Kees Floor, Zenit, november 2010.
Aan het eind van de zomer van 2008 werd in het noordoosten van de Grote Oceaan onder Alaska onverwacht een omvangrijk gebied met algenbloei waargenomen. Kort daarvoor hadden er op de meer naar het westen gelegen Aleoeten diverse vulkaanuitbarstingen plaatsgevonden, waaronder die van de Kasatochi op 7 en 8 augustus. Zou er een verband zijn tussen deze gebeurtenissen? Een groep Duitse wetenschappers denkt van wel.
Bij vulkaanuitbarstingen en vulkanische as denken we sinds april en mei van dit jaar niet alleen meer aan kilometers hoge kolommen vulkanische as, rode zonsondergangen of gevolgen voor het klimaat, maar vooral aan tot ver van de vulkaan rondzwevende aswolken, vervallen vluchten en gestrande passagiers. Overigens komt slechts een miniem deel van de as, en als het goed gaat zelfs helemaal niets, in vliegtuigmotoren terecht. De meeste as daalt direct na de eruptie neer in de omgeving van de vulkaan; de rest wordt meegevoerd door de wind, valt op grotere afstand van de vulkaan neer op het land of komt terecht in de oceaan. Recent onderzoek laat zien dat in het laatste geval ongebruikelijke algenbloei kan optreden.
 |
 |
|
|
Algenbloei
Algen bestaan uit fytoplankton, wat op zijn beurt een verzamelnaam is voor microscopisch
kleine, eencellige organismen in de oceaan. Als er voor de algen rijkelijk voedsel
- water, koolstofdioxide, ijzer en andere voedingsstoffen - aanwezig is en de
zon voortdurend schijnt, vermenigvuldigt het fytoplankton zich snel; men noemt
dat algenbloei. Algenbloei treedt vooral op in kustgebieden op gematigde breedten
bij rustig weer in relatief warm, voedselrijk en niet te zout zeewater. Het
is een natuurlijk verschijnsel dat een grote hoeveelheid voedsel genereert voor
alle leven in zee. De fytoplanktonvelden groeien zo snel, dat ze in omvang verdubbelen
binnen een etmaal. Een individuele algencel kan in een periode van twee tot
drie weken zelfs een miljoen 'nakomelingen' opleveren. Tijdens algenbloei bevat
het zeewater minstens een miljoen algen per liter. Als een bloeiperiode wat
langer aanhoudt, bevat een liter zeewater in uitzonderlijke gevallen zelfs zestig
miljoen algen en bestrijkt het gebied met algen talrijke vierkante kilometers.
Algenbloei is op satellietbeelden in natuurlijke kleuren soms goed te zien.
Figuur 1 geeft een voorbeeld van algenbloei in de Noordzee, eerder dit jaar.
Het satellietbeeld is gebaseerd op stralingsmetingen van de Moderate-resolution
Imaging Spectroradiometer (MODIS) op de Amerikaanse satelliet Aqua. In andere
gevallen is de algenbloei minder goed zichtbaar, al zijn de groene tinten van
de algen met wat goede wil toch herkenbaar (figuur 2a). Uit metingen van instrumenten
als de Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS) op de satelliet Orb-View
2 of de MODIS op de Terra en zustersatelliet Aqua, waarbij de kleur van het
oceaanwater nauwkeurig gemeten wordt, zijn de chlorofylconcentraties goed te
bepalen. Daarbij is algenbloei, die direct gekoppeld is aan de chlorofylconcentraties,
duidelijk zichtbaar te maken (figuur 2b). In de figuur zijn de hoogste concentraties,
dicht bij de kust van Californië, weergegeven in rood en zwart.
Opwelling
In het noorden van de Grote Oceaan is vaak voedselrijk water aanwezig, maar
treedt er toch geen algenbloei op. De oorzaak daarvan is het ontbreken van het
element ijzer (Fe) in het water; ijzer speelt namelijk een sleutelrol bij de
groei van algen. Maar hoe kom je midden op de oceaan zo gauw aan ijzer?
Tot nog toe werden daarvoor meestal drie verschillende mechanismen voorgesteld:
opwelling, aanvoer van elders of neerdalen vanuit de lucht. Opwelling treedt
op aan de randen van continenten. Als de wind aflandig is, voert hij het oppervlaktewater
bij de kust mee van land af meer de zee op. De plaats van het weggevoerde water
wordt ingenomen door vanaf grotere diepten omhoog komend kouder oceaanwater,
dat vaak erg voedselrijk is en ook ijzer bevat.
Aanwijzingen voor het optreden van opwelling en de voedselrijkdom van het omhoog
gekomen water, zijn soms terug te vinden op satellietbeelden. Zo toont figuur
3 ten zuiden van Mexico de Grote Oceaan met de Golf van Tehuantepec; middenboven
is nog net een stukje van de Golf van Mexico te zien. De paarse figuur geeft
de zeewatertemperaturen weer op 4 januari 2005, de blauwe de chlorofylconcentraties
op hetzelfde moment. In die tijd van het jaar staat er vaak een stevige wind
vanuit de Golf van Mexico over de zwart getinte landengte van Tehuantepec naar
de Grote Oceaan. Daarbij treedt opwelling op in de Golf van Tehuantepec. In
het temperatuurbeeld treedt daar een wervel op met kouder water dat door opwelling
naar het oceaanoppervlak is gekomen; het koudere water is herkenbaar aan de
donkerder paarse tinten. In het chlorofylbeeld zien we die wervel terug, ditmaal
in een lichtere tint die behoort bij hogere chlorofylconcentraties. Het koudere
water is dus rijker aan voedsel.
