupties komen geregeld voor, grotere erupties zijn veel zeldzamer. Een vulkaanuitbarsting duurt een paar minuten tot enkele tientallen uren. Een actieve periode kan maanden tot jaren duren.
Tijdens uitbarstingen komt vaak vulkanische as vrij. Deze as, die niet op de radar van een vliegtuig is te zien, bekrast en beschadigt door zijn hardheid en door de hoge snelheid waarmee hij wordt ingevangen, de ramen van de cockpit en andere windvangende delen van vliegtuigen. Tegelijkertijd laten onmisbare instrumenten het afweten. Verder neemt het vermogen van de motoren af en soms vallen die zelfs geheel uit. De zwaveldioxide en koolstofdioxide uit de aswolk 'verstikken' namelijk de motoren, die daardoor te maken krijgen met 'zuurstofgebrek'. Lucht die vulkanische as bevat, is bovendien minder samendrukbaar dan zuivere lucht. Het smeltpunt van het glasachtig materiaal in de aswolk ligt lager dan de temperatuur in moderne straalmotoren. Daardoor smelt een deel van de vulkanische as, om zich vervolgens elders in de motor af te zetten.
Uit de afgelopen dertig jaar zijn ongeveer 100 voorvallen bekend van vliegtuigen die met een aswolk te maken kregen. In 1991, het jaar van de uitbarsting van de Pinatubo op de Filipijnen, waren er zelfs 25 meldingen. Ook in april van dit jaar raakten NAVO-vliegtuigen beschadigd door vulkanische as van de Eyjafjallajökull; daarnaast werd na hervatting van de reguliere lijnvluchten op diverse vliegtuigen vulkanische as aangetroffen.
Verscheidene veelgebruikte vliegroutes gaan over gebieden met actieve vulkanen, zoals IJsland, Zuidoost-Azië en de zogeheten Pacifische ring. Naar schatting bevindt zich op ongeveer twintig dagen per jaar ergens in de vliegroutes boven 10 km hoogte vulkanische as.
Verwacht wordt dat het vliegverkeer over gebieden met actieve vulkanen in de toekomst alleen maar zal toenemen. Ook komen er vaker tweemotorige toestellen voor de lange afstand. In de grotere motoren die daarbij worden toegepast, ligt de temperatuur hoger, wat ze gevoeliger maakt voor vulkanische as. Verder moeten vliegtuigen met twee motoren zich steeds op hooguit 3½ uur vliegen van de dichtstbijzijnde luchthaven bevinden. Als er luchthavens gesloten zijn door aswolken in de buurt of door as op het veld, kunnen hele vliegroutes voor dergelijke toestellen gesloten worden.


2a. In de aswolk van de Eyjafjallajökull bevinden zich veel deeltjes; daardoor is de aerosol index er hoog. De rode kleur geeft de hoogste waarde aan. Datum 15 april. Instrument: GOME-2. Satelliet: Metop. Bron KNMI/EUMETSAT.	2b. In de aswolk van de Eyjafjallajökull bevinden zich veel deeltjes; daardoor is de aerosol index er hoog. De rode kleur geeft de hoogste waarde aan. Datum 15 april. Instrument: OMI. Satelliet: Aura. Bron KNMI/NASA.


Actieve vulkanen in de laatste 10.000 jaar. Bron: Smithsonian Institute	Actieve en mogelijk actief wordende vulkanen (driehoeken), vulkanen waarbij vliegtuigen in vulkanische as terecht kwamen (cirkels) en door vulkanische as tijdelijk gesloten luchthavens (vierkanten). Periode 1973-2000.

	Literatuur: Floor, K., As van vulkanen bedreigt vliegveiligheid, Zenit juli/augustus 2004. Floor, K., Vulkaanuitbarstingen vanuit de ruimte, Zenit oktober 2009. Floor, K., Waar zit de vulkanische as?, Zenit juli/augustus 2010. Floor, K., Satellieten detecteren aswolken, Meteorologica, juni 2010.
4 (links). Op 17 april is de Eyjafjallajökull op IJsland nog steeds actief. Een compacte pluim werpt zijn schaduw op een diffusere aswolk eronder. Noordenwinden doen de as naar het zuiden uitwaaieren over de Atlantische Oceaan. Instrument: MODIS. Satelliet: Aqua. Bron: NASA/GSFC, MODIS Rapid Response.