Door Scholieren.com te bezoeken geef je toestemming voor het gebruik van cookies. Ben je onder de 16? Zorg dan dat je toestemming van je ouders hebt om onze site te bezoeken. Lees meer over je privacy (voor het laatst bijgewerkt op 25 mei 2018). Akkoord Instellingen aanpassen

Onweer

Natuurkunde

Profielwerkstuk

Onweer

5.5 / 10
6e klas vwo
  • anoniem
  • Nederlands
  • 13626 woorden
  • 17341 keer
    33 deze maand
  • 12 oktober 2008
Inleiding
Het profielwerkstuk zat er aan te komen en toen moesten we toch maar eens een onderwerp zien te vinden. We waren er al snel over uit dat we het wilden gaan doen voor het vak natuurkunde aangezien wij hier beiden de meeste interesse in hadden. Na een tijdje googlen kwamen we het onderwerp onweer tegen. Dit leek ons beiden wel wat omdat het toch een van de meest fascinerende weersverschijnselen is. Verder sluit onweer ook goed aan bij de vervolgstudie van Carline. Zij heeft interesse in de meteorologie.

Wij zijn niet de enige die onweer een erg bijzonder verschijnsel vinden. Zo waren er lang geleden al de Romeinen, die dachten dat de bliksemschichten een teken waren van de goden Jupiter, Zeus of Donar. Jupiter en Zeus waren de oppergoden en werden ook wel de heersers van de hemel genoemd. En Donar was de god van de oorlog. Men dacht dat wanneer het onweerde, het volk moest boeten voor iets wat fout is gedaan of dat er een oorlog aan zat te komen.

Verder waren er erg veel wetenschappers die allemaal eigen theorieën hadden over het ontstaan van bliksem. Zo hadden ze het over botsende wolken, tegen elkaar aan schurende wolken en atmosferische ontploffingen. Benjamin Franklin, erg bekende door zijn experiment met de vlieger, was uiteindelijk de eerste die bewees dat bliksem een ontlading van elektriciteit is.

Onweer is iets dat zowel angst oproept bij mensen, maar voor velen ook erg fascinerend is en dat is dus de hoofdreden om voor onweer als PWS te kiezen.

Met dit profielwerkstuk proberen we antwoord te krijgen op de hoofdvraag: Hoe ontstaat onweer? Dit doen we aan de hand van verschillende deelvragen. In onze deelvragen hebben we ook gekozen voor iets dat pas “net” ontdekt is, namelijk sprites.

Als hypothese op de hoofdvraag hebben wij dat onweer wel moet ontstaan door spanningsverschillen in de lucht. Wij denken dat dit te maken heeft met het water in de wolken, omdat de bliksem altijd uit zo’n grote grijze wolk komt. Het heeft te maken met het negatiever of positiever zijn van de waterdruppeltjes in de lucht.

Welke soorten onweer zijn er?
Onweer staat over het algemeen bekend als een ontlading van wolk naar de aarde, maar dit hoeft zeker niet altijd zo te zijn. Onweer is onder te verdelen in verschillende categorieën. De categorieën zijn:
- bliksem van wolk naar wolk
- bliksem van wolk naar aarde
- bliksem van wolk naar lucht
De categorieën zijn zelf ook weer onder te verdelen naar soort en ze zullen elk behandeld worden. Maar eerst even een uitleg over de verdeling van lading van wolken, want je ziet dat elke vorm van bliksem te maken heeft met de wolken.

Het is algemeen geaccepteerd door de wetenschap dat een onweerswolk een positieve bovenkant heeft en een negatieve onderkant. Over de reden waarom dit zo is zijn twee theorieën. De eerste heeft te maken met de druppels in de wolken. Wanneer water verdampt stijgt het naar de bovenkant van de wolk. Als de waterdamp kouder wordt condenseert het en vormt het druppeltjes. De massa van de druppeltjes is te groot om te blijven zweven en dus vallen ze naar beneden.

Hoog in de atmosfeer is er een soort van laag die de ionosfeer wordt genoemd. Daar bevindt zich een grote hoeveelheid positieve ionen. De ionen aan het aardoppervlak zijn negatief. Door het verschil in lading werkt er een elektrisch veld tussen de ionosfeer en het aardoppervlak.
De druppeltjes vallen naar beneden en dus door het elektrische veld heen. Dit heeft tot gevolg dat de druppeltjes gepolariseerd raken: de bovenkant van de druppel wordt negatief en de onderkant positief. Tijdens het vallen komen ze andere negatieve en positieve druppeltjes tegen. De druppeltjes hebben een positieve onderkant en een negatieve onderkant. Hierdoor worden voornamelijk negatieve druppeltjes meegetrokken naar beneden. Want + en – trekken elkaar aan. De kans dat de druppel met negatieve druppeltjes botst, is groter dan dat die botst met positieve druppels. De zwaarder negatieve druppels zaken naar de onderkant van de wolk en de positieve blijven aan de bovenkant.
Een andere theorie gaat er van uit dat er lading gescheiden wordt in ijskristallen. Laboratoriumproeven hebben uitgewezen dat tijdens het bevriezen van druppels er positief geladen kristallen van de zich vormende ijsmantel rond de druppel loskomen. Ook tijdens botsingen tussen ijskristallen kan lading overgedragen worden. Een verklaring voor dit soort effecten werd in 1961 door Latham en Mason gepubliceerd. Latham en Mason beweren dat de koudste delen van een kristal de hoogste positieve lading hebben.

