Bij grote vulkaanuitbarstingen komen immense hoeveelheden vulkanische gassen en deeltjes in de atmosfeer terecht. Dat leidt niet alleen tot schitterende zonsondergangen, maar geeft ook een vermindering van de hoeveelheid zonnestraling die het aardoppervlak bereikt, wat de temperatuur op aarde tempert. Klimaatonderzoekers willen graag weten hoe sterk de invloed van de vulkanische uitstoot in het verleden is geweest. Schilderijen van zonsondergangen kunnen daarover aanvullende informatie bieden.

1. Uitbarsting van de Krakatau, Indonesië. Houtsnede die 11 augustus 1883 verscheen in de Londense krant The Graphic. In de maanden na de uitbarsting werd rond zonsondergang opmerkelijke roodkleuring van de hemel waargenomen en door schilders als William Ascroft in Londen (figuur 2) en Edvard Munch in Oslo (figuur 5) vastgelegd.	2. William Ascroft (1832-1914); aquarel met het nagloeien van de schemering, enkele maanden na de uitbarsting van de Krakatau (figuur 1), Londen, 26 november 1883, ongeveer 16.40 u. De aquarellen van Ascroft werden opgenomen in het verslag van de Britse Royal Society over de vulkaanuitbarsting en haar gevolgen. (Science Museum, Londen, Engeland).	3. Uitbarsting van de Pinatubo op de Filipijnen, 12 juni 1991. Bron: USGS. Enkele maanden later zagen astronauten de lagen vulkanische aerosolen in de stratosfeer en maakten er foto's van (figuur 4b).

Bijna 2000 jaar geleden wees de Griekse historicus Plutarchus er al op dat door een vulkaanuitbarsting van de Etna in het jaar 44 v. Chr. - het jaar van de brute moord op Romeinse keizer Julius Caesar - het zonlicht vaal en krachteloos was. Hij opperde dat in de koude zomer die op de eruptie volgde, gewassen door gebrek aan licht en warmte verschrompeld waren en dat er daardoor honger was geleden in Rome en Egypte.
Vele eeuwen later noemde de Amerikaan Benjamin Franklin de uitbarstingen van vulkanen op IJsland als een van de vele mogelijke oorzaken van de opgetreden 'droge mist', van de extreem koude zomer van 1783 en van de koude winter die daarop volgde. Later werd bekend dat deze verschijnselen inderdaad samenhingen met de uitbarsting van de Grimsvotn (Laki) op IJsland. Toen in 1883 de Krakatau in Indonesië uitbarstte (figuur 1), was inmiddels wereldwijde communicatie mogelijk geworden. Daardoor kon het verband met vreemde effecten in de atmosfeer uitvoerig onderzocht worden en verschenen er uitgebreide, geïllustreerde rapporten met onder meer afbeeldingen van de rode tinten van de hemel bij Londen kort na zonsondergang (figuur 2).
Op basis van deze en andere verslagen suggereerde W.J. Humphreys in 1913 een verband tussen vulkaanuitbarstingen en het klimaat. Vandaag de dag is men er nog steeds van overtuigd dat vulkaanuitbarstingen weer en klimaat beïnvloeden. Vooral de grote erupties, zoals voor de afgelopen eeuwen opgesomd in de tabel, zijn belangrijk.

Vulkanische as
Hoewel het uitgestoten materiaal veelal uit kleine, vaste deeltjes bestaat, de zogenoemde vulkanische as, is het effect daarvan op het klimaat gering. De grotere deeltjes vallen zelfs binnen enkele dagen al naar beneden en zijn dan uit de atmosfeer verdwenen; de kleinere kunnen zich vooral na krachtige uitbarstingen enkele maanden in de dampkring handhaven. De vaste deeltjes hebben daardoor slechts beperkte tijd invloed op de temperatuur. De gevolgen van de vulkanische as voor de luchtvaart worden als veel hinderlijker ervaren (zie Zenit juli/augustus 2004). Als er nu een uitbarsting zou plaatsvinden zoals die van de Laki in IJsland in 1783, zou het vliegverkeer boven het noordelijk halfrond minstens een half jaar ontregeld zijn.

