Vulkaan misdadiger

Op het spoor van een massamoordenaar

Lijken kwamen bovendrijven, ’s zomers sneeuwde het en hongersnood verspreidde zich van Zweden tot het Azteekse Rijk – halverwege de 15e eeuw voltrok zich een wereldramp. Maar waardoor? Al ruim 30 jaar proberen onderzoekers het mysterie op te lossen. En ze zijn een verdachte op het spoor.

Lijken kwamen bovendrijven, ’s zomers sneeuwde het en hongersnood verspreidde zich van Zweden tot het Azteekse Rijk – halverwege de 15e eeuw voltrok zich een wereldramp. Maar waardoor? Al ruim 30 jaar proberen onderzoekers het mysterie op te lossen. En ze zijn een verdachte op het spoor.

Shutterstock

De Franse geoloog Robert Delmas leunt in 1992 triomfantelijk achterover in zijn laboratoriumstoel. In een 550 jaar oude ijskern vond hij waar hij naar op zoek was – en meer.

Aan dichte lagen zwavelzuur in de boorkern ziet hij waarom de aarde in de 15e eeuw werd geteisterd door natuurrampen en vreemde weersverschijnselen: een vulkaanuitbarsting hulde de aarde in een wolk van as en zwavel.

De uitbarsting was een van de meest verwoestende ooit. De ontlading was gelijk aan 2.000.000 atoombommen, en de explosie was 2000 kilometer ver te horen.

Het regende as, tsunami’s overspoelden de kusten en de zon was jarenlang verduisterd. Tienduizenden mensen stierven van de honger.

In de 15e eeuw moet de verwoesting een straf van de goden hebben geleken. Maar Robert Delmas en zijn vakgenoten weten nu dat er een vulkaan achter zat.

Maar welke vulkaan?

De zoektocht naar het antwoord zal een detective van de hoogste orde blijken te zijn. De drie decennia daarna speuren wetenschappers de hele wereld af – van vulkanische eilanden in ijzig Antarctica tot onderzeese kraters in de tropen, van analyses van oude schilderijlijsten tot verhalen over Polen die door ondergelopen straten moesten peddelen en Zweedse zomers die uitbleven.

En nu zijn er nieuwe aanwijzingen opgedoken in het jarenlange onderzoek: de dader is mogelijk ondergedoken.

IJskernen verraden de misdaad

Het verhaal van de verdwenen vulkaan begint op Antarctica in de zomer van 1984. Een groep wetenschappers boorde hier ijskernen uit, die ze samen PS1 noemden en die bewijs bevatten van de klimaatverandering in de 1000 jaar daarvóór.

De vroegere samenstelling van de atmosfeer was af te lezen uit het gehalte aan broeikasgassen, die als luchtbellen in het ijs vastzaten. Bovendien bevatte het ijs tekenen van vulkanische activiteit in de vorm van as en de zwavelverbinding sulfaat.

IJskern ijskernboring Antarctica

IJskernboringen van Antarctica bevatten een dikke laag zwavelzuur in de jaarlagen rond het jaar 1450 – een teken dat er een zware vulkaanuitbarsting heeft plaatsgevonden.

© Peter Rejcek/NSF

De ijskernen lagen acht jaar in een vriezer voordat Delmas en zijn team ze in 1992 onderzochten. De wetenschappers speurden naar sporen van onbekende vulkaanuitbarstingen – en wonnen de jackpot.

In een stuk ijs van circa 68 meter diepte mat het team zeer hoge gehaltes chloor en sulfaat, chemische verbindingen die verband houden met vulkaanuitbarstingen. Samen met de dikte van een zure laag – 22 centimeter – wees de ijskern erop dat er halverwege de 15e eeuw een reusachtige vulkaanuitbarsting plaatsvond.

Zwaar genoeg om as en zwavel helemaal naar Antarctica mee te voeren.

De hoeveelheid (zwavel)zuur wijst erop dat het effect van de vulkaanuitbarsting op de atmosfeer zo’n drie jaar aanzienlijk was. En dat waarschijnlijk de hele wereld werd getroffen. Robert J. Delmas, Severine Kirchner, Julie M. Palais en Jean-Robert Petit, 1992

Om de zuurlaag beter te kunnen onderzoeken, werd er wat ijs op een hete plaat gesmolten. Aan het smeltwater werd in een analyseapparaat de stof methylthymolblauw (MTB) toegevoegd.