Bliksem van wolk naar wolk
Deze vorm van bliksem komt het allermeest voor van alle soorten die er zijn. Hierin zijn er twee verschillende varianten te onderscheiden. De eerst is de bliksem binnen een wolk zelf. Het verschil in lading tussen positief en negatief wordt steeds groter uiteindelijk slaat er dan een vonk over. Er stroomt daarbij een elektriciteit van de positief geladen bovenkant van de wolk naar de negatief geladen onderkant van de wolk.

Een andere mogelijkheid komt een stuk minder vaak voor. Het gaat hierbij om de bliksem tussen de twee naburige wolken. Het gaat hier om een ontlading tussen de positieve bovenkant van de ene wolk en de negatieve onderkant van de andere wolk. Deze vorm van bliksem vindt vooral plaats op veel grotere hoogten dan andere soorten bliksem en is daarom ook moeilijker te zien. Vooral ’s nachts biedt zich de mogelijkheid voor om deze vorm van een grote afstand te kunnen waarnemen. De gevormde bliksems tussen wolken kunnen soms wel een lengte hebben van 100 kilometer.

Bliksem van wolk naar aarde
Ongeveer 20% van alle ontladingen vanuit de wolken bereikt de aarde. Van deze vorm zijn er vier verschillende varianten:
- negatief neerwaarts
- negatief opwaarts
- positief neerwaarts
- positief opwaarts
De verschillende soorten zijn hier op volgorde van links naar echts te zien.

De negatief neerwaartse ontlading is de meest voorkomende van de vier. Het verloop van deze bliksem wordt volledig uitgelegd in het hoofdstuk: Hoe verloopt een blikseminslag?
De elektronenstroom is omlaag gericht en dus loopt de stroom omhoog. Er is een verbinding tussen de negatieve onderkant van de wolk en de positieve aarde. Een negatieve ontlading is over het algemeen een stuk minder gevaarlijker dan een positieve ontlading. Wel is deze bliksemsoort gevaarlijk omdat die in de wolk start.

De negatieve opwaartse ontlading komt een stuk minder vaak voor. Hij is heel herkenbaar, omdat in tegenstelling tot de vorige de zijtakken van de hoofdbaan omhoog lopen en niet omlaag. Deze vorm ontstaat eigenlijk alleen in hoge gebergtes of bij hoge torens en gebouwen. Als de onweersbui over die hoge gebergtes en gebouwen trekt dan kan de veldspanning zo hoog oplopen dat de voorontlading begint. De vangontlading (streamer) reikt al meteen tot in de onweersbui en het ontstaan van een stepped leader is dan ook niet nodig. Opwaartse ontladingen zijn een stuk minder krachtig omdat er al sprake is van een ontlading voordat er eigenlijk voldoende spanningsverschil in de wol is opgebouwd voor een ontlading.

Een positieve neerwaartse ontlading vindt voornamelijk bij koud weer plaats, omdat dan de wolken een stuk lager in de lucht hangen. Het is dit keer niet de negatieve onderkant van de wolk die voor de ontlading zorgt, maar de positieve bovenkant. Dit kan wanneer de positieve bovenkant onder invloed van luchtstroming wegdrijft van de negatieve onderkant. De elektronenstroom is hierbij omhoog gericht en dat betekend dat de stroom richting aarde gaat en bij inslag ook een stuk gevaarlijker voor mensen is.

De positieve opwaartse ontlading is hetzelfde als bij de negatieve opwaartse ontlading met als enig verschil dat dit keer de streamer van het hoge punt zo hoog komt dat het wordt verbonden met de positieve bovenkant van de wolk. Ook hierbij is er weer de vertakking die omhoog gericht is. Op de foto hiernaast zie je een opwaartse ontlading bij de Eiffeltoren.

Bliksem van wolk naar lucht
De vorm van ontlading komt vrij weinig voor. Het komt voor wanneer een elektrische ontlading plaatsvindt tussen een opgebouwde lading binnen een Cumulonimbuswolk en een gebied met een tegenovergestelde lading in de omringende atmosfeer. Deze vorm van ontlading is een stuk minder krachtig dan alle andere vormen. Een enkele ontlading is genoeg om het verschil te herstellen en meerder deelontladingen zijn er ook niet.