Zwavel
Naast vulkanische as stoten vulkanen tijdens erupties grote hoeveelheden gassen uit als water, stikstof, koolstofdioxide, zwaveldioxide en soms ook zwavelwaterstof. De meeste van deze gassen bevinden zich al in overvloed in de atmosfeer, maar voor de zwavelverbindingen geldt dat niet. Bovendien reageren die met water. Daarbij wordt zwavelzuur gevormd, wat een grote invloed heeft op de stralingshuishouding van de aarde. Verder worden de zwavelzuurdeeltjes, als ze eenmaal in de stratosfeer terecht zijn gekomen, met de daar heersende harde winden snel over grote delen van de aarde verspreid. Op die hoogte kan het zogenoemde aerosol zich enkele jaren handhaven; dat komt doordat er daar geen neerslag is die de verontreinigingen naar het aardoppervlak kan afvoeren. Na de uitbarsting van de Pinatubo op de Filipijnen in 1991 (figuur 3) konden astronauten de lagen met aerosolen van vulkanische oorsprong vanuit de ruimte zien en fotograferen (figuur 4).
Boven welke plaats op aarde die aerosolen rondzweven en in welke laag van de atmosfeer, hangt overigens sterk af van de luchtstromingpatronen in de troposfeer en de stratosfeer op het moment van de erupties en de weken en maanden daarna. Ook is veelal niet bekend hoeveel er is vrijgekomen bij een eruptie. Dat is lastig als je de effecten op het klimaat van vulkaanuitbarstingen uit het verleden wilt reconstrueren. Aanvullende informatie is dan meer dan welkom.

5. 'De Schreeuw' van de Noorse schilder Edvard Munch (1863-1944) uit 1893. De rode lucht is vermoedelijk terug te voeren op zonsondergangen die in Christiania, nu Oslo, Noorwegen zichtbaar waren na de uitbarsting van de Krakatau (figuur 1) in 1883. (Nasjonalgalleriet, Oslo, Noorwegen).	6. a . Voorbeeld van een niet-vulkanische zonsondergang: J.M.W. Turner (1775-1851), The Lake Petworth Sunset, 1828. R/G=1.14. (The Tate Gallery, Londen, Engeland).	6b. Voorbeeld van een vulkanische zonsondergang: J.M.W. Turner, Sunset uit 1833, twee jaar na de uitbarsting van de Babuyan op de Filipijnen. R/G=1.76. (The Tate Gallery, Londen, Engeland). Turner maakte tijdens zijn actieve periode als schilder ook de rode tinten rond zonsondergang mee na de uitbarsting van de Tambora in Indonesië (1815).

Schilderijen
Dergelijke informatie is te vinden in schilderijen van zonsondergangen, stellen C.S. Zerefos en collega's van de Universiteit van Athene. De gas- en deeltjeswolken van vulkanen beïnvloeden namelijk niet alleen de temperatuurhuishouding van de aarde, maar leiden ook tot schitterende zonsondergangen. Het zonlicht dat bij laagstaande zon een lange weg aflegt door de atmosfeer, ondergaat extra verstrooiing, wat leidt tot rodere tinten dan normaal.
Als klassiek voorbeeld van zo'n 'vulkanische' zonsondergang wordt vaak het bekende werk 'De Schreeuw' (figuur 5) van de Noorse schilder Edvard Munch opgevoerd. 'De Schreeuw' is vermoedelijk geïnspireerd op wat de schilder zag in de maanden na de uitbarsting van de Krakatau in 1883. De bekendste versie van het schilderij werd waarschijnlijk gemaakt in 1893, maar helemaal zeker is dat niet. Daardoor voldoet het werk niet aan de eisen die de Griekse onderzoekers stellen aan de schilderijen die zij bruikbaar achten, waaronder een exacte datering.
De Engelse schilder William Ascroft opereerde wat dat betreft veel preciezer. Ook hij schilderde in de periode kort na de uitbarsting van de Krakatau (figuur 1). Hij was geraakt door het schitterende nagloeien van de schemering en legde wat hij zag zo nauwkeurig mogelijk vast op aquarellen, voorzien van datum en tijd. Zijn werken konden dan ook opgenomen worden in het officiële verslag van een onderzoekscommissie van de Britse Royal Society naar de gevolgen van de uitbarsting van de Krakatau; ook de Griekse onderzoekers deden er hun voordeel mee. Gelukkig waren er uit de periode van onderzoek, 1500 - 1900, nog veel meer werken die geschikt waren voor gebruik in hun onderzoek. Van dat tijdvak zijn geen meetgegevens uit de atmosfeer beschikbaar, zodat elke aanvulling zinvol is. Uiteindelijk vonden ze - meestal op internet - 554 schilderijen van 181 schilders. Doordat niet altijd bekend was wanneer het schilderij was gemaakt, werd uiteindelijk gewerkt met 327 schilderijen. Ze deelden die in in twee groepen: vulkanisch of niet-vulkanisch (vergelijk figuur 6). De groep vulkanische zonsondergangen bevatte 54 gedateerde schilderijen die minder dan drie jaar na een grote uitbarsting tot stand waren gekomen, gemaakt door 19 verschillende kunstenaars. Figuur 7 bevat nog enkele voorbeelden van bestudeerde schilderijen.