MTB vormt een kleurstof zodra de stof zich verbindt met de sulfaationen in het smeltwater. Dan stroomt het water door een zogeheten absorptiecel, waarin een lamp door het water schijnt.

Een hoge concentratie sulfaat zal veel licht absorberen, en een lage concentratie weinig licht. Dus hoe hoger het gehalte sulfaationen in de ijskern, hoe minder licht er aan de andere kant uitkomt.

En door het monster uit de Antarctische ijskern drong nauwelijks licht.

Mega-uitbarsting koelt de aarde af

De basis voor het gebruik van chemisch bewijsmateriaal voor vulkaanuitbarstingen is gelegd door de Deense natuurkundige en glacioloog Willi Dansgaard. In de jaren 1950 ontdekte hij dat de hoeveelheid zware zuurstofisotopen in neerslag verband houdt met de temperatuur van de wolk.

Zware isotopen vallen makkelijker uit regenwolken dan gewoon water doordat de watermoleculen meer wegen. Hoe meer de wolk afkoelt terwijl hij bijvoorbeeld over Groenland trekt, hoe meer water hij onderweg verliest, en hoe minder zwaar water er overblijft in de sneeuw die valt.

De verhouding tussen lichte en zware zuurstof in het ijs kan ons dus iets vertellen over de temperatuur van de wolk toen de sneeuw op de ijskap viel. Dansgaard realiseerde zich dat ijskernen zo een soort ingebouwde thermometer bevatten die inzicht geeft in temperaturen in het verleden.

Detectives hebben 3 mysteries opgelost

Historische ooggetuigenverslagen, ijskernboringen en sporen in boomringen wijzen de daders aan van drie andere vulkaanuitbarstingen die tot massale hongersnood hebben geleid en de geschiedenis hebben veranderd.

In het ijs van Antarctica en Groenland is de neerslag per jaar gearchiveerd in lagen, die tot in de ijskern kunnen worden afgelezen.

Geïnspireerd door het werk van Dansgaard vatte de Deense wetenschapper Claus Uffe Hammer begin jaren 1970 belangstelling op voor sterke sulfaatsignalen die ook in ijskernen opdoken.

Deze chemische signalen moeten duidelijk van vulkanische oorsprong zijn, dacht hij.

Hammer en collega’s van de universiteit van Kopenhagen leverden wetenschappelijk bewijs dat zeer zware vulkaanuitbarstingen een wereldwijd afkoelingseffect hebben.

Tijdens dergelijke uitbarstingen stijgen vulkanische aswolken van zwaveldioxide en gassen tot 30-40 kilometer op naar de stratosfeer. Daar wordt het zwaveldioxide omgezet in druppeltjes zwavelzuur.

Zware vulkaanuitbarstingen pompen wolken as en zwavelzuur hoog de atmosfeer in, waar de zwavel wordt omgezet in aerosolen. Deze druppeltjes blokkeren de zonnestralen en doen de temperatuur van de aarde dalen.

Supervulkan skapar askmoln
© Claus Lunau

1. Aswolk verduistert de hemel

Een eruptiekolom van magmadruppels, zwavel en vulkanische gassen stijgt op uit de vulkaan en wordt door de wind verspreid. De aswolk verduistert de lucht en blokkeert plaatselijk het zonlicht.

Askmoln från supervulkan sprids med jetströmmar.
© Claus Lunau

2. Zwavel reageert met water

De zwavel (SO₂) stijgt op naar de stratosfeer op 15-50 kilometer hoogte, waar het met watermoleculen (H₂O) reageert tot kleine druppeltjes zwavelzuur (H₂SO4), aerosolen genaamd.

Aerosoler från supervulkan reflekterar solljuset och gör klimatet kallare.
© Claus Lunau

3. Zure druppels reflecteren de zon

De aerosolen werken als spiegeltjes die zonlicht terugkaatsen naar de ruimte. Niet alle warmte van de zon kan het aardoppervlak dus bereiken en de temperatuur daalt.

De zwaveldruppels, aerosolen genaamd, fungeren als lichtverstrooiende spiegeltjes die voorkomen dat de volle zonnewarmte het planeetoppervlak bereikt.

In de stratosfeer is geen neerslag die de schadelijke zwaveldeeltjes opruimt. Het lichtblokkerende vulkanische materiaal kan wel vijf jaar in de lucht blijven hangen voordat het afdaalt naar de troposfeer en uiteindelijk op aarde landt. Hier slaat het als sulfaat neer in het ijs.

