Dodelijke vulkaanwolk reist op kussen

Vulkanologie Hoe kan de wolk van as en puin bij een vulkaanuitbarsting zich zo snel verplaatsen? Er is sprake van luchtsmering.

Uitbarsting van de Sinabung op Noord-Sumatra, Indonesië, 1 februari 2014. Er vielen veertien doden.
Uitbarsting van de Sinabung op Noord-Sumatra, Indonesië, 1 februari 2014. Er vielen veertien doden. Foto Sutanta Aditya / AFP

Een gloeiendhete wolk van as, puin en gassen raast soms over de helling van een net uitgebarsten vulkaan, alles in zijn pad vernietigend. Zo’n pyroclastische stroom kan tientallen, soms zelfs honderden kilometers ver komen, en wetenschappers hebben zich lang afgevraagd hoe dat mogelijk is. In het tijdschrift Nature Geoscience beschreef een groep geologen maandag een antwoord. Net boven de grond vormt zich een luchtrijke laag die de wrijving vermindert. As en puin vertragen daardoor maar heel langzaam.

De vernietigende kracht van een pyroclastische stroom is onder meer bekend van de uitbarsting van de Vesuvius in 79 n.Chr. Uit Italiaans onderzoek, gepubliceerd in 2010 in PLOS ONE, blijkt dat in Pompeï en Herculaneum honderden mensen in een fractie van een seconde stierven door pyroclastische stromen van circa 300°C. Een recenter voorbeeld is de uitbarsting van de Japanse vulkaan de Unzen, in 1991. De daarbij ontstane pyroclastische stromen doodden 43 mensen, onder wie het Franse vulkanologenechtpaar Katia en Maurice Krafft.

Duizenden kilo’s puin en as

Door de hitte en het geweld van pyroclastische stromen zijn metingen eraan in de praktijk ondoenlijk. In het nu gepubliceerde artikel beschrijft de groep geologen hoe ze deze stromen hebben nagebootst in een zelfgebouwde opstelling die ze sinds 2015 in gebruik hebben aan de Massey University in Palmerston North, Nieuw-Zeeland. De onderzoekers gebruikten duizenden kilo’s aan bewaard gebleven puin en as van de in 232 na Christus uitgebarsten Nieuw-Zeelandse Taupo. Ze lieten het puin bij een temperatuur tussen de 15 en 130°C door een twaalf meter lang en een halve meter breed glazen kanaal met instelbare hellingsgraad glijden. Ze filmden de stroom met een hogesnelheidscamera. Afgedekte sensoren op de glazen bodem registreerden druk.

Uit de experimenten blijkt dat de naar beneden glijdende stroom puin zich snel scheidt in twee lagen: een onderstroom tot 80 centimeter dik waarin zich de bulk van het grove materiaal bevindt, met daarboven een 2 tot 4,5 meter dikke aswolk. In de onderste centimeters van de onderste laag werd een extreem lage wrijving gemeten.

De onderzoekers verklaren die lage wrijving met een proces dat ze air lubrication noemen, luchtsmering. In de onderste centimeters van de onderste laag ontstaat een lagedrukgebied – het heeft ermee te maken dat de snelheid van het materiaal aan de grond lager is dan net daarboven. Omdat lucht van hoge naar lage druk stroomt, beweegt extra lucht naar de onderste laag. Daardoor verdunt de concentratie aan deeltjes in die onderste laag, en daarmee ook de wrijving. In een commentaar beschrijft aardwetenschapper Alain Burgisser van de Université Grenoble-Alpes het als volgt: „[…] het luchtkussen is aangebracht en de bovenliggende dichte stroom kan genieten van de lange rit bij verminderde wrijving.”

In computersimulaties analyseerden de geologen ook nog pyroclastische stromen bij onder meer verschillende snelheden en hellingsgraad. Luchtsmering treedt niet altijd op, zagen ze. Met hun kennis hopen ze het gevaar van pyroclastische stromen te beperken. Ze verwachten dat het principe van luchtsmering ook van toepassing is op bijvoorbeeld sneeuwlawines en landverschuivingen. Berghellingen zouden wellicht veiliger te maken zijn voor dit soort verschuivingen van materiaal.