Kees Floor, Meteorologica september 2011.
Kees Floor, Meteorologica september 2011.
De zware onweersbuien die bekend staan als supercellen, vormen een indrukwekkend
natuurverschijnsel. Datzelfde geldt voor de kolommen met gassen, stoom en as
van uitbarstende vulkanen. Er zijn overigens veel meer overeenkomsten, zeggen
Chakraborty et al. (2009). Ze ontwikkelden een nieuwe theorie over verschijnselen
rond vulkaanuitbarstingen en de gelijkenissen met supercellen aan de hand van
tot dan toe opgetreden erupties, zoals de uitbarsting van de Pinatubo op de
Filipijnen van 15 juni 1991 en de uitbarsting van de Chaitén in Chili
van 3 mei 2008.
Dit jaar waren er opnieuw ten minste twee vulkaanuitbarstingen die pasten in
het beeld dat de onderzoekers van de University of Illinois schetsten: die van
de Grímsvötn op IJsland op 21 mei 2011 en van de Puyehue in Zuid-Chili
op 4 juni 2011.
Een supercel is een gevaarlijke, tamelijk zeldzame, zeer zware onweersbui.
Opvallend is de aanwezigheid van een cyclonaal roterende kolom opstijgende lucht.
Deze kolom heeft doorgaans een diameter van 2 tot 10 kilometer en staat bekend
als mesocycloon. De levensduur van een mesocycloon is langer dan de 10 tot 20
minuten die een luchtdeeltje nodig heeft om op te stijgen van de wolkenbasis
tot de top. Supercellen zijn er in uiteenlopende horizontale afmetingen en hoogtes.
Meestal produceren ze grote hoeveelheden hagel, wolkbreuken, zware windstoten
en valwinden. Ook kunnen ze vergezeld gaan van windhozen of tornado's.
Aan de bovenzijde van de supercel bevindt zich een min of meer cirkelvormig
scherm van cirrusbewolking, waarvan het buiten het massieve gedeelte van de
bui uitstekende deel bekend staat als aambeeld. In het midden ervan dringt de
opstijgende lucht door het scherm heen: de zogeheten overshooting top. Aan de
onderzijde van het aambeeld kan vaak mammatusbewolking worden waargenomen. Een
supercel gaat vergezeld van talrijke bliksemontladingen. Binnen de mesocycloon
van een supercel treden echter vrijwel geen bliksemontladingen op.
 |
 |
 |
|
|
|
Heftige vulkaanuitbarstingen
De bovengenoemde verschijnselen rond supercellen doen sterk denken aan wat kan
worden waargenomen tijdens heftige uitbarstingen van vulkanen (Chakraborty et
al., 2009). De hete gassen, stoom en vulkanische as die dan vrijkomen, ordenen
zich niet direct in de vorm van een pluim. In de beginfase vormt zich namelijk
een vertikale, ronddraaiende kolom, waarin de uitstoot opstijgt: een vulkanische
mesocyloon. Veelal treden tegelijkertijd bliksemontladingen op, bij voorkeur
aan de buitenzijde van de zuil met stoom en door de vulkaan uitgestoten deeltjes
en gassen.
Op zekere hoogte komen de stijgbewegingen tot stilstand. De vulkanische gassen
en deeltjes spreiden zich daarop uit in horizontale richting. Daarbij ontstaat
als het ware een ondoorzichtig, min of meer cirkelvormig of ovaal scherm waar
de opstijgende lucht met gassen en as af en toe doorheen prikt: een soort overshooting
top. De vorm van het geheel doet denken aan een supercel, van bovenaf gezien.
Veel vulkanen zijn als eilandjes gesitueerd in zeeën en oceanen. Dan treden
er bij dit paraplu- of paddestoelvormige type aswolk soms waterhozen op. (figuur
9).
Grímsvötn, IJsland
De overeenkomst tussen de verschijnselen die worden waargenomen bij supercellen
enerzijds en bij vulkaanuitbarstingen anderzijds, werden dit jaar weer eens
geïllustreerd tijdens vulkaanuitbarstingen in IJsland en Chili.
In IJsland begon op 21 mei 2011 aan het eind van de middag (lokale tijd) een
uitbarsting van de actiefste vulkaan op het eiland, de Grímsvötn.
De uitbarsting van deze onder een gletsjer gelegen vulkaan was de heftigste
sinds 1902; de voorlaatste eruptie vond plaats op 1 november 2004.
Later op de avond van 21 mei had de uitstoot van de vulkaan een hoogte bereikt
van ongeveer 20 kilometer, om vervolgens geleidelijk af te nemen. Tijdens de
uitbarsting waren er perioden met grote aantallen bliksemontladingen, zo kon
uit metingen van de Britse Met Office worden afgeleid. Het aantal ontladingen
per uur was 1000 maal groter dan bij de uitbarsting van de Eyjafjallajokull
in 2010.