IJzige eilanden worden verdacht

Om te bepalen hoe ver de mysterieuze uitbarsting van de jaren 1400 reikte, onderzochten Delmas en zijn team ook ijskernen op Groenland. Hier vonden ze ook verhoogde sulfaatgehaltes van rond 1452. De zwavelgehaltes waren echter lang niet zo hoog als in Antarctica, wat twee dingen betekende.

Ten eerste was de aswolk van de onbekende uitbarsting groot genoeg om op het zuidelijk én het noordelijk halfrond sporen achter te laten. Ten tweede was de dader achter de uitbarsting waarschijnlijk te vinden op het zuidelijk halfrond, waar de voetafdruk van het vulkanisch materiaal het grootst was.

‘Het is onmogelijk om de exacte locatie van de vulkaan te bepalen,’ schreven de onderzoekers. ‘We denken aan Deception Island of de South Sandwich Islands als mogelijke kandidaten.’

Vulkaankrater, Deception Island, Antarctica

De vulkaandetectives verdachten aanvankelijk Deception Island ten noorden van Antarctica. Maar de vulkaan was te zwak om wereldwijde veranderingen te kunnen veroorzaken.

© USGS/NASA

Zowel Deception Island als de 11 South Sandwich Islands zijn vulkanische eilanden die relatief dicht bij Antarctica liggen.

Bovendien zijn er verschillende eilanden met caldera’s, kraters die ontstaan wanneer een vulkaan ineenstort na een zeer zware uitbarsting. De meest logische conclusie zou zijn dat de vulkaan die verantwoordelijk is voor de uitbarsting in de 15e eeuw hier te vinden is.

Geen van de eilanden heeft echter vulkanen die zo krachtig waren dat ze genoeg zwavel in de atmosfeer konden spuwen om een jarenlange, wereldwijde klimaatchaos te veroorzaken.

Daarom richtten de vulkanologen hun blik op veel warmere contreien.

Verdenking richt zich op paradijsje

1750 kilometer ten oosten van Australië, midden in de Stille Oceaan, ligt Vanuatu. Het eilandstaatje telt 83 eilanden en is een ongerept paradijs van wuivende palmbomen, prachtige koraalriffen – en tal van vulkanen.

De bekendste is de berg Yasur, die 300 meter boven de zeespiegel op het eiland Tanna uitrijst. Elk jaar komen toeristen van overal vandaan op de krater af om naar de borrelende lava te kijken.

Een paar honderd kilometer naar het zuiden ligt een andere vulkaan, die minder aandacht krijgt omdat hij diep onder de zee ligt. Maar voor vulkaanliefhebbers is Kuwae, zoals de 12 kilometer lange en 6 kilometer brede caldera wordt genoemd, enorm interessant.

Vulkaankrater, Kuwae, Vanuatu

De vulkaan Kuwae barstte halverwege de 15e eeuw zo hevig uit dat hij in zee zonk en zich in twee nieuwe eilanden splitste.

© Tom Pfeiffer / VolcanoDiscovery

Volgens de plaatselijke legende zonk Kuwae in zee nadat een enorme uitbarsting het oorspronkelijke eiland had opgesplitst in de twee nieuwe eilanden Epi en Tongoa.

Tsunami’s overspoelden de omliggende eilanden en het oorspronkelijke vulkaaneiland werd bedolven onder lava en as. Daarna stortte de krater in onder het gewicht daarvan en zonk hij in zee.

In 1994 hebben drie Franse wetenschappers, Michel Monzier, Claude Robin en Jean-Philippe Eissen, de onderzeese vulkaan onderzocht op pyroclastische gesteenten. Dat zijn afzettingen van as, stof en puimsteen die de vulkaan uitspuwt.

Met de koolstof 14-methode werd de Kuwae op 1425 gedateerd, maar toen andere onderzoekers in 2006 de andere bewijzen voor de uitbarsting vergeleken, waaronder ijskernen van Groenland en Antarctica, werd de uitbarsting op bijna drie decennia later geschat.

Plotseling hadden de vulkaandetectives een veelbelovende verdachte.

Azteken verslonden door coyotes

Op grond van de omvang van de Kuwae-krater stelden wetenschappers vast dat de uitbarsting genoeg magma uitstootte om het Empire State Building 37 miljoen keer te vullen. Gas, as en zwavelzuur werden 48 kilometer de lucht in geschoten in hogere concentraties dan toen de beroemde vulkaan Tambora in Indonesië in 1815 uitbarstte.

