12. As van vulkanen bedreigt vliegveiligheid

Hoofdstuk 12 van Kees Floor: 'Het weer op satellietbeelden', Elmar, Rijswijk 2005. Laatste wijziging: 17 mei 2010.

Vulkaanuitbarstingen vormen een dankbaar onderwerp voor satellietbeelden en ruimtefoto's en leveren fascinerende plaatjes op. Voor de bemanningen en passagiers van vliegtuigen valt echter minder te genieten; de vulkanische as vormt een regelrechte bedreiging voor de vliegveiligheid. De berichtgeving over locaties en verwachte verplaatsing van deze aswolken maakt onderdeel uit van de meteorologische waarschuwingen voor het vliegverkeer, die verder melding maken van bijvoorbeeld tropische cyclonen, zware onweersbuien, stof- en sneeuwstormen, ijsaanzetting en turbulentie.

Vulkanische as.
In tegenstelling tot wat de naam doet vermoeden, is vulkanische as geen verbrandingsproduct dat vergeleken kan worden met de as van verbrand hout, blad of papier. Het bestaat namelijk uit kleine, ruwe stukjes rots, mineralen en vulkanische glas (zie beeld 1), of soms ook uit het veel kleinere vulkanisch stof. De grootste asdeeltjes zijn 2 millimeter, de kleinste 0,001 millimeter. Om zich langere tijd in de atmosfeer te kunnen handhaven mogen ze niet groter zijn dan 0,01 millimeter. Het spul is keihard, lost niet op in water, heeft op oppervlakken waar het mee in aanraking komt een effect als ruw schuurpapier en kan als het nat is stroom geleiden. Vulkanische as wordt gevormd tijdens explosieve vulkaanuitbarstingen als gassen in het magma uitzetten en met bruut geweld ontsnappen. Een zelfde effect treedt op als magma in contact komt met water.
De producten die een vulkaan uitstoot, vormen een kolom van vaak meer dan tien kilometer hoog. De grotere brokstukken en -stukjes komen gewoonlijk binnen enkele kilometers van de krater op de grond terecht, maar vulkanische as en stof worden meegevoerd door de wind en vormt een eruptiewolk. Deeltjes in zo'n wolk kunnen duizenden kilometers afleggen en soms zelfs de hele aarde rondgaan. Zo dreef de aswolk van de Pinatubo op de Filippijnen in 1991 in nog geen drie dagen naar de oostkust van Afrika, een afstand van achtduizend kilometer.
Wereldwijd zijn er 1500 vulkanen, waarvan er zeshonderd actief zijn. Per jaar zijn er ongeveer zestig vulkaanuitbarstingen; acht tot tien daarvan produceren aswolken die de hoogte bereiken waarop lijnvluchten plaatsvinden en die gemiddeld twintig dagen per jaar tot op vele honderden kilometers van een uitbarstende vulkaan een bedreiging vormen voor het vliegverkeer.