Bliksem van wolk naar lucht doet zich gewoonlijk voor tussen de lucht en de positief geladen bovenste wolkdelen. Het is ook vaak zo dat wanneer er een ontlading van wolk naar aarde is er meestal in combinatie een ontlading van wolk naar lucht plaatsvindt. De ontlading van wolk naar lucht lijkt hier meestal op een zijtak.

Omdat bliksem van wolk naar lucht zich normaal bij de top van de Cumulonimbuswolk voordoet, kan hij van een behoorlijke afstand worden waargenomen. Wanneer bliksem van wolk naar lucht of bliksem van wolk naar wolk door wolken aan het gezicht wordt onttrokken, ziet de waarnemer alleen de flikkerende weerschijn ervan in de naburige wolken. Dit optische effect staat bekend als 'weerlicht'.

Welke soorten onweersbuien kun je onderscheiden?
Niet elke onweersbui is hetzelfde. Zo heb je zomers meestal een verfrissend kort onweersbuitje terwijl je in andere perioden van het jaar buien hebt die urenlang doorblijven gaan. Er zijn een heel aantal onweersbuien te onderscheiden die allemaal andere kenmerken en andere gevolgen hebben.

Onweersbuien kunnen alleen ontstaan uit warme luchtstromingen en wanneer de lucht onstabiel is. Dit betekent dat de lucht alsmaar blijft stijgen en stijgen doordat de bovengelegen luchtlagen een stuk koeler zijn (warme lucht is namelijk lichter dan koele lucht). Door het stijgen van de warme lucht ontstaat er een grote wolk, de cumulonimbus wolk, waaruit onweer kan ontstaan.

De cumulonimbus is een vertikaal uitgestrekte wolk met aan de onderzijde een donkergrijze tot blauwzwarte kleur, waardoor de wolk een zeer dreigend uiterlijk heeft. Aan de bovenzijde is de wolk meestal uitgespreid in de vorm van een aambeeld. Heel af en toe komt het ook voor dat de vorm van het aambeeld mist. Men spreekt dan over de kale vorm. De wolk met de kenmerkende aambeeldvorm heet de capillatus en vormt meestal de onweerswolk. De kale vorm wordt ook wel de calvus genoemd. De calvus bevat vrij weinig ijs in de wolk en er ontstaat geen onweer uit. Wel bevat deze wolk veel regen.


De verschillende soorten onweer zijn in te delen via twee manieren. Namelijk op basis van de luchtmassa en op basis van de structuur van de onweerswolk. We zullen eerste de verschillende soorten onweer op basis van de luchtmassa bespreken en vervolgens de soorten op basis van de structuur.

Soorten onweer op basis van luchtmassa:
Tropisch onweer

Tropisch onweer komt voor in de subtropische luchtmassa die vanuit het zuiden Europa binnenkomt. De cumulonimbus wolk wordt zeer hoog tot wel 15 kilometer en er is voldoende vocht en warmte voorhanden in de onderste lagen van de atmosfeer. Tropisch onweer is een warmteonweer en ontstaat door de aanvoer van warme lucht.

Subtropisch onweer
Subtropisch onweer ontstaat net als tropisch onweer door warme luchtstromingen die uit het zuiden naar Europa worden gevoerd. Het verschil is echter dat de lucht onderin de wolkenlaag een stuk droger is. Gevolg hiervan is dat het onweer minder snel uitgroeit dan tropisch onweer. Verder zijn ook de gevolgen minder heftig dan bij tropisch onweer, bijvoorbeeld de regenval is minder doordat de neerslag al wordt verdampt voor het op de grond terecht kan komen.

Mid-west onweer
Mid-west onweer komt eigenlijk vooral voor in het middenwesten van de Verenigde staten waar de omstandigheden vooral in het voorjaar erg gunstig zijn voor onweerswolken om te ontstaan. Zo zijn er een grote onstabiliteit en veel warmte en vocht. In Europa doen zich regelmatig dezelfde omstandigheden voor als in het middenwesten en dan worden er zware buiencomplexen gevormd die uren kunnen blijven bestaan.

Polair onweer
Polair onweer komt voort uit een relatief koude luchtstroom die afkomstig is van het koude noorden. De cumulonimbus wolk komt daardoor niet hoog in de atmosfeer terecht en kan dus niet erg groot worden. Polair onweer komt eigenlijk nooit georganiseerd voor en de secundaire gevolgen, zoals regen- en hagelval en windstoten, zijn ook een stuk minder hevig.

