Bliksem voor dummies: van geladen wolk tot de eerste flits (deel I)

De basis: elektrische lading

Bliksem heeft alles te maken met de ionisatie van de lucht. Wanneer de lucht geïoniseerd raakt, worden luchtdeeltjes elektrisch geladen door het toevoegen of verwijderen van elektronen. Dit geeft deeltjes met een positieve en negatieve lading. Via de geïoniseerde lucht kan elektrische lading overspringen van wolk naar wolk (CC bliksem; cloud-to-cloud). Onweerswolken bevatten zelf ook geladen deeltjes: positief in de top en negatief in het midden richting de wolkenbasis. Botsingen tussen ijskristallen, hagelstenen en korrelhagel (graupel) veroorzaken deze ionisatie.

Behalve wolk-tot-wolk, is er ook wolk-tot-grond (CG bliksem; cloud-to-ground) of binnen één wolk (IC bliksem; intracloud). IC-ontladingen ontstaan tussen de positieve top en het negatieve midden in de wolk, terwijl CG-ontladingen worden veroorzaakt door een ladingsverschil tussen de wolk en de grond. Ongeveer twee derde van alle ontladingen is binnen een wolk en één derde gaat richting de grond.

Het proces van ionisatie zorgt ervoor dat er binnen de onweerswolk twee gebieden worden gevormd met positief geladen en negatief geladen deeltjes. Bron: University of Arizona

Twee elektrische stromen ontmoeten elkaar

De meeste CG bliksem voert negatieve lading naar de grond, aangeduid met CG-. In sommige gevallen begint een CG hoger in de wolk en dan voert deze positieve lading naar de grond (CG+). Het blijkt dat de levensfase van een onweersbui invloed heeft op de verdeling tussen CG- en CG+, maar daar gaan we in deel 2 op in. CG bliksem is een samenwerking tussen neerwaartse, negatief geladen leiders en opwaartse, positief geladen ontladingen.

De neerwaartse getrapte voorontlading beweegt in stappen van ongeveer 50 meter naar de grond en duurt korter dan 1 microseconde (een miljoenste van een seconde). Wanneer deze een paar honderd meter boven de grond is, ontstaan enkele opwaartse positief geladen ontladingen. Eén hiervan maakt, op een hoogte van zo’n 10-20 meter, contact met de neerwaartse leider en dat bepaalt waar de bliksem de grond raakt.

Het contact tussen de opwaartse ontlading en de getrapte voorontlading zorgt voor een elektrische verbinding tussen de lading in de wolk en de aarde, waardoor een snelle en krachtige stroompuls door het kanaal reist. Dit is de eerste hoofdontlading. De hoofdontlading verhit de lucht tot ongeveer 30.000 K, dat is 5 keer heter dan het oppervlak van de zon! De plotselinge toename in druk creëert een schokgolf dat overgaat in een geluidsgolf – de donder. Ook wordt hierbij een heldere lichtflits geproduceerd.

Tijdens een ontlading stromen negatieve ionen door het bliksemkanaal. Rondom de hoofdontlading is de lucht negatief geladen. Bron: University of Arizona

Niet slechts één stroom

De meeste CG bliksems bestaan uit meerdere deelontladingen die doorgaans door hetzelfde kanaal lopen. De felle lichtflitsen die ontstaan door meerdere deelontladingen veroorzaken het flikkeren dat je soms ziet. Het kan ook voorkomen dat deelontladingen niet het originele bliksemkanaal volgen en daarmee een ander punt op de grond raken. Een verbinding tussen het nieuwe en originele bliksemkanaal bevindt zich ergens in de wolk. Het kanaal blijft oplichten wanneer een deelontlading wordt gevolgd door een aanhoudende stroom, die langer en met een lagere piekstroom door het bliksemkanaal stroomt. De aanhoudende stroom kan veel elektrische lading naar de grond transporteren en wordt gezien als “hete bliksem” dat eerder bosbranden veroorzaakt.

Bij CG+ is er vaak maar één hoofdontlading, maar deze heeft een zeer hoge piekstroom. De positief geladen leider die de CG+ initieert vertoont weinig tot geen stapvorming (smooth channel).