Superuitbarstingen en vulkanische winters: hoe overleven we ze?

Supervulkanen blazen immense volumes zwavel de hogere luchtlagen in. Die vormen een dichte nevel en hullen de planeet in een donkere aerosol, soms jarenlang. Tijdens zo'n vulkanische winter vermindert het vermogen van planten om aan fotosynthese te doen, wat de voedselpiramide aan het wankelen brengt. Hoe kan de mensheid zich hoeden voor de ergste gevolgen van een superuitbarsting? Misschien via nieuwe manieren om voedsel te kweken, bijvoorbeeld met weinig of zonder zonlicht?

Tekst: Kathelijne Bonne

In onderzoek gaat de meeste aandacht naar grote ontdekkingen zoals het detecteren van zwaartekrachtsgolven, het in beeld brengen van zwarte gaten en het bewerken van genen. Dat is allemaal verbluffend, inspirerend en vaak ook nuttig. Maar ook grote natuurrampen en hun nasleep verdienen aandacht, al krijgen we er koude rillingen van.

Op 28 december gaf ik een lezing in Sint-Niklaas over de onrustige Campi Flegrei vulkaan in de Golf van Napels, het kaliber van de uitbarstingen waartoe deze in staat is, en of hij opnieuw zal uitbarsten (dankjewel Anfiteatro, amici della cultura italiana). De as van de Ignimbrita Campana-uitbarsting 39.000 jaar geleden werd gevonden tot in Groenland en mogelijks heeft de ramp geleid tot het ineenzakken van neanderthalerpopulaties in Italië en Europa. De lezing over zo'n beklijvend onderwerp roept een reeks vragen op: wat als er nog eens zo'n mega-uitbarsting komt, in de overbevolkte Campi Flegrei (*) of elders? Kan de moderne maatschappij een vulkanische winter aan? Wat als de oogsten op grote schaal mislukken? 

(*) De kans dat er binnenkort een zeer grote uitbarsting komt in de Campi Flegrei is miniem. Een kleine uitbarsting is waarschijnlijker.

De oplossing ligt in dezelfde trant van hetgeen nu al gedaan kan worden om de gevolgen van klimaatverandering en bevolkingsgroei op te vangen en hongersnood tegen te gaan; namelijk manieren om de mensheid efficiënter te voeden, meer voedsel te produceren met een kleinere impact, en vooral, op minder oppervlakte.

Onze levensbron

Het idee van vulkanische winters en jarenlange duisternis brengt iets cruciaals aan het licht: "mensen zijn lichtwezens", zoals Thomas Halliday, auteur van Oerland, zegt in de passage over het leven in de middernachtzone van de oceaan (p. 259). Mensen, en alle planten, dieren en organismen waarmee we via complexe voedselnetwerken verbonden zijn, worden gevoed door zonlicht. 

Fotosynthese is op een paar uitzonderingen na de enige manier waarop de zogenaamde primaire producenten - namelijk planten, algen en bacteriën -, niet-leven transformeren in leven, of anders gezegd, koolstofdioxide uit de lucht omzetten in organische moleculen zoals suikers. Zo houden ze hun levensvuur laaiende en vormen ze de fundamenten van alle ecosystemen én de volledige menselijke voedselproductie. 

Om aan fotosynthese te doen moeten gewassen in de zon staan, naast elkaar. Landbouw is dus een tweedimensionale affaire die veel plaats in beslag neemt. Het klinkt alsof dit een nadeel is van fotosynthese zelf, maar dat is niet zo. Fotosynthese houdt het leven al miljarden jaren in stand. De gigantische oppervlakte die nodig is om voedsel te produceren ligt in eerste plaats aan de roofzuchtige manier waarop we de natuur exploiteren en aan onze excessen (voedselverspilling, teveel vlees, wat een enorme impact heeft, ...). 

En als de zon, onze levensbron, een paar jaar verdwijnt achter een dichte aerosol van zwavel, zal de reguliere manier van landbouw nog minder aan de vraag voldoen dan ze in de huidige klimaatcrisis al doet, met akelige gevolgen.