Gevaren
De gevaren van vulkanische as blijken duidelijk uit een dramatisch voorval dat KLM-vlucht 867 overkwam op 15 december 1989. Het toetstel vloog op een van de drukke vliegroutes van Oost-Azië over het noordelijk deel van de Stille Oceaan naar Alaska en had daar als bestemming Anchorage. Tien uur nadat de op ongeveer 250 kilometer afstand van Anchorage gelegen Redoubt actief was geworden, begon de bemanning boven het Talkeetna-gebergte met de afdaling. Kort daarna kwam de Boeing 747-400 in een aswolk terecht die niet op de radar van het toestel zichtbaar was en ook niet op die van de verkeersleiding. Daarop vielen alle vier motoren uit, waarmee tevens de instrumenten aan boord onbruikbaar waren geworden voor zover ze niet werkten op batterijen. Terwijl de bemanning driftig trachtte de motoren te herstarten en het buiten donker leek te zijn geworden - op wat oplichtende deeltjes, het zogeheten St Elmusvuur, na -, drong bruin stof het toestel binnen. Tevens ontstond er een penetrante zwavellucht. Vijf minuten lang viel het toestel met 231 doodsbenauwde passagiers naar beneden en verloor daarbij meer dan drie kilometer hoogte. Na zeven of acht pogingen de motoren te herstarten, kreeg de bemanning er twee weer aan de praat. Pas op twee kilometer boven het ruige, bergachtige en besneeuwde terrein lukte het, na veel verdere pogingen tot herstarten, alle vier motoren weer draaiend te hebben. De ramen van de cockpit leken te zijn gezandstraald; je kon er niet meer doorheenkijken. Om iets te zien moesten de piloten naar opzij buigen en zo goed en zo kwaad als het ging door een zijraampje naar voren kijken. Gelukkig slaagde de bemanning erin het gloednieuwe maar zwaargehavende toestel veilig aan de grond te zetten. De motoren waren geheel afgeschreven en de totale schade bedroeg tachtig miljoen Amerikaanse dollars.
Dergelijke voorvallen komen vaker voor, al gaat het er niet altijd zo spectaculair aan toe. Zo was in 1982, - toen een Boeing 747 van British Airways op 24 juni boven Indonesië in de aswolk van de op West-Java gelegen vulkaan Galunggung terecht kwam -, al gebleken dat motoren kunnen uitvallen, dat instrumenten haperen of onjuiste waardes tonen en dat ramen van de cockpit en voorranden van vleugels, motoren en staartvlakken als het ware gezandstraald worden. Nog zo'n geval: tijdens een uitbarsting van de Guaga Pichincha in het Andes-gebergte in Ecuador landt er nog een Boeing 747-200 van Atlas Air op de nabijgelegen luchthaven van Quito, die vervolgens tien dagen dicht bleef. Zo'n landing is sowieso al riskant, omdat de landingsbanen bij een laagje vulkanische as en stof van slechts vijf millimeter dikte al te glad zijn voor veilige vliegoperaties. Om de schade die het vliegtuig in de aswolk had opgelopen, te herstellen en het toestel weer vliegklaar te maken, waren twee technici acht dagen full time in touw.
Totaal zijn in de afgelopen decades meer dan negentig toestellen door aswolken van vulkanen gevlogen. Gelukkig vielen er in geen van die gevallen slachtoffers. Wel schatten experts de schade op minstens 250 miljoen dollar.

Detectie
Het lijkt vrij eenvoudig met gedetailleerde satellietbeelden zoals die hierbij zijn afgebeeld, wolken met vulkanische as te lokaliseren en het vliegverkeer te waarschuwen. Toch voldoet het huidige systeem van waarnemingssatellieten niet aan de vereisten die de gebruikers in de luchtvaart daaraan stellen. Dat komt doordat de diverse gebieden op aarde slechts een of enkele per dag met de getoonde detaillering in beeld gebracht kunnen worden. Bij de uitbarsting van 1980 van de St. Helens in de staat Washington in de VS had de aswolk slechts vijf minuten nodig om de hoogte te bereiken waarop het luchtverkeer plaats vindt; in die tijd legt een lijnvliegtuig 65 kilometer af. Daarom wil men al binnen vijf minuten worden gewaarschuwd.
Met het thans beschikbare netwerk van satellieten is een dergelijke waarschuwingssnelheid niet mogelijk. Satellieten boven de evenaar, zoals de Europese METEOSAT's en de Amerikaanse GOES-satellieten, leveren hun data gewoonlijk 'slechts' eenmaal per half uur. Om de vulkanische as goed te kunnen zien, is een nabewerking nodig die gebruik maakt van satellietmetingen met verschillende golflengten, veelal in het infrarood; met het uitvoeren van die nabewerking is ook tijd gemoeid. Met de Total Ozone Spectrometer (TOMS), waarmee verscheidene polaire satellieten zijn uitgerust, kan vulkanische as eveneens worden opgespoord, maar ook hier is de frequentie te laag en wordt zeker geen waarschuwingstijd gehaald van vijf minuten. Er is dan ook aanvullende informatie nodig vanaf de grond. Voor een aantal vulkanen is dat geen probleem; die worden door vulkanologen vanaf nabijgelegen waarnemingsposten onafgebroken in de gaten gehouden. Bij sommige vulkanen staan bovendien al webcams, maar bij de meeste andere is dat niet het geval. Daar kan in de toekomst apparatuur worden geplaatst die vulkanische as detecteert volgens hetzelfde principe dat de satellieten gebruiken. Verder wordt er ook gewerkt aan instrumenten met infraroodsensoren die op vliegtuigen geplaatst kunnen worden. Men verwacht dat zo'n apparaat vulkanische as kan zien tot op tachtig kilometer afstand; daarmee krijgen de piloten voldoende tijd om van koers te veranderen en andere vliegtuigen te waarschuwen.
Voor zo'n apparaat is ongetwijfeld een goede markt. Zo zijn er elke dag driehonderd transatlantische vluchten tussen Europa en Noord Amerika die dicht langs IJsland komen, waar zich meer dan zeventig vulkanen bevinden. Boven het noordelijk deel van de Stille Oceaan, waar het vliegverkeer plaats vindt tussen Oost-Azië en Alaska, is het ongeveer even druk; de vliegroutes liggen boven of in de buurt van ongeveer honderd vulkanen in Japan, Rusland en Alaska.