‘Door de omvang van de krater is de uitbarsting de op 6 na grootste caldera-uitbarsting van de laatste 10.000 jaar,’ concludeerden de Franse wetenschappers in hun studie van Kuwae.

De vondsten van de onderzoekers sluiten goed aan bij een andere studie die in 1993 werd gepubliceerd door Kevin Pang van het Jet Propulsion Laboratory van NASA. Om de reusachtige uitbarsting rond 1450 precies te kunnen dateren, onderzocht Kevin Pang boomringen in de lijsten van Britse portretschilderijen.

In de jaren 1453-1455 waren de boomringen ongewoon smal. Ze vertoonden ‘vorstringen’, die optreden wanneer de temperaturen plotseling dalen en de bomen een aantal jaren minder hard groeien dan anders.

De datering van de uitbarsting door de NASA-onderzoeker werd ondersteund door historisch bewijs van een vreemde weersverandering op aarde rond dezelfde tijd.

In Zweden mislukten de oogsten in 1453 als gevolg van de koude zomer. Hetzelfde lot trof de Azteken van Mexico, die vanaf 1452 twee jaar met enorme hongersnood te kampen hadden.

De armoede blijkt uit talrijke illustraties en geschreven verslagen uit de periode 1452-1454. De Annales de Chimalpahin uit 1454 beschrijft hoe coyotes en andere roofdieren de lichamen verslonden van de vele Azteken die aan de hongersnood waren bezweken.

Hongersnood, Azteken, coyotes

Annales de Chimalpahin bestaat uit ooggetuigenverslagen, waaronder beschrijvingen van coyotes die zich tegoed doen aan lijken.

© Matthew D. Therrell et al.

Ook China had te lijden onder de klimaatveranderingen na de vulkaanuitbarsting. Volgens historische documenten uit de Ming-dynastie verpieterden graansoorten in de lente van 1453 door de ‘aanhoudende sneeuw’.

Later dat jaar, toen zwavel de hemel bedekte en zonlicht tegenhield, viel er veel sneeuw in zes Chinese provincies. Het sneeuwde 40 dagen achter elkaar en ‘tienduizenden mensen vroren dood’.

Kevin Pang was zo overtuigd van zijn onderzoek dat hij de uitbarsting zelfs exact dateerde op 22 mei 1452.

Sporen van dodelijke wolk ontbreken

De bewijzen tegen Kuwae stapelden zich dus op, maar zoals de beroemde detective Sherlock Holmes zei: ‘Niets is bedrieglijker dan een waarheid als een koe.’

Dit werd duidelijk in 2007, toen milieuwetenschapper Karoly Nemeth van Massey University in Nieuw-Zeeland met twee andere onderzoekers de Kuwae bezocht en ontdekte dat de vulkaan niet voldeed aan het profiel van de massamoordenaar. Als het materiaal 30-40 kilometer de lucht in was gevlogen en een wereldramp had veroorzaakt, dan zou het over een enorm gebied zijn neergeslagen.

Een wolk van as en samengeperst gas van 700 ºC – een zogeheten pyroclastische wolk – zou langs de vulkaanflanken naar beneden zijn gerold en een ravage hebben aangericht.

Zo’n wolk slaat neer in de vorm van een samengeperst gesteente, ignimbriet, dat wordt aangetroffen rond de vulkanen van de meeste andere mega-uitbarstingen in de geschiedenis.

Mineraal, ignimbriet, vulkaanuitbarsting

Het mineraal ignimbriet ontstaat als 700 ºC hete lawines van as, magmadruppels en gas langs de vulkaanflanken stromen.

© Ardea Picture Library/Ritzau Scanpix

Aangezien de vulkaan onder water ligt, was rechtstreeks onderzoek onmogelijk, maar als de Kuwae in de 15e eeuw zwaar was uitgebarsten, dan zouden de afzettingen ook op de omliggende eilanden zichtbaar moeten zijn.

Karoly Nemeth en collega's onderzochten de eilanden Tongoa, Tevala, Laika en Epi, maar vonden er geen tekenen van in het gesteente.

‘Het lijdt geen twijfel dat er vulkanische neerslag is rond de Kuwae, maar niet in de mate die je zou verwachten van zo’n enorme uitbarsting,’ concludeerden de onderzoekers.

De vulkaandetectives waren terug bij af, maar gelukkig doken er snel nieuwe bewijzen op.