VEI 8 uitbarstingen

Grote uitbarstingen, vooral die met een vulkanische explosiviteitsindex (VEI) van 6, 7 en 8 kunnen het klimaat op complexe manieren verstoren: ze leggen moessons, El Niño-fenomenen en de atmosferische en oceanische circulatie helemaal in de knoop. Hongersnood, oorlog en omwentelingen in de samenleving zijn in verband gebracht met grote uitbarstingen in het verleden, zoals Tambora (Sumatra, 1815), berucht om het jaar zonder zomer en tweehonderduizend doden in Europa. 

De vulkanische explosiviteitsindex gaat van nul tot acht. Het drukt het volume magma uit dat explosief vrijkomt in één enkele uitbarsting. VEI nul is niet explosief, zoals Hawaï. Mount Saint Helens (1980) en Vesuvius (79 AD) scoorden 5; Pinatubo (1991) en Tonga (2022) 6, en Campi Flegrei en Tambora 7.

Deze vulkanen verbleken bij de VEI 8 vulkanen of supervulkanen: o.a. Yellowstone (VS), Toba (Sumatra) en Taupō (Nieuw-Zeeland), in staat tot 'megakolossale' uitbarstingen, waarbij meer dan duizend kubieke kilometer magma de lucht in wordt geblazen. VEI 8 vulkanen barstten maar zeer zelden uit, eens in de tien- tot honderdduizend of zelfs miljoenen jaren. Geen mens of kat herinnert zich dus iets van de laatste VEI 8 uitbarsting (Taupō, 25 duizend jaar geleden). 

Maar als er een nieuwe komt, gaan we het merken.

Toba-catastrofetheorie

De grootste VEI 8 vulkaan is Toba in Indonesië, die 74.000 jaar geleden uitbarstte. Het was de grootste uitbarsting van het Kwartair (laatste twee miljoen jaar) en de potentieel gevaarlijkste vulkaan in de wereld. De hypothese van de Toba catastrofe stelt dat vroege menselijke populaties instortten, wat genetische bottlenecks veroorzaakte. Maar volgens recentere interpretaties was de ramp minder catastrofaal en van kortere duur dan eerder gedacht. Nog opvallender is de zeer ongelijke impact, mensen in het noordelijk halfrond werden veel zwaarder getroffen dan in Afrika. De Toba-uitbarsting wordt op allerlei manieren gesimuleerd als test-case voor een toekomstig scenario. Griezelig, maar nuttig en noodzakelijk. 

Voedsel zonder licht 

Als planten aan fotosynthese doen, gebruiken ze maar een klein percentage van de invallende zonne-energie. De efficiëntie is dus redelijk laag. Wetenschappers zijn al volop aan het uitpluizen hoe ze de efficiëntie kunnen opkrikken (meer groei bij minder licht) door het planten-DNA te bewerken via ultraprecieze CRISPR-Cas technieken. Dat heeft al successen opgeleverd, bijvoorbeeld bij rijst. 

Maar als we de mogelijkheid van supererupties overwegen, kijken we best ook naar het kweken van voedsel zonder licht. Men is daar al mee bezig, met het oog op bevolkingsgroei en het bestrijden van armoede. Zonder licht kunnen kweekbakken verticaal worden gestapeld en is er dus minder ruimte nodig. Ruimtevaartorganisaties onderzoeken deze zaak ook, zodat astronauten zich op lange missies, weg van de zon, van voedsel kunnen voorzien, aan boord van een ruimteschip of op een verre planeet.

Zonder zon is een andere energiebron nodig - bij voorkeur een hernieuwbare - om kooldioxide uit de lucht te halen en organische substraten te produceren als voer voor planten. Sommige gewassen hebben al getoond dat ze acetaat-houdende substraten kunnen metaboliseren in totale afwezigheid van licht, maar op grote schaal is dat nog niet mogelijk en het zou een diepgaande herprogrammering van plantengenen vergen.

Eetbare micro-organismen?

Er zijn nog andere manieren, mogelijks beter uitvoerbaar, maar minder populair wegens de twijfelachtige smakelijkheid: het kweken van eetbare micro-organismen, gisten, schimmels en zwammen. Volgens Thomas Linder in "Edible microorganisms –An overlooked technology option to counteract agricultural expansion" groeien micro-organismen snel en kunnen geselecteerd worden op de juiste verhoudingen eiwitten, gezonde vetten, vitaminen en koolhydraten. De condities in de kweektanks kunnen zeer nauwkeurig worden afgesteld waardoor ook hier veel minder ruimte nodig is dan voor normale landbouw. De beestjes kunnen worden gevoed met allerlei soorten substraten (o.a. methanol). Een voordeel is dat dit type voedselproductie gecombineerd kan worden met nieuwe technologieën om kooldioxide uit de lucht te halen. 

