Van minuscule deeltjes naar immense wolken: het onzichtbare ontstaan van neerslag 

Ingrediënten voor wolkenvorming

Want er zijn voornamelijk maar twee ingrediënten nodig voor wolken. Het eerste en allerbelangrijkste ingrediënt is water, wat eigenlijk altijd in grote mate aanwezig is in de atmosfeer. Maar de waterdeeltjes zijn veel te klein om aan elkaar te hechten en waterdruppeltjes te vormen. Daarvoor hebben we het andere ingrediënt nodig, namelijk aerosolen.

Aerosolen zijn enorm kleine deeltjes die rondzweven in de atmosfeer; de grootste aerosolen hebben een diameter ter grootte van de dikte van een haar. Voorbeelden zijn mineraalstof uit de woestijn, zeezout dat gedeeltelijk mee verdampt en vulkanische as. Aerosolen die dicht bij het aardoppervlak zitten blijven maar een paar dagen in de lucht hangen, terwijl die in de stratosfeer jaren kunnen blijven rondhangen. De aerosolen zijn onmisbaar bij wolkenvorming, omdat ze functioneren als oppervlak waar de waterdeeltjes zich aan kunnen hechten. Zonder aerosolen zullen er dus ook geen wolken zijn.

Van waterdeeltjes naar wolken

Nu alle ingrediënten aanwezig zijn, is er nog een laatste stap nodig voordat er een wolk kan ontstaan. De temperatuur hoger in de atmosfeer moet namelijk beneden het dauwpunt liggen. Dit is de temperatuur waarbij de lucht verzadigd is met water, zodat elk overschot leidt tot condensatie van water. Deze temperatuur kan bereikt worden door adiabatische afkoeling van lucht. 

Stel je een klein pakketje lucht aan het aardoppervlak voor. Wanneer dit begint te stijgen, komt het op hoogtes terecht waarbij de druk alsmaar afneemt. De luchtdeeltjes in het pakketje worden minder samengedrukt, waardoor het luchtpakketje uitzet. Omdat er geen deeltjes bijkomen, betekent dit dat de temperatuur afneemt tot beneden het dauwpunt. Dit is dan ook het moment dat de eerder genoemde hechting van waterdeeltjes aan aerosolen kan beginnen en de wolk kan ontstaan.

Adiabatische afkoeling: het luchtpakketje zet uit door een afname van luchtdruk op grotere hoogtes, waardoor de temperatuur afneemt (bron: NOAA).

Van wolken naar neerslag

Nu hebben we eindelijk een wolk, maar hoe kan hieruit neerslag ontstaan? De wolkendruppeltjes zijn namelijk lang niet groot en zwaar genoeg om als neerslag naar beneden te vallen, dus er moeten nog processen zijn die de druppels laten groeien tot neerslag. Er zijn twee verschillende manieren waarop dit gebeurt: het botsen en samensmelten van waterdruppeltjes, en ijskristallisatie.

Het botsen en samensmelten van druppels spreekt eigenlijk voor zich. Een opwaartse luchtbeweging verzamelt allerlei kleine en grotere druppeltjes binnen de wolk. Terwijl het alsmaar drukker wordt in de wolk, botsen er steeds meer druppeltjes tegen elkaar op en smelten sommige druppeltjes hierdoor zelfs samen. Het druppeltje groeit zo steeds verder door totdat deze te zwaar wordt en naar beneden valt, en zo nog meer druppeltjes aan zich hecht. Deze vorm van neerslagvorming komt vooral veel rondom de tropen voor.

In onze contreien wordt neerslag op een andere manier gevormd, namelijk via ijskristallen. Zelfs in de zomer komt veel neerslag uiteindelijk voort uit ijskristallen in de wolk! Maar ijskristallen vormen niet zomaar. Ze hebben namelijk vrieskernen nodig, maar niet alle aerosolen zijn daar even geschikt voor. Daardoor bestaat de wolk uit een mix van ijskristallen en onderkoelde waterdruppels (waterdruppels die vloeibaar blijven ondanks temperaturen onder 0 ℃). Nu ontstaat er een interessante strijd tussen de ijskristallen en waterdruppels, wat voortkomt uit een verschil in waterdampdruk.

De druk rondom de ijskristallen is namelijk lager dan rondom de onderkoelde waterdruppels. Daardoor ‘trekken’ de ijskristallen de waterdeeltjes weg bij de waterdruppels. De onderkoelde waterdruppels verdampen en krimpen, terwijl de ijskristallen pijlsnel doorgroeien totdat ze te zwaar worden en naar beneden vallen als sneeuw. Vaak smelt de sneeuw onderweg naar het aardoppervlak, waardoor we niet altijd in een witte wereld leven.

Afbeelding van het Bergeron proces. De ijskristal trekt waterdeeltjes weg van de waterdruppels, waardoor de waterdruppels verdampen en krimpen terwijl het ijskristal groeit (bron: Pennsylvania State University)

De gigantische wolken die we in de lucht zien, ontstaan dus op een schaal die wij met het blote oog niet kunnen zien. Dat maakt een blik op de wolken voor mij dan ook altijd fascinerend: er heeft namelijk een hele hoop boven onze hoofden moeten gebeuren voordat de eerste druppel naar beneden valt.