Gloeiende explosies brengen schokgolven van geluid voort

Onweer en bliksem blijven ons fascineren. Desondanks begrijpen wetenschappers het weersverschijnsel nog niet tot in detail. Wereldwijd razen er constant zo’n 1800 onweersbuien rond, en de aarde wordt elke minuut door 6000 bliksemschichten getroffen. Die veroorzaken veel schade aan natuur, gebouwen en mensen.

Onweer en bliksem blijven ons fascineren. Desondanks begrijpen wetenschappers het weersverschijnsel nog niet tot in detail. Wereldwijd razen er constant zo’n 1800 onweersbuien rond, en de aarde wordt elke minuut door 6000 bliksemschichten getroffen. Die veroorzaken veel schade aan natuur, gebouwen en mensen.

Shutterstock

Bliksem is mogelijk een belangrijk puzzelstukje geweest in het ontstaan van het leven, en de eerste mensen hebben er waarschijnlijk vuur aan ontleend. Ze moeten bliksem als een geschenk van de goden ervaren hebben, maar vandaag de dag weten we dat onweer en bliksem natuurlijke processen zijn, die de onderzoekers nog niet helemaal begrijpen.

Onweer heeft te maken met de vorming van regenwolken in instabiele lucht. Zo’n instabiele toestand is veelal te wijten aan opwarming vanaf de aardbodem, terwijl hogere lucht koud is.

Luchtbellen die warmer worden dan omringende lucht stijgen op en vormen wolken. Dit versterkt het opstijgen nog meer. Dit proces, convectie geheten, komt vrij veel voor, vooral rond de evenaar en boven grote stukken land.

Meeste bliksems in Afrika

/ 4

Bij de kusten van Florida dwingt de zeewind de lucht naar boven, waarbij er donderwolken ontstaan.

Op zee slaat de bliksem niet vaak in, want onweersbuien ontstaan meestal boven land.

In Centraal-Afrika stijgt warme, vochtige lucht op, die zware buien met bliksem vormt.

De Himalaya met zijn hoge bergen stuwt de lucht op, met veel bliksems als gevolg.

© Douglas E Walker/Getty Images

Convectie is zichtbaar als koepelvormige, witte cumuluswolken die naar boven toe uitdijen. Op een gegeven moment wordt de cumuluswolk een regenwolk die soms uitgroeit tot een onweersbui met een karakteristieke waaier van ijskristallen bovenin: door meteorologen een cumulonimbus genoemd.

Of een cumulonimbus onweersbuien veroorzaakt of niet is een kwestie van balans. Een paar honderd meter uitbreiding aan de bovenkant kan het verschil betekenen.

Bliksemschichten zelf duren kort en zijn hevige elektrische ontladingen, zowel in de wolken als tussen de wolken en de omgeving. Bliksem kan in de wolk zelf ontstaan, van wolk naar wolk gaan, van wolk naar lucht plaatsvinden of vanuit de wolk inslaan op aarde.

Het spanningsverschil kan oplopen tot honderden miljoenen volt en de stroomsterkte kan 200.000 ampère bereiken als het bliksemt.

De totale energie die in de microseconden van de blikseminslag vrijkomt, verschilt per bliksem, maar komt overeen met ongeveer vijf lampen van 100 watt die een maand lang branden. Slechts een klein deel van de energie belandt waar de bliksem inslaat, afhankelijk van de elektrische weerstand van het getroffen voorwerp.

Het grootste deel van de energie komt terecht in het bliksemkanaal tussen de wolk en de aardbodem. De temperatuur in de bliksem zelf bedraagt circa 15.000 tot 30.000 °C: vijf keer zo heet als het oppervlak van de zon.

© Mikkel Juul Jensen

Bolbliksem en jets

Over bolbliksems zijn er meer fabels en verhalen dan wetenschappelijke artikelen. Omdat het een vluchtig en zeldzaam fenomeen is, zijn er maar een paar foto's van, en er is nog geen enkele geaccepteerde verklaring van.

Een gangbare theorie is dat bolbliksems bestaan uit gloeiend plasma, bijeengehouden door een magnetisch veld dat wordt gevormd in de geladen lucht. De verhalen vertellen bijna allemaal over bolvormige, lichtgevende objecten zo groot als een tennis- tot een voetbal, die rondrazen en ten slotte verdwijnen – eventueel met een knal.

Een vrij recentelijk ontdekt type is de hoge of atmosferische bliksem: rode feeën, blauwe jets en elfen. Rode feeën zijn wortelvormige ontladingen van de top van de wolken tot 90 kilometer hoog. Blauwe jets zijn kegelvormige ontladingen die met hoge snelheid (tot 100 km/s = 360.000 km/h) omhoog schieten vanaf de donderwolken tot circa 40 kilometer hoog.

Elfen zijn lichtgevende ringen die zich in miljoenste seconden vanaf de top van rode feeën op circa 90 kilometer hoogte uitstrekken.

De plotselinge verhitting van de lucht rond een schicht veroorzaakt schokgolven van geluid: donderslagen. Het rommelt doordat er tijd zit tussen drukgolven van verschillende locaties in het bliksemkanaal, en doordat de geluidsgolven tussen de wolken en de aarde kaatsen.