a. Aelbert Cuyp (1620-1691), De Maas bij Dordrecht, ca. 1650. (National Gallery of Art, Washington, USA)	b. Edgar Degas (1834-1917), Renpaarden, 1885-1888. (Philadelphia Museum of Art, USA)	c. Albert Bierstadt (1830-1902), Evening on the prairy, 1870. (Thyssen-Bornemisza Museum, Madrid, Spanje).

Roodtinten
De mate waarin de atmosfeer rood gekleurd is, werd bepaald met het beeldbewerkingsprogramma Photoshop aan de hand van de verhouding rood staat tot groen (R/G) aan de hemel in de buurt van de horizon op de schilderijen. Verschillen in roodtinten werden toegeschreven aan verstrooiingseffecten in de atmosfeer. Uit eerder onderzoek was namelijk gebleken dat de door schilders gebruikte kleurtinten niet of nauwelijks afhangen van leeftijd en ervaring.
De voorkeur ging natuurlijk uit naar werken van meesters die zowel voor, tijdens als na grote vulkaanuitbarstingen zonsondergangen vastlegden. Die bleken dun gezaaid; slechts vijf schilders, waaronder Joseph Mallord William Turner en Edgar Degas, hadden een geschikt oeuvre nagelaten. Steeds bleek er in hun werk een duidelijke toename van de roodtinten in perioden kort na een grote vulkaanuitbarsting. Dat resultaat was bemoedigend en gaf voldoende aanleiding om de R/G-bepalingen voort te zetten voor alle 327 geselecteerde schilderijen. Ook nu weer werd er een duidelijke toename van de R/G-verhouding gevonden in perioden kort na belangrijke erupties. Schilderijen bieden dus informatie over de vulkanische aerosolen die in vroeger tijden in de atmosfeer rondzweefden, zo stellen de Griekse onderzoekers.

Kwantificering
Voor de reconstructie van het klimaat in het verleden met klimaatmodellen is bovengenoemde informatie niet genoeg, om niet te zeggen onbruikbaar. Klimaatonderzoekers hebben getallen nodig van natuurkundige grootheden, waarmee ze kunnen rekenen. Zerefos en medewerkers hebben die vertaalslag van rood op een schilderij naar kwantificering van vulkanische aerosolen dan ook gemodelleerd. Ze berekenden R/G-waarden voor vier scenario's: een 'schone' stratosfeer en situaties met vrij veel, veel en extreem veel aerosolen van vulkanische oorsprong. De resultaten bleken goed te sporen met schattingen van andere onderzoekers. Zo werd duidelijk dat de schilderijen vrij nauwkeurige informatie kunnen opleveren over de gevolgen van de vulkaanuitbarstingen. 'De kunstenaars blijken de kleuren uit de natuur opvallend getrouw te hebben weergegeven', concluderen de Griekse onderzoekers dan ook. Zonder dat ze het zich bewust waren, hebben de schilders zich tot de kroniekschrijvers van het klimaat ontwikkeld. Mogelijk dat we in de toekomst nog veel meer informatie over natuurlijke gebeurtenissen, die tot nog toe aan de aandacht van wetenschappers is ontsnapt, in schilderijen zullen kunnen terugvinden.

Literatuur:
Zerefos, C. S. et al., Atmospheric effects of volcanic eruptions as seen by famous artists and depicted in their paintings, Atmos. Chem. Phys. Discuss., 7, 5145-5172, 2007