Lijken komen bovendrijven

In 2019 ging een team van wetenschappers die aan het zogeheten SPICEcore-project werken, naar Antarctica om nieuwe ijskernen uit te boren. Bij het dateren ervan bleek dat de laag van het jaar 1458 een verhoogd sulfaatgehalte en as bevatte.

As, vulkaanuitbarsting, microscoop

As in ijskernen van Antarctica bewijst dat er halverwege de 15e eeuw verschillende hevige uitbarstingen hebben plaatsgevonden.

© Laura H. Hartman et al.

Uit latere analyse van de as bleek dat de ‘nieuwe’ uitbarsting evenmin van de Kuwae afkomstig was. De asdeeltjes verschilden van de asafzettingen die Franse wetenschappers in 1994 rond de caldera vonden.

Daarop bracht een internationaal onderzoeksteam een nieuwe theorie naar voren: de klimaatveranderingen halverwege de 15e eeuw waren niet het gevolg van één reusachtige uitbarsting in 1452.

Waarschijnlijk waren ze het gevolg van verschillende uitbarstingen op het noordelijk halfrond rond 1452 en een zware uitbarsting op het zuidelijk halfrond rond 1458.

Een gigantische uitbarsting eind jaren 1450 kan ook een ander mysterie verklaren. Verschillende historische getuigenissen uit grote delen van de wereld hebben namelijk gewag gemaakt van vreemde weersverschijnselen rond 1460-1465.

In Duitsland regende het zo hevig dat lijken op begraafplaatsen boven kwamen drijven. En in de Poolse plaats Toruń stonden de straten blank en moesten de bewoners zich in bootjes door de stad verplaatsen.

Zoektocht gaat door in de tropen

Volgens Karoly Nemeth, die in 2007 de Kuwae als hoofdverdachte verwierp, bevindt de verantwoordelijke vulkaan zich waarschijnlijk in de tropen in het zuiden van de Stille Oceaan.

Alleen vulkaanuitbarstingen in de tropen kunnen een wereldwijd effect op het klimaat hebben. Van daaruit verspreidt de aswolk zich naar zowel het noordelijk als het zuidelijk halfrond, waardoor het wereldwijde afkoelingseffect toeneemt.

Alleen vulkaanuitbarstingen in de tropen kunnen gevolgen voor de hele aarde hebben. Aan weerszijden van de evenaar ligt een smalle strook waar de luchtstromen hoog de atmosfeer in worden gestuwd, waardoor as en zwavel zich over het noordelijk en zuidelijk halfrond kunnen verspreiden.

Vulkaanuitbarsting, effect noordelijk halfrond
© Shutterstock

Invloed op het noordelijk halfrond

Als een vulkaan uitbarst in de zone van 15-30 graden noorderbreedte, wordt de lucht vooral naar het noorden gezogen. As en zwavel beïnvloeden het noordelijk halfrond sterk en het zuidelijk halfrond beperkt.

Vulkaanuitbarsting, effect zuidelijk halfrond
© Shutterstock

Invloed op het zuidelijk halfrond

Als een vulkaan uitbarst in de zone van 15-30 graden zuiderbreedte, wordt de lucht vooral naar het zuiden gezogen. As en zwavel beïnvloeden het zuidelijk halfrond sterk en het noordelijk halfrond beperkt.

Vulkaanuitbarsting, effect hele aarde
© Shutterstock

Invloed op de hele aarde

Een zware uitbarsting in de zone van 0-15 graden noorder- en zuiderbreedte zal zwaveldeeltjes over de hele wereld verspreiden, zoals de Tambora deed in 1815. Dat komt doordat krachtige atmosferische luchtcellen de deeltjes tot hoog in de atmosfeer zuigen.

Het vermogen om zwavel over de hele wereld te verspreiden heeft Nemeth ervan overtuigd dat de hoofdverdachte ligt in de lange keten van actieve vulkanische eilanden in de Stille Oceaan aan de rand van Indonesië, Melanesië, Polynesië en Micronesië.

Maar net toen de vulkaandetectives iets zeker dachten te weten, dook er een nieuwe verdachte op in Zuid-Amerika. Geologisch onderzoek duidt erop dat de vulkaan Mt. Reclus in Chili circa 500 jaar geleden hevig uitbarstte.

Het zoeken naar wetenschappelijk bewijs dat uitsluitsel kan geven in de zaak van een van de grootste natuurrampen die de planeet ooit heeft gezien, gaat dus door.