Ook de algenbloei bij Californië van figuur 2 hangt samen met opwelling.
Er stond daar al enige tijd een stevige oostenwind, die het oppervlaktewater
van de kust weg blies. Zo kwam de weg vrij voor van grotere diepten afkomstig
voedselrijk water, waarin de algen zich snel konden vermenigvuldigen.
 |
 |
|
|
Stofstormen
Een tweede mechanisme om in de oceaan aan ijzer te komen stelt dat ijzerhoudend
water van de rand van de continenten door zeestromingen kan worden meegevoerd
naar gebieden waar geen ijzer zit. Bij ijzer dat uit de lucht valt, mechanisme
nummer drie, moet je denken aan zand of stof, dat luchtstromingen boven de woestijnen
van bijvoorbeeld China oppikken en tot ver over de oceaan kan worden meegevoerd.
Ook dit effect is op satellietbeelden geregeld waar te nemen. Zo toont figuur
4 links van de gele stervormige markering zand- en stofdeeltjes boven de Grote
Oceaan; beelden van eerdere dagen (niet afgebeeld) tonen aan dat deze afkomstig
zijn uit de Gobi-woestijn in het noorden van China. Het zand en stof trok vervolgens
over het Chinees Laagland, Korea en Japan de Grote Oceaan op. De gegevens waarop
het satellietbeeld is gebaseerd werden verzameld met de Sea-WiFS tijdens een
groot aantal omlopen van de satelliet Orbview-2. Gebieden in zwart konden niet
in kaart worden gebracht; de gescande, 1500 kilometer brede stroken van het
aardoppervlak sluiten vooral op lagere geografische breedten niet direct op
elkaar aan. Op diverse stroken is net ten noorden van de evanaar de weerspiegeling
van de zon in het oceaanwater zichtbaar.
Vulkanische as
Bij de algenbloei van eind augustus 2008 in het noordoosten van de Grote Oceaan
kun je inderdaad denken aan stof als ijzerleverancier. Er zijn eerdere gevallen
bekend waarin stof van stofstormen algenbloei in dat gebied op gang bracht.
De Chinese woestijnen zijn een schier onuitputtelijke bron van zand en stof
boven de Grote Oceaan. De aanvoer van woestijnstof, die de eerste maanden van
een kalenderjaar groot kan zijn, kent in de zomer echter steeds een dieptepunt.
In het geval van de algenbloei eind augustus in de noordoostelijke Grote Oceaan
ten zuiden van Alaska is een andere bron van ijzer dus waarschijnlijker.
De lucht boven het deel van de oceaan waar de algenbloei optrad, is in de zomer
en het begin van de herfst veelal afkomstig van Alaska en de Aleoeten. Daarom
werd er rond de eeuwwisseling al gesuggereerd dat de uitstoot van vulkanen in
sommige gevallen eveneens een rol zou kunnen spelen bij het ontstaan van algenbloei.
Meer recentelijk bleek bij laboratoriumproeven dat er snel ijzer vrijkomt als
vulkanische as in contact komt met zeewater. Gedocumenteerde gevallen van een
koppeling tussen de uitstoot van vulkanische as en het optreden van algenbloei
ontbraken echter nog. De Duitse wetenschapper Bärbel Langmann en enkele
collega's maken in een recente publicatie zo'n verband tussen het neerdalen
van vulkanische as en het ontstaan van algenbloei in het ijzerarme water van
de noordoostelijke grote Oceaan ten zuiden van Alaska aannemelijk .
 |
 |
| 5. Kasatochi is een klein, onbewoond eiland in de eilandengroep de Aleoeten ten westen van Alaska. Het bestaat uit de gelijknamige vulkaan; de diameter bedraagt 3 km, de oppervlakte 7 km2. Het satellietbeeld is gebaseerd op stralingsmetingen in het zichtbaar licht en het nabij-infrarood. Vegetatie heeft een rode tint. Datum: 23 september 2003. Instrument: Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER). Satelliet: Terra. Bron: NASA. |
Ligging van de Kasatochi (muis naast
beeld) en de Okmok (muis op beeld) tussen de Grote Oceaan en de Beringzee.