Soorten onweer op basis van structuur:
Enkele cel

Een enkele cel is eigenlijk nooit een hele zware onweersbui en duurt ongeveer driekwartier tot een uur. De korte duur van de enkele cel is te wijten aan de redelijk zwakke wind. Daardoor staat de cumulonimbus wolk rechtovereind waardoor de afgekoelde lucht die eerst naar grote hoogte was gestegen op de stijgende lucht erachter terugvalt. De enkele cel veroorzaakt valwind (dit is een neerwaartse luchtstroming van koude lucht die naar beneden stort. Wanneer deze dan op de grond terecht komt, spreidt hij zich in alle windrichtingen uit), hagel, slagregen en heel soms ook een windhoos.

De enkele cel komt eigenlijk nooit alleen. Dat komt doordat de omstandigheden waarin een enkele cel ontstaat het eigenlijk altijd mogelijk maken dat er meerdere onweerswolken ontstaan. Verder worden enkele cel onweersbuien ook wel ‘luchtmassaonweren’ genoemd. Dit komt omdat ze alleen verspreid voorkomen over een groot gebied en dan na enkele uren weer oplossen.

Clusters
In een onweerscluster zijn een aantal onweerscellen aan elkaar gekoppeld die samen een groot geheel vormen. Onweersclusters veroorzaken matige hagel, overstromingen (dus zeer veel regenval) en soms een windhoos of zelfs een tornado.

De cluster wordt gevormd door verschillende eenheden die zich allemaal in een andere ontwikkelingsfase bevinden. Aan de uiteinden van de cluster bevinden zich de afzwakkende en opkomende wolken terwijl de sterkere stijgende luchtstromen zich in het midden van de cluster bevinden.

Onweerscomplexen
Verschillende onweerscomplexen kunnen zich organiseren tot een grote cirkelvormige cluster. Die cluster wordt ook wel een mesoschaal (middelgroot) convectief complex genoemd oftewel een MCC. Deze onweerscomplexen kunnen een doorsnede hebben van soms wel honderden kilometers. De stijgende en dalende luchtstromen van de afzonderlijke cellen in het complex voeden elkaar en veroorzaken ook andere eigenschappen waardoor een onweerscomplex een stuk langer kan blijven bestaan dan een onweerscel of –cluster.

De koude dichte dalende luchtstromen duwen de warme vochtige luchtstromen omhoog en kunnen dan een lagedrukgebied genereren waardoor er meer lucht van de grond naar de buien toestroomt en zo de stijgende stroming binnen in het complex versterkt.

Onweerscomplexen worden meestal ‘s avonds gevormd en blijven dan tot wel twaalf uur bestaan. Soms kunnen ze zelf een heel etmaal bestaan. Hoewel onweerscomplexen met de juiste omstandigheden kunnen zorgen voor een orkaan is het de regen die het grootste probleem vormt. Het kan namelijk urenlang stortregenen in een bepaald gebied met alle gevolgen van dien.

Onweersfronten of squall-lines
Verschillende onweerscellen kunnen ook een front vormen die wel honderden kilometers lang kan worden (ook wel een squall-line genoemd). Een onweersfront vormt zich tegen een koufront aan, waar de koude luchtmassa zich onder de warme vochtige massa probeert te wringen, die daardoor opstijgt. Onweersfronten worden vooral aan het einde van de middag of aan het begin van de avond gevormd en nemen dan in de loop van de nacht weer af naarmate de temperatuur aan het oppervlak daalt.

De cellen van een onweersfront zien er wel wat anders uit dan die van een cluster of een complex. Terwijl normale voortbewegende buien voor de wolk uit voor neerslag zorgen wordt er bij een onweersfront vooral aan de achterzijde regen geproduceerd. Een onweersfront ziet eruit als een enorme band van wolken en de wind aan het oppervlak bereikt soms wel snelheden van 150 kilometer per uur. Het front beweegt ook met een zeer hoge snelheid en kan heel wat regen voortbrengen.

Supercellen
Een supercel is een onweersbui die makkelijk tornado’s maakt en een diepe draaiende opwaartse stroming kent. De wolk is een enorme cumulonimbus die zich over het hele gebied waar normaal het weer zich afspeelt opbouwt. Terwijl clusters en complexen uit verschillende cellen zijn opgebouwd, gedraagt een supercel zich min of meer als een compact geheel. Een supercel is eigenlijk een enorme variant van de enkele onweerscel die is dolgedraaid.

Het achterste gedeelte van de supercel verschilt ook van de onweerscluster. In een cluster zorgt deze kant, die naar de wind toe gericht is, voor de stijgende luchtstromen waardoor nieuwe cellen kunnen ontstaan. De supercel wil echter geen concurrenten en zuigt daarom direct de stijgende luchtstromingen van de achterflank weer de cel in waardoor de stijgende luchtstromingen worden gestimuleerd.

