Wat voor processen gaan er schuil achter verborgen reuzen als die bij Tonga?

Een paddenstoelvormige wolk as die 20 tot 30 kilometer hoog reikte. Tsunami’s die niet alleen de naburige eilandstaat Tonga troffen, maar ook leidden tot evacuaties in Japan en twee verdrinkingen in Peru. Een knal die te horen was tot in Alaska en drukgolven die te meten waren met huis-tuin-en-keukenbarometers in Europa. Ja, de vulkaan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai, 65 kilometer ten noorden van de Tongaanse hoofdstad Nuku’alofa, deed zich behoorlijk gelden met zijn uitbarsting van 15 januari.

Maar wie zich daar een klassieke vulkaan bij voorstelt – zo’n enorme berg waar lava uit stroomt – heeft het verkeerde beeld voor ogen. Van de 1.800 meter hoge kolos stak alleen het topje boven water uit – en zelfs dat is pas zo sinds 2009. Daarvoor bevond de volledige vulkaan zich onder water. Wat voor processen gaan er schuil achter dit soort verborgen reuzen? Hoe bijzonder was deze uitbarsting? En kunnen we ons in de toekomst beter voorbereiden op dit soort rampen?

1. Hoe gewoon zijn dit soort onderzeese vulkanen?

Heel gewoon. “Het grootste deel van de vulkanen op deze planeet ligt onder water”, zegt geofysicus Rob Govers van de Universiteit Utrecht. Schattingen komen uit op ongeveer een miljoen stuks, waarvan er 75.000 hoger zijn dan 1 kilometer – vanaf de zeebodem gemeten dan. De overgrote meerderheid van die vulkanen is overigens niet actief.

2. Hoe gevaarlijk zijn de exemplaren die wel actief zijn?

Het leeuwendeel van de onderzeese vulkanen is vrij onschuldig, zegt Govers. Die bevinden zich namelijk op plekken waar twee tektonische platen – de stukken waar de aardkorst in is opgedeeld – met een tempo van enkele centimeters per jaar van elkaar vandaan bewegen. “Dat levert een vriendelijk soort vulkanisme op”, legt Govers uit. “Het magma is relatief schoon en vrij vloeibaar, waardoor gassen die erin zitten er makkelijk uit kunnen ontsnappen. Die hopen zich daardoor niet op in bellen die op een gegeven moment een explosie kunnen veroorzaken.”

Bovendien, zegt Wouter Schellart, hoogleraar geodynamica en tektoniek aan de Vrije Universiteit Amsterdam, bevinden veel vulkanen van dit type zich een aantal kilometer onder water. “Die dikke waterlaag vangt heel wat van de energie op die vrijkomt bij een eventuele explosie.”

3. Hoe kon de vulkaan bij Tonga dan voor zoveel spektakel zorgen?

Hunga Tonga-Hunga Ha’apai maakt deel uit van de zogenoemde Ring of Fire, een hoefijzervormige zone rond de Stille Oceaan waar relatief veel vulkaanuitbarstingen en aardbevingen plaatsvinden. Hier bewegen de tektonische platen niet bij elkaar vandaan, maar naar elkaar toe – waarbij dan de ene plaat onder de andere schuift.

“Als zo’n plaat de diepte in beweegt, neemt ze aardig wat water mee”, zegt Schellart. Dat water zit in eerste instantie opgesloten in barstjes, kiertjes en mineralen in het gesteente. Op een gegeven moment komt het vrij, waarna het de chemische samenstelling beïnvloedt van het materiaal dat uiteindelijk weer naar boven komt. Gevolg: het magma is bij dit soort vulkanen veel stroperiger, waardoor gasbelletjes er minder makkelijk uit kunnen ontsnappen. Die hopen zich dus op, tot het materiaal erboven de druk niet meer aankan. “En dan krijg je een explosie.”

Wat daarbij niet helpt, is dat zulke explosies relatief dicht bij het wateroppervlak kunnen plaatsvinden – zoals ook het geval was bij de Tongaanse vulkaan. “Als dezelfde uitbarsting enkele kilometers onder water had plaatsgevonden, had je niet zo’n grote uitbarsting gehad”, zegt Schellart.

Bovendien leidde de ondiepe explosie bij Tonga ertoe dat een grote hoeveelheid zeewater in stoom veranderde, zegt Elske de Zeeuw-van Dalfsen, vulkanoloog aan het KNMI en de TU Delft. “Die stoom vormde een extra drijvende kracht achter de uitbarsting, die de as nog hoger de lucht in wierp dan anders het geval was geweest.”

4. Hoe groot was deze uitbarsting?

Zoals we aardbevingen indelen aan de hand van de Schaal van Richter, zo gebruiken we bij vulkanen de vulkanische-explosiviteitsindex (VEI), zegt De Zeeuw-van Dalfsen. “Die schaal loopt van 0 tot ongeveer 8, waarbij elk stapje een tien keer krachtiger explosie betekent.” Daarbij hangt de kracht van zo’n explosie af van twee factoren: hoe hoog de as de lucht in wordt geworpen en om hoeveel as het gaat. “De hoogte was hier volgens de meest recente berichten 25 kilometer, de hoeveelheid as is nog niet helemaal duidelijk”, zegt De Zeeuw-van Dalfsen. “Maar het lijkt erop dat we gaan uitkomen op een VEI tussen 3 en 5.”

