Vulkanisch onweer in het lab

Weinig natuurfenomenen zijn tegelijk zo indrukwekkend en beangstigend als onweer of een vulkaanuitbarsting. Wanneer beide verschijnselen elkaar ontmoeten, levert dat een magnifiek lichtspektakel op. Maar waarom trekt een vulkaanuitbarsting onweer aan?

Om dat te achterhalen, bootste onderzoeker Corrado Cimarelli van de Ludwig Maximilian universiteit in München een vulkaanuitbarsting na in het lab. Hij deed dat in een zogenaamde shock tube, een instrument waarmee ontploffingen nagebootst en bestudeerd kunnen worden. Een snelle en intense decompressie doet vulkanisch as in zo’n buis heel krachtig opwaarts ontploffen. Een vulkaanuitbarsting in het klein. Met hoge-snelheids-opnames maakte Cimarelli foto’s van de bliksemschichten die bij zo’n ontploffing optreden. Hij ontdekte zo dat geladen deeltjes in de as elektrische ontlading uitlokken, wat de bliksem verklaart. Hoe meer fijne deeltjes worden uitgespuwd, hoe feller en frequenter de bliksemschichten. (kv)

Vulkanisch onweer tijdens een uitbarsting van de Sakurajima vulkaan in Japan. (Foto: Image Globe)

Met vulkaantjes spelen: hoe werkt het?

Wat gebeurt er nu precies in zo’n miniatuurvulkaan – en bij uitbreiding in een echte vulkaan? ‘Onderaan een stalen cilinder bevindt zich een kleine oven die een lavasteen kan opwarmen tot 1300 graden Celsius’, legt Corrado Cimarelli van het lab in München uit. ‘Tegelijkertijd wordt het materiaal in een drukvat onder enorme druk gezet – tot vijfhonderd bar, zowat vijfhonderd keer de atmosferische luchtdruk.

De lavasteen bevindt zich binnenin de grote stalen cilinder nog eens in een kleinere, doorzichtige buis die wordt afgesloten door een koperen plaatje. Op een bepaald moment wordt de druk van het magma-gasmengsel (want het magma slorpt tijdens de verhitting heel wat gas op) zó groot dat het koperen plaatje het begeeft, waardoor er een plotse drukverlaging ontstaat en het magma met enorme kracht naar boven wordt gestuwd: de eigenlijke uitbarsting. Doordat we de experimenten herhalen voor koperen plaatjes met verschillende dikte, kunnen we precies meten met welke kracht het magma naar boven schiet, en dus hoe krachtig de uitbarsting is. Deze informatie koppelen we daarna terug naar de beginvoorwaarden, zijnde de chemische en fysische samenstelling van de lavasteen.’

Cimarelli’s collega Donals Dingwell vult aan: ‘Voor ons komt het erop aan het moment van de uitbarsting (de knal) en de kracht ervan (de dikte van het koperen plaatje) te verbinden aan een bepaalde samenstelling of fragmentatie van de lavasteen. Met die informatie kunnen de theoretici hun modellen voor een bepaald type vulkaan of uitbarsting dan vervolgens finetunen.’ - Senne Starck

In het januarinummer van Eos (2013) verscheen een uitgebreid artikel over het vulkanenlab van Corrado Cimarelli. U kunt het artikel hier in pdf downloaden.