In een supercel gaat de opstijgende luchtstroom roteren doordat de wind wordt afgebogen. De draaiing versnelt op haar beurt weer de stijgende stroming waardoor de cel sneller en sneller blijft groeien. De wind die wordt aangetrokken door de cel draait horizontaal rond, als een potlood dat over tafel rolt. Wanneer de luchtstroom dan omhoog gaat veranderd de hoek van de draaiing. Het potlood draait dan nog wel, maar dan verticaal, als een soort tol.

Een supercel is ontzettend gevaarlijk. Alles wat al gevaarlijk is aan een normale bui is nog gevaarlijker bij een supercel. De supercel produceert hevige regenval, met als gevolg overstromingen, grote hagelstenen, harde wind en windhozen (tornado’s)

Hoe verloopt een blikseminslag?
Het meest fascinerende aan onweer is toch wel de bliksemflits. Ze zijn er in allerlei variaties, maar toch is het verloop van de blikseminslag bij allen toch vrijwel hetzelfde. Het grootste misverstand dat er is over de bliksemflits is dat die in één keer overslaat van wolk naar aarde of in het geval van horizontale ontlading van wolk naar wolk. Maar hier klopt niets van, want bij een blikseminslag zijn er een aantal verschillende onderdelen te benoemen. De onderdelen zijn: stepped leaders, streamers, hoofdontlading en deelontladingen.

Stepped leaders
De blikseminslag kan niet in een keer plaatsvinden. Hiervoor is de afstand tussen de wolk en de aarde (of wolk-wolk) veel te groot. Het gaat namelijk om een afstand van een aantal kilometers en om de in een keer te kunnen overbruggen is een goede geleider nodig. De lucht tussen de wolk en de aarde is geen goede geleider en er kan via de lucht maar een afstand van zo’n 50 meter in een keer worden afgelegd. Zelfs bij spanningen van méér dan 10 miljoen Volt kan er geen spontane "vonk" overspringen over een afstand van die vele kilometers.
De oplossing hiervoor zijn de stepped leaders. De reden waarom stepped leaders ontstaan is nog niet bewezen maar er zijn meerder theorieën over. De eerste theorie is die van wetenschapper Alex Gurevich. De theorie is als volgt. Uit de ruimte komt straling met een hoog energiegehalte de atmosfeer binnen. De straling botst dan met luchtmoleculen en hierdoor schieten elektronen los van de geraakte luchtmoleculen. Door de botsing hebben de elektronen een vrij hoge energie en een hoge snelheid. Als deze elektronen zich bevinden tussen een onweerswolk en de aarde versnellen ze door het elektrische veld. De elektronen botsen met grote snelheid tegen andere atomen die ook weer elektronen “afgeven”. Hierdoor krijg je een soort van lawine-effect dat ‘runaway breakdown’ wordt genoemd. Het pad van deze lawine wordt de stepped leader genoemd. Het pad van de stepped wordt steeds een stukje langer en gaat ook verschillende richtingen uit dat is ook de reden dat de bliksem allerlei zijtakken heeft. Het pad gaat door totdat het dicht genoeg bij de aarde komt en vormt een geleidende weg vanuit de wolk. De stepped leader zelf is onzichtbaar, maar licht op wanneer de hoofdontlading plaatsvindt. Op de foto hierboven zijn de stepped leaders met pijlen aangegeven.
De andere theorie heeft te maken met de ladingsverdeling in de wolken. Door de onregelmatige verdeling van de ladingen in de wolk kan plaatselijk wel enige vonkvorming optreden. Hierdoor vindt dan ionisatie plaats en neemt de geleiding sterk toe. De hoogste spanningsverschillen verplaatsen zich daardoor naar de tip van het geleidende kanaal. Daar vormen zich weer vonken en herhaalt zich het proces. Deze kettingreactie leidt dus tot een zichzelf voortplantend geleidend kanaal, de zogenaamde voorontlading (stepped leader). Overigens heeft dit 'kanaal' een doorsnede van slechts enkele centimeters. De voorontlading groeit zo stootsgewijs in stappen van enkele 10-tallen meters in de richting van de grootste spanningsverschillen. Aan het kanaal kunnen ook zijtakken ontstaan en die zijn ook vaak te zien bij de bliksem.

