Hoe de Nederlandse bliksem de wetenschap op zijn kop zet

Het ontstaan van onweersbuien

Voordat we kunnen inzoomen op de bliksem, is het van belang om te weten hoe de gehele onweersbui nu eigenlijk ontstaat. Daar is de zon uiteindelijk schuldig aan; zij is de motor achter convectie in ons kikkerlandje waarmee warme en vochtige lucht steeds verder opstijgt vanaf het aardoppervlak en koudere lucht daalt vanaf grote hoogte. De constante aanvoer van vochtige lucht naar de wolk zorgt ervoor dat die verder kan groeien, met als gevolg dat er neerslag kan ontstaan. Hiermee spreken we dan ook van een cumulonimbuswolk, de machtige onweerswolk. Het enige dat we nog missen voor een onweersbui is de donder en de bliksem.

De “klassieke” vorming van bliksem

Voor de vorming van bliksem zijn de opwaartse en neerwaartse stroming essentieel. Met de opwaartse stroming verplaatsen kleine waterdruppeltjes zich richting grote hoogte, terwijl in de neerwaartse stroming ijsdeeltjes naar beneden zakken. Wanneer de opstijgende waterdruppeltjes en dalende ijsdeeltjes met elkaar botsen, vriezen de waterdruppeltjes vast aan de ijsdeeltjes. Hierbij komt een kleine hoeveelheid warmte vrij, die het oppervlak van de ijsdeeltjes iets warmer houdt. Hiermee wordt graupel gevormd. 

Wanneer deze graupel botst met andere opstijgende waterdruppeltjes, gebeurt er wat bijzonders. Elektronen komen dan los van de opstijgende waterdruppeltjes en verzamelen zich op de dalende graupeldeeltjes. Hiermee ontstaat er een ladingsverschil in de wolk, waarbij de top van de wolk positief en de kern negatief geladen is. Helemaal aan de onderkant van de wolk bestaat er een klein gebied met een positieve lading door neerslag en hogere temperaturen. 

Het ladingsverschil binnen een onweerswolk. Negatieve lading bevindt zich vooral in de kern van de wolk, terwijl positieve lading in de top en aan de onderkant van de wolk zit (bron: NOAA).

Het ladingsverschil tussen het positieve en negatieve deel in de wolk moet enorm groot worden voordat er een ontlading kan plaatsvinden. De lucht is namelijk een enorm slechte geleider. Als het ladingsverschil groot genoeg is, kan de vuurwerkshow echt beginnen! Daarbij kan de ontlading binnenin de wolk gebeuren, maar ook tussen twee verschillende wolken of tussen de wolk en het aardoppervlak. Daarbij komen de eerste twee vormen het meeste voor. De elektriciteit stroomt dan van het negatief geladen deel van de wolk naar het positief geladen deel.

Voor een ontlading tussen de wolk en de grond is echter meer nodig. Allereerst duwen de negatieve ladingen in de wolk de negatieve ladingen aan het aardoppervlak van zich weg, waarbij er aan het aardoppervlak een positieve lading ontstaat vlak onder de onweerswolk. De negatief geladen deeltjes in de wolk stromen dan richting het aardoppervlak. Dit noemen we de stepped leader, die allerlei vertakkingen vertoont omdat de negatieve ladingen alle kanten op gaan.

Tegelijkertijd stroomt de positieve lading vanaf het aardoppervlak juist richting de wolk, via materiaal dat goed kan geleiden. Denk daarbij bijvoorbeeld aan gebouwen of bomen. Dit noemen we de positive streamer. Als de positive streamer en stepped leader met elkaar verbinden, ontstaat er een gigantisch sterke elektrische stroming. Dat zien wij uiteindelijk als een bliksemschicht.

Het proces tot blikseminslag op het aardoppervlak. In afbeelding 1 ontstaat er een positieve lading aan het oppervlak. In afbeelding 2 ontstaan de stepped leader (de negatieve lading vanuit de wolk) en de positive streamer (de positieve lading vanaf het aardoppervlak). In afbeelding 3 komen de stepped leader en positive streamer met elkaar in aanraking, met een bliksemschicht tot gevolg (bron: NOAA).

De Nederlandse bliksem verschilt met die van de rest van de wereld?

Veel van het bliksemonderzoek is uiteindelijk gedaan op basis van gegevens uit de Verenigde Staten. Daar komt onweer immers enorm vaak voor, veel vaker dan hier in Nederland. Het verhaal hierboven is dan ook gebaseerd op onweersbuien in de Verenigde Staten. Maar vorig jaar is er een wel heel bijzondere ontdekking gedaan bij het bekijken van gegevens over Nederlandse onweersbuien. De Nederlandse onweersbuien lijken namelijk op zijn kop te staan vergeleken met hun evenknieën in de Verenigde Staten.

Bij onweersbuien in de Verenigde Staten is de positieve lading bovenin de wolk veel sterker dan die helemaal aan de onderkant van de wolk. Daar bevindt de ontlading zich dus hoog in de wolk. In Nederland is het juist de positieve lading aan de onderkant van de wolk die veel sterker is dan de positieve lading bovenin de wolk, met als gevolg dat de ontlading juist laag in de wolk plaatsvindt. Je zou dan dus verwachten dat bliksem veel vaker inslaat in Nederland dan in de Verenigde Staten, maar ook dat is juist weer andersom. 

Hoe dit allemaal kan en wat voor gevolgen dit heeft, is niet duidelijk. Daarvoor is nog een hoop onderzoek nodig. Ook is het niet duidelijk of dit puur en alleen in Nederland het geval is, of dat dit zo werkt voor alle gebieden in de wereld met een soortgelijk klimaat. Veel onduidelijkheden dus, maar dat maakt het niet minder interessant. Deze eigenwijze onweersbuien laten immers zien dat de atmosfeer nog vol mysteries zit en de wetenschap –  letterlijk en figuurlijk – op zijn kop kan zetten.