Figuur 1 geeft een beeld van de eruptie van de Grímsvötn op 21 mei
2011. Kenmerken als een kolom met stoom, as en gassen, een uitdijend scherm
en een overshooting top zijn in de figuur goed terug te vinden. Het geleidelijk
bruiner getinte scherm was ook zichtbaar op MODIS-beelden van 22 mei (figuur
2). Een karakteristiek patroon van mammatusbewolking is zichtbaar op figuur
3, eveneens van 22 mei.
 |
 |
 |
|
|
|
Puyehue, Chili
Na 51 jaar niets van zich te hebben laten horen, barstte op 4 juni 2011 de Puyehue
uit. De vulkaan ligt in Zuid-Chili, 870 kilometer ten zuiden van Santiago en
niet ver van de Argentijnse grens. In Chili liggen ongeveer 3000 vulkanen, waarvan
er op dit moment zo'n 80 actief zijn.
De eruptie van de Puyehue was een dag eerder aangekondigd door 1450 kleine aardbevingen.
De vulkanische as bereikte een hoogte van 14 kilometer. Ook in dit geval werden
de karakteristieken die vulkaanuitbarstingen en supercellen gemeen hebben, weer
waargenomen. Op een luchtfoto van 5 juli (figuur 4) zijn het scherm en de bijbehorende
overshooting top goed te zien. Figuur 5 toont een spectaculair beeld van de
onweersactiviteit tijdens de uitbarsting. Figuur 6 laat zien dat ook in dit
geval mammatusbewolking optrad.
Meldingen van hoosachtige verschijnselen ontbreken bij beide erupties. Ze komen
vooral voor bij uitbarstingen van vulkanen die als een eilandje in zee liggen
en dat was nu niet het geval.
 |
 |
 |
|
|
|
Rotatie
De overeenkomst tussen de verschijnselen die worden waargenomen bij supercellen
enerzijds en bij vulkaanuitbarstingen anderzijds, is opmerkelijk. Chakraborty
en collega's werden vooral getriggerd door een foto van de bliksemflitsen tijdens
de uitbarstingen van de vulkaan Chaitén in Zuid-Chili in mei 2008 (figuur
7). Daarop was te zien dat veel van die ontladingen zich voordoen aan de buitenzijde
van de kolom met vulkanische as. Ook binnen de mesocycloon van een supercel
treden doorgaans geen bliksemontladingen op. Men spreekt wel van een 'bliksemgat'
in de supercel.
Om hun theorie van vulkanische mesocyclonen verder te ondersteunen, zochten
de genoemde auteurs aanvullende argumenten. Zo toonden ze met analyses van satellietbeelden
aan dat er inderdaad sprake is van rotatie van de kolom vulkanische as en het
daaraan gekoppelde scherm aan de bovenzijde ervan. Dat is geen eenvoudige opgave,
want de tijd tussen twee opeenvolgende satellietbeelden is meestal te groot
om de bewegingen en vervormingen van zo'n scherm goed te kunnen volgen. Gelukkig
bleek de uitbarsting van de Pinatubo op de Filipijnen in 1991 door de Japanse
geostationaire satelliet GMS wel voldoende frequent in beeld gebracht om conclusies
te kunnen trekken. Daarbij kon op de uurlijkse beelden voor het eerst inderdaad
een draaiing van het scherm worden aangetoond. De draaiing krijgt het uitwaaierende
scherm mee van de roterende kolom met uitgestoten vulkanische gassen en as.
De rotatie maakt het scherm onstabiel, waardoor het zijn cirkelvorm of ovale
vorm verliest en uitstulpingen ontwikkelt, die soms ook op de satellietbeelden
zichtbaar zijn.
 |
 |
 |
|
|
|
Beschrijvingen
De Amerikaanse onderzoekers gingen tevens op zoek naar beschrijvingen van vulkaanuitbarstingen
waarin drie kenmerken van de mesocycloon tegelijkertijd werden genoemd: bliksemontladingen,
hozen en een roterende kolom van vulkanische as. Waarnemingen van onweer bij
vulkaanuitbarstingen bleken gemakkelijk te vinden. Van tijd tot tijd verschijnen
er ook foto's of verslagen van waterhozen tijdens vulkaanuitbarstingen. Voor
een rapportage waarin alle drie de verschijnselen tegelijk werden genoemd, moesten
ze echter bijna 200 jaar teruggaan. In 1811 nam een Engelse zeekapitein in de
buurt van de Canarische eilanden zo'n uitbarsting waar en stelde daarvan een
beschrijving op die aan de gezochte criteria voldeed (figuur 8). Deze rapportage
uit 1811 vormde, naast de foto met bliksemontladingen en bliksemgat tijdens
de uitbarsting van de Chaitén in 2008 en de aangetoonde rotatie van een
scherm aan de bovenzijde van de askolom van de Pinatubo uit 1991 een derde pijler
onder de nieuwe theorie van het mesocycloongedrag van aszuilen tijdens vulkaanuitbarstingen.
Literatuur:
Chakraborty, P., Gioia, G. & Kieffer, S.W., 2009: Volcanic mesocyclones,
Nature 458, pp 497-500. doi:10.1038/nature07866.