Streamers
De stepped leaders gaan niet helemaal door totdat ze contact maken met de aarde. Hierbij komt namelijk het volgende onderdeel van de bliksem kijken: de streamer. De streamer wordt ook wel vangontlading genoemd, omdat de stepped leader als het ware wordt opgevangen. Afhankelijk van het soort inslag zijn er twee varianten streamers. Er zijn positieve streamers en negatieve streamers. Het is wel zo dat het overgrote deel van de streamers positief is. De streamers zorgen evenals de stepped leaders voor de ionisatie van de lucht. De ionisatie gebeurt wel op een ander manier. Bij positieve streamers stomen er elektronen vanuit de lucht door de streamer naar de aarde toe. Geïoniseerde luchtmoleculen zijn het gevolg. Deze geïoniseerde luchtmoleculen trekken de elektronen boven zich waar aan en die stromen door naar de aarde. Zo blijft de streamer maar omhoog groeien richting de onweerswolk. De streamers ontstaan meestal wanneer een stepped leader de grond tot op 100 meter genaderd is. De veldsterkte (Volts per meter) is dan zo hoog, dat er vonkvorming mogelijk is, dit zijn de streamers die zich richting de stepped leaders banen. Streamers ontstaan gemakkelijk vanuit puntvormige objecten omdat de veldsterkte daar het hoogste is. Dit zie je ook op de foto hiernaast, waar er streamers ontstaan vanuit een boom en een soort zendmast. Deze streamers zijn niet verbonden met de stepped leader.

Hoofdontlading
De stepped leader beweegt zich naar de aarde en de streamer naar de wolk. Wanneer ze elkaar raken is er een verbinding gekomen tussen de positieve aarde en de negatieve wolk. Nu kan de ontlading plaatsvinden. Deze ontlading wordt de hoofdontlading genoemd. Het proces dat plaatsvindt is te vergelijken met kortsluiting. De lading verplaatst zich met circa 100000 km/sec tussen de aarde en de wolk. Wanneer alle lading tussen de wolk en aarde verplaatst is, is er opnieuw een verdeling van energie in de wolk.

Deelontladingen
Na de hoofdontlading is het zo dat bijna direct hierna er weer een spanningsverschil is tussen de wolk en de aarde. De lucht is nog steeds genoeg geïoniseerd om opnieuw te dienen als pad tussen de wolk en het aardoppervlak. Dit kan zich nog meerdere keren herhalen. Het snel achter elkaar ontstaan van bliksem is de reden van het knipperen van de bliksem. Met het blote oog is het erg moeilijk te zien dat er meerdere ontladingen zich na elkaar afspelen. Je kunt het zelf het beste zichtbaar maken met een fototoestel. Wanneer je tijdens het maken van een foto van een bliksem de camera opzij beweegt krijgt je een beeld net als op de foto hiernaast.

Nu nog even de hele blikseminslag kort op een rijtje. Op de foto zie je het totale verloop van een blikseminslag. Het basiskanaal is dus de stepped leader en het grondkanaal is de streamer.
A: Door ionisatie van de lucht is er sprake van een ontlading.
B: De ontlading zoekt zijn weg door de lucht en zoekt naar de weg met de laagste weerstand. Hierbij ontstaan er ook zijtakken.
C: De stepped leader komt dichter bij de aarde en vanuit de aarde komt er een vangontlading: de streamer.
D: De streamer en de stepped leader verbinden met elkaar.
E: De hoofdontlading vindt plaats: de bliksem.

Waar slaat de bliksem in?
Wanneer er een onweersbui aankomt, heerst er vaak al de angst van waar de bliksem zal inslaan. Een inslag kan namelijk erg gevaarlijk zijn. Bij een ontlading zal de bliksemschicht zorgen voor de weg met de minste weerstand (Zie voor verder informatie het hoofdstuk: Hoe verloopt een blikseminslag?). Er zal dus gekeken worden om op de makkelijkste manier de aarde te bereiken. Dat is ook de reden dat een inslag heel vaak inslaat in hoge gebouwen of hoge bomen. Het is ook een fabeltje dat bliksem nooit twee keer op dezelfde plek inslaat, omdat de bliksem gewoon steeds de makkelijkste weg zoekt om de aarde te bereiken. Zo is het empire State building meer dan 500 keer geraakt door een blikseminslag, met als record 15 keer geraakt in 15 minuten.

Bliksemafleiders (zie hoofdstuk: Hoe werkt een bliksemafleider?) vergroten de kans dat er een inslag plaatsvindt, omdat de goed geleidende koperen staaf een lage weerstand heeft en de bliksem op een snelle manier de aarde in leidt. De bliksemafleider zorgt dus dat op een gecontroleerde manier de bliksem wordt gestuurd. Het is veel gevaarlijker bij antennes. Het gebeurt redelijk vaak dat er een inslag in een antenne plaatsvindt, omdat een antenne net al een bliksemafleider de stroom goed geleidt.

Maar het is lang niet zo dat de bliksem altijd inslaat op het hoogste punt. Een korte weglengte is van belang, maar ook een goed geleidend voorwerp vergroot de kans op inslag. Zo zal er eerder een ijzeren hekwerk worden geraakt, dan de hoge boom die er naast staat. Er zijn zelfs meerder gevallen waarbij vrouwen geraakt worden door de bliksem, door de metalen beha-beugel die zij aanhadden. Of een golfer die bij het omhoog richten van zijn metalen club geraakt werd.

