De uitbarsting van de Hunga Tonga-Hunga Ha’apai-vulkaan in 2022 was een van de krachtigste geologische gebeurtenissen van de moderne tijd. Hoewel vulkaanuitbarstingen doorgaans worden bekeken door de lens van vernietiging – waarbij aswolken en giftige gassen de stratosfeer in worden gestuurd – heeft deze specifieke gebeurtenis een verrassende wetenschappelijke ontdekking opgeleverd. Onderzoekers hebben een natuurlijk chemisch proces in de vulkanische pluim geïdentificeerd dat methaan, een krachtig broeikasgas, snel vernietigde. Deze bevinding hervormt niet alleen ons begrip van de atmosferische chemie, maar biedt ook een proof-of-concept voor potentiële toekomstige technologieën gericht op het reinigen van de atmosfeer.
Een verrassende chemische reactie
Decennia lang wisten wetenschappers dat vulkanen tijdens uitbarstingen methaan uitstoten. Ze realiseerden zich echter niet dat de uitbarsting zelf ook als katalysator zou kunnen fungeren voor de afbraak van datzelfde methaan. De sleutel tot deze ontdekking ligt in een verbinding genaamd formaldehyde.
In een onderzoek onder leiding van atmosferische wetenschapper Maarten van Herpen van Acacia Impact Innovation BV analyseerden onderzoekers satellietgegevens van de uitbarsting in Tonga. Ze ontdekten ongewoon hoge concentraties formaldehyde in de vulkanische pluim. Formaldehyde is een kortlevend tussenproduct dat ontstaat wanneer methaan wordt afgebroken door chloorradicalen. Zijn aanwezigheid diende als een ‘rokend pistool’, wat erop duidde dat er hoog in de atmosfeer een snelle chemische reactie plaatsvond.
“Het is bekend dat vulkanen methaan uitstoten tijdens uitbarstingen, maar tot nu toe was het niet bekend dat vulkanische as ook in staat is deze vervuiling gedeeltelijk op te ruimen”, legt van Herpen uit.
Hoe het proces werkt
Het mechanisme achter dit fenomeen is afhankelijk van de unieke ingrediënten die aanwezig zijn bij de uitbarsting van Tonga. Omdat de vulkaan onder water uitbarstte, schoot hij zeewater, zout en minerale deeltjes hoog de atmosfeer in, waardoor een pluim ontstond die recordhoogten bereikte.
Toen zonlicht op dit mengsel van zoute aërosolen en vulkanische gassen viel, veroorzaakte het de vorming van reactieve chloorradicalen. Chloor is zeer reactief omdat het een ongepaard elektron heeft dat op zoek is naar stabiliteit. Wanneer deze chloorradicalen methaan tegenkomen, strippen ze een waterstofatoom weg, waardoor een kettingreactie op gang komt die het methaanmolecuul ontrafelt. Formaldehyde is een kortstondig bijproduct van dit proces.
Dit is niet de eerste keer dat wetenschappers chloorgemedieerde afbraak van methaan waarnemen. In 2023 identificeerde het team van Van Herpen vergelijkbare processen die veroorzaakt werden door stof uit de Sahara en opspattend water uit de oceaan. De uitbarsting van Tonga was echter een groots, geconcentreerd voorbeeld van deze reactie die zich op wereldschaal afspeelde.
Schaal en betekenis
Hoewel de ontdekking wetenschappelijk significant is, is het belangrijk om de omvang ervan te begrijpen. De vulkanische pluim elimineerde niet al het geproduceerde methaan. Onderzoekers schatten dat ongeveer 900 ton methaan per dag wordt vernietigd door chlooroxidatie. Daarentegen stootte de vulkaan in totaal naar schatting 330.000 ton methaan uit.
Daarom heeft de vulkaan zijn eigen emissies niet “opgeruimd”; het grootste deel van het methaan bleef in de atmosfeer. De studie bewees echter dat dit atmosferische schoonmaakproces kan worden waargenomen, gevolgd en gekwantificeerd. Door de formaldehydewolk tien dagen lang te volgen terwijl deze richting Zuid-Amerika afdreef, bevestigden wetenschappers dat de methaanvernietiging continu en meetbaar was.
Implicaties voor klimaattechnologie
De primaire waarde van dit onderzoek ligt in de potentiële toepassing ervan op door de mens gemaakte klimaatoplossingen. Nu het methaanniveau stijgt als gevolg van industriële activiteit en landbouw, zoeken wetenschappers actief naar manieren om de concentratie ervan in de atmosfeer te verminderen. De uitbarsting in Tonga heeft aangetoond dat chloorgemedieerde methaanverwijdering fysiek mogelijk is.
Chemicus Matthew Johnson van de Universiteit van Kopenhagen merkt op dat het repliceren van dit natuurlijke fenomeen voor industrieel gebruik weliswaar een voor de hand liggende volgende stap is, maar dat hiervoor rigoureuze veiligheids- en werkzaamheidstests nodig zijn.
“Onze satellietmethode zou een manier kunnen bieden om erachter te komen hoe mensen de opwarming van de aarde kunnen vertragen”, zegt Johnson.
Conclusie
De uitbarsting van Hunga Tonga-Hunga Ha’apai zorgde voor een zeldzaam, grootschalig laboratorium voor atmosferische wetenschap. Hoewel de gebeurtenis zelf de mondiale methaanniveaus niet significant heeft verlaagd, bevestigde deze wel dat er natuurlijke mechanismen bestaan om dit broeikasgas af te breken. Dit inzicht verplaatst het concept van directe verwijdering van methaan uit de atmosfeer van de theoretische chemie naar de waarneembare realiteit, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor toekomstig onderzoek naar veilige en effectieve technologieën voor klimaatmitigatie.