De vraag of mensen het willen eten is irrelevant in een natuurrampen-scenario. Als we uitgehongerd zijn eten we alles. Wie weet vechten we ooit nog om een bord schimmels overgoten met een coulis van bacteriën.

Zwarte rokers

Ook de natuur heeft een paar ecologische niches waar leven onafhankelijk van licht gedijt. In extreme omgevingen, zoals op de diepe oceaanbodem en rond zwarte rokers, doen micro-organismen aan chemosynthese – waarbij ze chemische energie gebruiken die vrijkomt uit redoxreacties – om biomassa te produceren en een hele gemeenschap van de meest onvoorstelbare diepzeewezens in stand te houden. Misschien was chemosynthese de eerste vorm van metabolisme op aarde, totdat sommige bacteriën 'het licht zagen' en begonnen met fotosynthese, wat een revolutie op gang bracht. Mogelijks houdt chemosynthese levende werelden in stand in oceanen onder het ijs op de manen van Jupiter, Saturnus en wie weet waar nog meer. 

Fotosynthese was de motor van al het leven op onze planeet gedurende een paar miljard jaar en nu nog steeds, maar door ons eigen toedoen hebben we een kantelpunt bereikt en kunnen – moeten – we alternatieve oplossingen bedenken om weerbaarder te worden op lange termijn. 

Gelukkig komt na de vulkanische winter de zon altijd terug tevoorschijn. 

------

Lees meer. Voedsel voor iedereen, het blijft de eerste zorg van de mensheid en de toekomst. Lees over kunstmest en stikstof en hoe die gelinkt zijn aan de biogeochemische cycli. Of over de mythe van duurzaam vlees en waarom we niet allemaal carnivoor kunnen zijn. Tonga, de vulkaan die in 2022 uitbarstte was een VEI 6 maar beïnvloedde het klimaat niet. Of lees over de rol van vulkanen bij het uitsterven van bijna 90% van al het leven, aan het einde van het Perm. Over de Campi Flegrei en de Golf van Napels schreef ik tot nu toe drie keer, namelijk over de vulkaan zelf, over de plastic-vervuiling, en de drie koppen van Keberos. 

Bronnen

Linder, Thomas, 2019, Edible Microorganisms—An Overlooked Technology Option to Counteract Agricultural Expansion, Fontiers Opinion Article, Frontiers in Sustainable Food Systems, Vol 3, https://doi.org/10.3389/fsufs.2019.00032

Stone, Madeleine, 2022, National Geographic, Can food crops grow in the dark? Scientists are working out how. https://www.nationalgeographic.co.uk/science-and-technology/2022/08/can-food-crops-grow-in-the-dark-scientists-are-working-out-how

Sancristán, Hector, Volcano Café blog, 2020, Ten volcanoes with super-eruption potential: Part I, https://www.volcanocafe.org/ten-volcanoes-with-super-eruption-potential-part-i/

Sancristán, Hector, Volcano Café blog, 2020, Ten volcanoes with super-eruption potential: Part II, https://www.volcanocafe.org/ten-volcanoes-with-super-eruption-potential-part-ii/

Black, Benjamin, et al., 2021, Global climate disruption and regional climate shelters after the Toba supereruption, PNAS Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, 118 (29) e2013046118, https://doi.org/10.1073/pnas.2013046118

Zhu, H., Li, C. & Gao, C. Applications of CRISPR–Cas in agriculture and plant biotechnology. Nat Rev Mol Cell Biol 21, 661–677 (2020). https://doi.org/10.1038/s41580-020-00288. 

Kathelijne: Ik ben geboeid door hoe aarde, oceaan, lucht en leven op elkaar inwerken op geologische en menselijke tijdschalen.

Waarom ik met GondwanaTalks begon.

Hieronder enkele aangeraden boeken. Voor meer info, klik op de afbeeldingen (met geaffilieerde links):

Laatste artikels:

Vind je dit goed leesvoer? Schrijf je in voor een korte nieuwsbrief bij elk nieuw artikel (om de zoveel weken, vrij van zware bestanden en vervelende gifs)