Wil je weten hoe ver een bliksem van jou vandaan is ingeslagen, dan meet je het tijdsverschil tussen de bliksem en de donder. Het licht legt namelijk in zo’n 3 seconden een afstand af van 1 kilometer. Dus stel dat de tijd tussen de flits en de donder 10 seconden is, dan betekend het dat de bliksem ongeveer 3 kilometer verderop is ingeslagen.

Ook slaat bliksem vaak in op zee, die komt door de goede geleiding van het water met de grote diversiteiten van opgeloste zouten. Want zuiver water geleidt niet. Het is ook zo dat hoe zouter de zee, des te groter de kans op inslagen is. In Nederland zijn er ook vaak onweersbuien die boven zee hangen en vanaf het strand zijn die meestal goed te zien, maar een bliksem in zee brengt wel veel gevaren met zich mee. Water geleidt namelijk erg goed en mensen die zich in het water bevinden lopen dus gevaar om een stroomstoot te krijgen. Hetzelfde geldt voor niet metalen of open boten.

In woestijnen geldt iets heel anders. Het is namelijk zo dat de bliksem het laagste punt zoekt om in te slaan en dus niet het hoogste punt. Dit komt door de eigenschap van zand: het is een goede isolator. De bliksem zal dus inslaan op het punt waar het door het minste zand hoeft heen te gaan om het grondwater te bereiken. In woestijnen kun je fulguriet vinden. Dit zijn mineralen die ontstaan bij de inslag in het zand, waardoor het zand als het ware aan elkaar smelt.

Welke verschillende vormen kent de bliksem?
Bliksem komt voor in allerlei soorten en maten. Eerder zijn al de wolk naar wolk ontlading, de wolk naar grond ontlading en de wolk naar lucht ontlading besproken. Deze soorten bliksems zijn ook weer te verdelen in allerlei verschillen kenmerken en benamingen. Zo heb je weerlichten, lijnbliksems en bolbliksems.

Weerlicht
Weerlichten zijn bliksems waarvan je wel de bliksem binnen een wolk of van wolk tot wolk kan waarnemen, maar waarvan je de donder niet hoort. Meestal bevinden deze onweersbuien zich tientallen tot honderden kilometers in de verte. Weerlicht komt meestal in de zomer voor, in de winter lopen de ontladingen namelijk van wolk tot aarde.

Tapijtbliksem
Soms heb je te maken met wolken die net niet voldoende ontwikkeld is om onweer te geven. De toppen lichtten dan op en je kunt niet of nauwelijks een donder horen. In dit geval kun je niet van een weerlicht, maar ook niet van onweer spreken. Sommige weerkundigen noemen deze verschijnselen ook wel hoogteontladingen of ‘tapijtbliksems’.

Lijnbliksem
Lijnbliksems zijn de meest voorkomende bliksems wereldwijd. Lijnbliksems zijn lange stralen die van de wolk naar de aarde toelopen. Soms komen ze ook in gevorkte vorm voor. Dan zitten er allemaal uitlopers aan het hoofdkanaal vast. Lijnbliksems zijn lange kanalen van plasma en zijn soms wel tientallen kilometers lang met een breedte van 2,5 centimeter. In de kanalen worden moleculen geïoniseerd door de vrije elektronen. Tijdens dit ioniseren komt energie vrij in de vorm van straling (licht) en wij zien vervolgens een bliksemstraal. Lijnbliksems slaan in op het hoogte punt dat ze kunnen vinden zoals een kerktoren een boom of een persoon. De bliksem licht meestal niet één maar meerdere keren na elkaar op.

Bandbliksem
Naast de lijnbliksem heb je ook de bandbliksem. Bij bandbliksem heb je eigenlijk te maken met een lijnbliksem die zich horizontaal verplaatst door invloed van de wind. De deelontladingen gaan dan allemaal door hetzelfde kanaal heen en je neemt dit dan waar als een brede band. Vandaar ook dat we deze bliksem de bandbliksem noemen. Voor het ontstaan van zo een bandbliksem zijn ontzettend veel ontladingen nodig die kort na elkaar plaatsvinden.

Parelsnoerbliksem
Parelsnoerbliksem is ook weer een variant van de lijnbliksem. De lijnbliksem valt dan in stukjes uiteen waardoor het op een parelsnoer gaat lijken. Vaak vinden er meerdere parelsnoerbliksems achter elkaar plaats, die soms zelfs door het zelfde kanaal gaan. Erg opmerkelijk aan de parelsnoerbliksem is dat het geluid ook gebrokkeld overkomt alsof de bliksem ophoudt en even later weer begint. De parelsnoerbliksem komt alleen voor bij zware onweerscomplexen en is zeer zeldzaam. Onderzoekers zijn er nog niet helemaal over uit wat de precieze oorzaak is van deze vorm van bliksem.

