Vulkanen barsten uit, ze spuwen as, hun met littekens bedekte flanken lopen soms met zowel lava als aardverschuivingen. Maar slechts af en toe. Een minder dramatisch maar belangrijk proces is de continue uitstoot van gassen door vulkanen; met andere woorden, als ze uitademen. Een aantal vulkanen over de hele wereld ademen continu waterdamp uit die is doorspekt met zware metalen, kooldioxide, waterstofsulfide en zwaveldioxide, tussen vele andere gassen. Van deze, zwaveldioxide is het gemakkelijkst te detecteren vanuit de ruimte.

In een nieuwe studie gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten deze week, een team onder leiding van onderzoekers van de Michigan Technological University creëerde de eerste, werkelijk wereldwijde inventarisatie van vulkanische zwaveldioxide-emissies, gebruikmakend van gegevens van het Nederlands-Finse Ozon Monitoring Instrument op NASA's Earth Observing System Aura-satelliet, gelanceerd in 2004. Ze verzamelden emissiegegevens van 2005 tot 2015 om jaarlijkse schattingen te maken voor elk van de 91 vulkanen die momenteel wereldwijd uitstoten. De dataset zal helpen om klimaat- en atmosferische chemiemodellen te verfijnen en meer inzicht te geven in gezondheidsrisico's voor mens en milieu.

"Veel mensen realiseren zich misschien niet dat vulkanen continu vrij grote hoeveelheden gas afgeven, en kan dat tientallen jaren of zelfs eeuwen doen, " zegt vulkanoloog Simon Carn, een universitair hoofddocent aan Michigan Tech in Houghton, Michigan, en de hoofdauteur van de nieuwe studie. "Omdat de dagelijkse uitstoot kleiner is dan een grote uitbarsting, het effect van een enkele pluim lijkt misschien niet merkbaar, maar het cumulatieve effect van alle vulkanen kan aanzienlijk zijn. In feite, gemiddeld, vulkanen laten het grootste deel van hun gas vrij als ze niet uitbarsten."

Carn en zijn team ontdekten dat vulkanen elk jaar samen 20 tot 25 miljoen ton zwaveldioxide in de atmosfeer uitstoten. Hoewel dit aantal hoger is dan de eerdere schatting die eind jaren negentig werd gemaakt op basis van grondmetingen, het nieuwe onderzoek omvat gegevens over meer vulkanen, waaronder enkele die wetenschappers nog nooit hebben bezocht, en het is nog steeds lager dan de menselijke emissies van zwaveldioxideverontreinigingsniveaus.

Menselijke activiteiten stoten ongeveer twee keer zoveel zwaveldioxide uit in de atmosfeer, volgens co-auteur Vitali Fioletov, een atmosferische wetenschapper bij Environment and Climate Change Canada in Toronto, Ontario. Hij leidde de inspanning om bronnen van zwaveldioxide-emissies van menselijke activiteiten en vulkanen te catalogiseren en om emissies afgeleid van de satellietwaarnemingen terug te traceren naar hun bron met behulp van windgegevens.

Menselijke emissies nemen echter in veel landen af ​​als gevolg van strengere controles op vervuiling van energiecentrales, zoals het verbranden van laagzwavelige brandstof en technologische vooruitgang om deze tijdens en na verbranding te verwijderen. Naarmate ze afnemen, het belang van aanhoudende vulkanische emissies neemt toe. Vulkanen bieden natuurlijke achtergrondniveaus van zwaveldioxide waarmee rekening moet worden gehouden bij het bestuderen van de mondiale atmosfeer en regionale effecten.

Atmosferische processen zetten het gas om in sulfaataerosolen - kleine zwevende deeltjes in de atmosfeer - die zonlicht terugkaatsen in de ruimte, zorgt voor een verkoelend effect op het klimaat. Sulfaataërosolen in de buurt van het landoppervlak zijn schadelijk voor de ademhaling. In aanvulling, zwaveldioxide is de primaire bron van zure regen en is irriterend voor de huid en de longen. Gezondheidsproblemen met zwaveldioxidepluimen zijn aan de gang in gemeenschappen op de hellingen van voortdurend ontgassende vulkanen zoals Kilauea op Hawaï en Popocatepetl in Mexico.

Met dagelijkse observaties, het volgen van zwaveldioxide-emissies via satelliet kan ook helpen bij het voorspellen van uitbarstingen. Naast het meten van seismische activiteit en grondvervorming, wetenschappers die satellietgegevens in de gaten houden, kunnen mogelijk merkbare toenames in gasemissies oppikken die aan uitbarstingen kunnen voorafgaan.

"Het is een aanvulling op monitoring op de grond, " zegt Carn, eraan toevoegend dat zijn team zegt dat beide nodig zijn. "Op de grond gebaseerde metingen van vulkanische gassen die moeilijker te meten zijn vanuit de ruimte, zoals koolstofdioxide, zijn cruciaal. Maar de satellietgegevens zouden ons in staat kunnen stellen om nieuwe grondmetingen op niet-gecontroleerde vulkanen effectiever te richten, wat leidt tot betere schattingen van vulkanische kooldioxide-emissies."

Grondgebonden gegevens zijn gedetailleerder, en in gebieden zoals Midden-Amerika waar grote zwaveldioxide-uitstotende vulkanen dicht bij elkaar zijn, ze kunnen beter onderscheiden van welke specifieke vulkaangaspluimen afkomstig zijn. Echter, terwijl veldmetingen van zwaveldioxide-emissies toenemen, ze blijven nog steeds te schaars om een ​​samenhangend totaalbeeld samen te stellen.

Dat is waar deze nieuwe inventaris handig is; het reikt tot aan de afgelegen vulkanen van de Aleoeten en levert consistente metingen in de tijd van 's werelds grootste uitstoters, waaronder Ambrym in Vanuatu en Kilauea in Hawaii.

"Satellieten bieden ons een uniek 'big picture'-beeld van vulkanische emissies dat moeilijk te verkrijgen is met andere technieken, " zegt Carn. "We kunnen dit gebruiken om trends in zwaveldioxide-emissies te bekijken op de schaal van een hele vulkanische boog."

Het werk benadrukt de noodzaak van consistente langetermijngegevens, volgens co-auteur Nick Krotkov, een atmosferische wetenschapper bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, die de zwaveldioxidegegevens van de Aura-satelliet produceert. "Als je naar trends wilt kijken of andere wetenschap wilt doen, de langere tijdreeks is echt cruciaal. De waarde van de gegevens neemt toe met de duur ervan, " hij zei.

De nieuwe informatie over vulkanische emissies bundelt mogelijkheden om de monitoring van natuurlijke gevaren te verbeteren, gezondheidsrisico's voor de mens en klimaatprocessen - één vulkanische ademhaling per keer.