Waarschuwingen
Incidenten zoals hierboven beschreven, sloegen in de luchtvaartwereld in als en bom. Vooral het bijna-ongeluk met het KLM-toestel in 1989 gaf de aanzet tot talrijke maatregelen ter verhoging van de vliegveiligheid. Tot nog toe waren er geen slachtoffers te betreuren en dat wil men graag zo houden. Piloten en vluchtplanners proberen dan ook koste wat het kost aswolken van vulkanen te mijden. Zo doet de KLM alleen overdag vliegvelden aan in Ecuador, waar vulkanen van de Andes naast of op geringe afstand van de velden liggen; de piloten kunnen eventuele vulkanische activiteit dan direct zien en de vereiste actie ondernemen. Men is tijdens alle vluchten extra op zijn hoede bij verschijnselen als elektrische ontladingen (St Elmusvuur), het binnendringen van donkerbruin stof in de cockpit of de cabine, een zwavellucht, ongebruikelijk scherpe schaduwen van de landingslichten op wolken, problemen met de motoren en het teruglopen van de door de boordinstrumenten aangegeven vliegsnelheid. Al deze verschijnselen kunnen duiden op vulkanische as. Mocht een toestel toch nog onverhoopt een aswolk binnenvliegen, dan zal men de wolk zo snel mogelijk weer verlaten, desnoods door rechtsomkeert te maken. Verder zal men in de wolk zo min mogelijk motorvermogen vragen en landen op het dichtstbijzijnde vliegveld.
Piloten en vluchtplanners maken gebruik van de speciale berichtgeving over wolken met vulkanische as, die internationaal is opgezet. Doordat de verplaatsing van de aswolken wordt bepaald door de wind, lag het voor de hand om de waarschuwingen voor dit verschijnsel op te dragen aan meteorologische diensten en onderdeel ter maken van de routinematige meteorologische berichtgeving. Samenwerking met waarnemingsstations van vulkanen en met de luchtverkeersleiding blijft echter geboden. Om dit te regelen werden in 1995 op een bijeenkomst van de Internationale Organisatie voor Burgerluchtvaart (ICAO) in Darwin (Australië) Adviescentra voor vulkanische as (VAAC's) in het leven geroepen, die elk verantwoordelijk zijn voor de berichtgeving over een bepaald gebied van het aardoppervlak. Zij dragen er zorg voor dat de waarschuwingen voor vulkanische as via de in de luchtvaart gebruikelijke kanalen terecht komen bij de belanghebbenden. Ook leveren ze prognoses over de verplaatsing van de aswolken.