Door die onzekerheid is nog niet te zeggen hoe bijzonder de Tongaanse eruptie was. Een uitbarsting met een VEI van 3 vindt gemiddeld eens per drie maanden ergens op aarde plaats, terwijl je een uitbarsting met een VEI van 5 maar eens in de tien tot twintig jaar ziet. Ga je nog een stapje hoger, naar een VEI van 6, dan kom je bij uitbarstingen in de categorie once in a lifetime (eens per vijftig tot honderd jaar). Daar valt bijvoorbeeld de uitbarsting van de Filipijnse vulkaan Pinatubo onder, die in 1991 ongeveer 850 levens eiste – en die dus tien tot duizend keer krachtiger was dan de uitbarsting bij Tonga.

5. Wat zijn de gevolgen van uitbarstingen zoals die bij Tonga?

Allereerst waren er de tsunami’s, die natuurlijk flink wat schade kunnen aanrichten en doden tot gevolg kunnen hebben. “Maar dit soort vulkanen is vooral berucht om hun enorme aswolken”, zegt Govers. “Die hebben een grote invloed op alles wat ons mensen aangaat. Dit soort asdeeltjes zijn feitelijk heel kleine glasdeeltjes, die je maag of longen kunnen perforeren als je ze binnenkrijgt. Je moet ze dus niet inademen. En als er vulkaanas op je akker neerregent, is gelijk je hele oogst naar de filistijnen.”

Bovendien is vulkaanas behoorlijk zwaar – en daar zijn niet alle huizen op berekend. “Bij de uitbarsting van de Pinatubo in 1991 zijn veel mensen niet door de uitbarsting zelf omgekomen, maar doordat hun dak instortte door de tientallen centimeters tot meters as die erop waren beland”, weet De Zeeuw-van Dalfsen.

De vraag is nu hoeveel as er precies op Tonga is beland. Misschien valt het mee, zegt De Zeeuw-van Dalfsen. Bekend is namelijk dat tweehonderd mensen de landingsbaan van het vliegveld op het hoofdeiland aan het schoonvegen zijn. “Als er een meter as had gelegen, dan hadden ze niet van ‘schoonvegen’ gesproken; dan hadden ze moeten scheppen.”

Datzelfde feitje lijkt er ook op te wijzen dat de hoeveelheid zwaveldioxide – het gas dat vooral vrijkomt bij een vulkaanuitbarsting – mee zou kunnen vallen. “Als er heel veel zwaveldioxide was geweest, dan hadden nooit tweehonderd mensen buiten kunnen vegen, want zoveel gasmaskers zullen ze niet beschikbaar hebben.”

Daar zou Tonga dan geluk mee hebben gehad, want zwaveldioxide kan wel degelijk grote problemen veroorzaken. “Het is echt niet gezond om dat in te ademen”, zegt De Zeeuw-van Dalfsen. “Als de wind verkeerd staat, kunnen mensen met astma zelfs nog last hebben van een uitbarsting die 1.000 kilometer verderop heeft plaatsgevonden.”

6. Zijn uitbarstingen als deze te voorspellen?

Als je weet wanneer een vulkaan gaat uitbarsten, kun je mensen in de wijde omtrek waarschuwen. Ze bijvoorbeeld vertellen: zoek hogere grond op, voor het geval er een tsunami aankomt. Of: ga naar binnen, om de as- en zwaveldampen niet in te hoeven ademen. (Of, als je onder een golfplaten dak woont dat onder een laag as kan bezwijken: ga vooral níét naar binnen.) Maar weten we wanneer een vulkaan op het punt staat zich te gaan misdragen?

“We kunnen vulkanen steeds beter lezen”, zegt Govers. Maar, vervolgt hij: dan moeten we er wel allemaal meetinstrumenten op kwijt kunnen – en dat is bij onderzeese vulkanen niet mogelijk. “Die liggen in de regel een paar honderd meter diep. Dat maakt alles wat je met normale meetapparatuur zou doen praktisch onmogelijk. Daardoor behoren zulke vulkanen tot de laatste die we zullen ‘oplossen’.”

Nu stak Hunga Tonga-Hunga Ha’apai met zijn top boven het water uit, wat wel mogelijkheden biedt. “Je zou er een seismometer op kunnen zetten”, zegt Schellart. “Maar je hebt bijvoorbeeld ook veel aan een tiltmeter. Die meet de hellingshoek van een vulkaan; neemt die toe, dan is de vulkaan zichzelf aan het opblazen en kan hij binnenkort uitbarsten. En zo’n tiltmeter moet je echt op de flank van de berg kunnen plaatsen.”

Een andere optie is een systeem dat niet de uitbarsting zelf signaleert, maar de tsunami’s die erdoor veroorzaakt worden. Zulke waarschuwingssystemen zijn ook wel in gebruik in de Stille Oceaan – maar de vraag is hoeveel baat Tonga daarbij zou hebben gehad. “De getroffen eilanden lagen zo dicht bij de vulkaan dat zo’n tsunami de oversteek maakt in vijf tot tien minuten”, schat Schellart. Erg veel tijd om je uit de voeten te maken, koop je in dit geval dus niet met de apparatuur die je waarschuwt voor zo’n golf.