|
Kasatochi
De as was onder andere afkomstig van de vulkaan Kasatochi; die begon na een
aantal aardbevingen op 7 en 8 augustus 2008 tijdens drie erupties grote pluimen
vulkanische as en gassen uit te stoten tot een hoogte van 15 kilometer. De derde
en laatste uitbarsting duurde maar liefst 17 uur. Kasatochi is een klein, onbewoond
eiland met een oppervlakte van slechts 7 vierkante kilometer, ruim 1800 kilometer
ten westen van Anchorage, de hoofdstad van Alaska. Het maakt deel uit van de
eilandengroep de Aleoeten in het overgangsgebied tussen de Bering Zee en de
Grote Oceaan. Kasatochi is te klein om een vermelding te krijgen in de Wereld
Bosatlas; het eiland ligt tussen de daarin wel vermelde eilanden Atka en Great
Sitkin. De vulkaan, die er volgens een satellietbeeld van voor de uitbarsting
(figuur 5) uit ziet zoals een vulkaan er van bovenaf uit hoort te zien, steekt
slechts 340 meter boven het zeeoppervlak uit. Het satellietbeeld is gebaseerd
op metingen in het zichtbaar licht en het nabij infrarood van de Advanced Spaceborne
Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) op de Amerikaanse satelliet
Terra; de rode kleur duidt op de aanwezigheid van vegetatie. Door de afgelegen
positie van de Kasatochi is er daar geen observatorium en staan er geen instrumenten
of webcams opgesteld waarmee zijn activiteit gevolgd zou kunnen worden. Datzelfde
geldt trouwens ook voor andere vulkanen van de Aleoeten, zoals de 1073 meter
hoge Okmok op Umnak, die op 12 juli 2008 uitbarstte, en de 1730 meter hoge Cleveland
op Chuginadak, waar 25 juli 2008 een eruptie optrad.
De uitbarsting van de Okmok duurde vijf weken. Aanvankelijk kwamen de vulkanische
as en gassen tot 16 kilometer hoogte; daarna varieerde de hoogte tussen 2 en
12 kilometer. De uitbarsting van de Kasatochi was verreweg de heftigste van
de drie; de hoogte van de vulkaan geeft dus geen enkele indicatie voor de heftigheid
van eventuele erupties.
Vooral door de Kasatochi werd veel as uitgestoten; drie keer zoveel als door
de Okmok, maar overigens slechts 1/30 van wat de Pinatubo op de Filipijnen in
1991 uitstootte. Alaska Airlines moest 44 vluchten laten vervallen. Daar kwamen
nog een paar vluchten van Continental, Delta and United Airlines bij. In totaal
strandden er ongeveer 6000 passagiers, getallen die hier in Europa na de uitbarstingen
van de Eyjafjallajökull op IJsland in april en mei van dit jaar overigens
geen indruk meer maken.
De vulkanische as was onder andere te zien op satellietbeelden in het zichtbaar
licht (figuur 6a); dankzij de donkerbruine tint steekt hij daarop duidelijk
af tegen de onderliggende bewolking. De aspluim trok eerst naar het zuiden,
werd vervolgens geleidelijk dunner en begon uiteindelijk onder invloed van de
heersende weerpatronen om te krullen tegen de wijzers van de klok in. Door gaten
in de bewolking is hier en daar het oceaanoppervlak zichtbaar. Het doorgaans
diep blauwe water van de oceaan heeft in de buurt van de pluim al een turquoise
tint, mogelijk een gevolg van algenbloei die op gang gebracht is door neerdwarrelende
vulkanische as van de eerdere vulkaanuitbarstingen.
De meeste as kwam in de week na de uitbarsting van de Kasatochi naar beneden;
de vulkanische gassen, vooral zwaveldioxide, konden echter nog geruime tijd
worden gevolgd (figuur 6b) en dreven onder andere over West-Europa.
 |
 |
|
|
Verbanden
De aandacht van de Duitse wetenschappers ging vooral uit naar de algenbloei
in de Grote Oceaan ten zuiden van Alaska, eind augustus 2008. Ze werkten bij
hun onderzoek met MODIS-Aqua-meetgegevens van chlorofylconcentraties in het
gebied; vergelijkbare metingen werden gebruikt voor het maken van de satellietbeelden
van de figuren 2b en 3b. Daarbij bleek dat de chlorofylconcentraties in het
onderzochte gebied in augustus 2008 hoger waren dan in de zes voorgaande jaren,
waarover eveneens MODIS-Aquagegevens beschikbaar waren. Ook wanner men keek
naar gemiddelden over acht dagen, sprongen de waarden van augustus 2008 eruit.
Vandaar dat ze een oorzakelijk verband veronderstellen tussen de vulkaanuitbarstingen
in de periode voor de algenbloei en de algenbloei zelf. De heersende zeestromingen
in de regio houden de in het water terecht komen vulkanische as bij elkaar.
Daarnaast is de diepte van de laag waarin menging en dus verdunning optreedt,
in die tijd van het jaar niet zo groot. Verder zorgt de horizontale gelaagdheid
van het oceaanwater ervoor dat de voor algenbloei benodigde voedingsstoffen
lang genoeg beschikbaar blijven. Bovendien is er aan het eind van de zomer en
in het begin van de herfst voldoende zonlicht om de algenbloei in stand te houden.
Allemaal factoren dus die de instand houding van algenbloei in een gebied waar
zo'n verschijnsel doorgaans niet optreedt, in dit geval konden bevorderen.