Niet alleen luchtvaart.
As van vulkanen brengt niet alleen voor de luchtvaart gevaar en overlast. Dat bleek bijvoorbeeld in het oosten van de Amerikaanse staat Washington tijdens de uitbarsting van de St Helens in 1980, toen de donkere wolken die zich boven het gebied samenpakten geen onweerswolken bleken te zijn, maar aswolken. We zagen reeds dat onder dergelijke omstandigheden start- en landingsbanen glad worden; hetzelfde geldt voor autowegen. Bij snelheden van tien kilometer per uur of meer warrelt er bovendien zoveel stof op, dat het zicht wordt belemmerd en er zich ook daardoor verkeersongevallen voordoen. Door het gewicht van het as storten daken in. Nat vulkanische as is extra zwaar en bovendien geleidend; dit kan kortsluiting veroorzaken in apparatuur en transformatoren van hoogspanningsleidingen. Het as verstopt luchtfilters, waardoor apparaten oververhit raken en uitvallen. Verder veroorzaakt het as ademhalingsproblemen, brengt het schade aan landbouwgewassen en vormt het een bedreiging voor met name grazend vee, dat verhongert, uitdroogt of vergiftigd raakt. De uitbarsting van de vulkaan Eyjafjallajökull op IJsland in april 2010 veroorzaakte vergelijkbare problemen (zie foto's hieronder).


Stuivende vulkanische as van de Eyjafjallajökull op IJsland belemmert het zicht en hindert zo het verkeer.	Vulkanische as van de Eyjafjallajökull op IJsland geeft een dikke aslaag op auto's.	Boeren brengen vee in veiligheid na de uitbarsting van de vulkaan Eyjafjallajökull op IJsland.


De 2911 meter hoge Merapi is een van Indonesië's actiefste vulkanen. De vulkaan ligt op Oost-Java in een van de drukst bevolkte gebieden ter wereld. Hij is al bijna tien jaar vrijwel onafgebroken actief en spuugt van tijd tot tijd tevens vulkanische as uit. De opname werd vanuit de ruimte gemaakt met een digitale camera op 24 augustus 2003. De vulkaan vormt een barrière voor laaghangende bewolking; daardoor is het aan de lijzijde helder, al bevindt zich daar natuurlijk wel de stoompluim. Bron: NASA.	1. Een stukje vulkanische as. Duidelijk is te zien hoe ruw het is. De aangegeven lengte bedraagt 30 micrometer = 0.03 mm.	Actieve vulkanen.


2. Aspluim tijdens een uitbarsting van de Etna, 30 oktober 2002. Satelliet: Aqua. Bron: NASA/GSFC MODIS Land Rapid Response Team.	3. Aswolk boven de vulkaan Ruang, Indonesië, 25 september 2002. Satelliet: Aqua. Bron: NASA/GSFC MODIS Land Rapid Response Team.	5. Aswolk na een uitbarsting van de vulkaan Anathan in de Stille Oceaan, een van de eilanden van de Marianen. Datum: 6 april 2005, 00.35 UTC, ongeveer zes uur na het begin van de uitbarsting. Satelliet: Terra. Bron: NASA/GSFC MODIS Land Rapid Response Team.


4. Een rookpluim ontsnapt uit de vulkaan Sakura-Jima op Japan (midden op het satellietbeeld. Meer naar links is een zogeheten wervelstraat van Von Kármàn te zien achter het Zuid-Koreaanse eiland Cheju (zie hoofdstuk 9, Bewolkingspatronen achter bergachtige eilanden). Datum: 7 december 1999. Satelliet: SeaStar. Instrument: SeaWifs. Bron: NASA.	6. Vulkanische as van een eerdere uitbarsting is door een stevige wind opgepikt, zodat zich opnieuw een aswolk vormt boven de Golf van Alaska en het eiland Kodiak. De as is uiteraard net zo gevaarlijk als de as van een actieve vulkaan. Datum: 21 september 2003. Satelliet: Aqua. Bron: NASA/GSFC MODIS Land Rapid Response Team.	Uitbarsting van de Etna, 12 november 2002, ochtendbaan. Satelliet: Terra. Instrument: MODIS. Bron: NASA.


Duisternis door vulkanische as van de Eyjafjallajökull op IJsland hindert het verkeer; april 2010.	Na de uitbarsting van de vulkaan Eyjafjallajökull op IJsland.wordt vulkanische as van de daken geveegd om instorting door het gewicht van de as te voorkomen.