Raketbliksem
De raketbliksem is ook een zeer zeldzame bliksem en er is dan ook niet veel van bekend. Bij een raketbliksem zie je geen echte bliksemstraal zoals bij alle voorgaande bliksems het geval was, maar je ziet twee lichtgevende strepen in de lucht die achter elkaar langs vliegen. Er wordt momenteel nog ontzettend veel onderzoek gedaan naar het ontstaan van deze bliksem (dit is natuurlijk wel lastig vanwege zijn zeldzame aard).

Bolbliksem
Een bolbliksem is een fel lichtgevend bolvormig object met een variërende diameter die een maximale lengte kan hebben van 40 centimeter. Tot nu toe zijn er alleen nog maar ooggetuigenverslagen van bolbliksems. Door het zeldzame karakter en doordat niet van te voren bekend is waar hij zal verschijnen is het moeilijk voor wetenschappers om metingen te verrichten en al helemaal moeilijk om erachter te komen waar een bolbliksem precies uit bestaat. De bolbliksem wordt meestal waargenomen in de buurt van zwaar onweer en blijft dan een tijdje in de lucht zweven.

Vorm en grootte
Onder bolbliksems zijn er verschillende afmetingen en vormen te onderscheiden. Zo kan de diameter variëren van 5 centimeter tot een aantal meter. De gemiddelde lengte van de diameter is 25 tot 30 centimeter groot, maar piloten hebben tijdens hun vlucht wel eens een bolbliksem van tientallen meters breed gezien. Of dit ook de werkelijke afmetingen zijn weet men niet. Het beeld kan namelijk vertekend worden door het licht, waardoor de bolbliksem groter lijkt dan hij in werkelijkheid is.

Naast bolbliksems met verschillende afmetingen zijn er ook verschillende vormen gesignaleerd. Er zijn drie verschillende vormen te onderscheiden namelijk:
• Sferische vorm (een egaal ronde bal): De sferische vorm komt het meeste voor.
• Ovaalvorm
• Druppelvorm: de druppelvorm is zeer zeldzaam en komt bijna nooit voor.

Veel bolbliksem hebben een staart en een lichtkrans en sommige lijken hol te zijn terwijl anderen juist een massieve kern lijken te hebben.

Kleur, geluid en geur
Naast de vorm kan er ook verschil in de kleur van de bolbliksems zitten. De meeste bolbliksems zenden een fel oranje, wit of blauw licht uit met een intensiteit die te vergelijken is met die van een 100 Watt gloeilamp. Deze kleuren komen bij elke vorm voor. De druppelbliksem heeft echter een voorkeur voor de kleur paars. Deze kleur en intensiteit blijven zo tot ze uitdoven. Dan krijgen ze een witte of grijzige kleur.

De meeste bolbliksems maken ook geluid. Dit is veelal een sissend, suizend of krakend geluid. Sommige bolbliksems zijn echter geluidloos. De geur die de bolbliksem achterlaat is meestal een beetje bitter die erg lijkt op de geur van ozon of stikstofdioxide.

Energie
Het is onderzoekers nog steeds niet gelukt om een echte bolbliksem na te maken hoewel ze daar wel druk onderzoek naar doen. Zo hebben onderzoekers in het Duitse Max Planck Instituut in 2005 bolbliksemachtige objecten weten te creëren en in 2007 slaagden Braziliaanse onderzoekers erin soortgelijke objecten te maken. Toch moeten onderzoekers nog steeds schatten wat de energie-inhoud is van een bolbliksem. Uit de getuigenverslagen hebben onderzoekers ontdekt dat er nogal een verschil kan zitten tussen de verschillende bolbliksems. Zo zijn er situaties geweest waarin ernstige brandschade was opgelopen terwijl er in andere gevallen helemaal niets gebeurde.

Er wordt door de onderzoekers geschat dat de energie voor bolbliksem in de buitenlucht kan liggen tussen de 1000 Joule terwijl de schatting voor bolbliksems binnenshuis maar ligt op 10 Joule.

Levensduur en verplaatsing
De levensduur van een bolbliksem kan variëren van een aantal seconden tot een aantal minuten. Hierbij hangt de levensduur nauw samen met de diameter van de bolbliksem. Hoe groter de afmetingen des te langer blijft hij bestaan.

Bolbliksems bewegen eigenlijk alleen in horizontale richting maar kunnen ook gewoon stil blijven hangen of uit een wolk naar beneden dalen. De hoogte waarop de bolbliksem zweeft, is afhankelijk van de diameter en de intensiteit. Wanneer de afmetingen en de lichtintensiteit toenemen, neemt ook de hoogte toe. Vandaar dat de piloten ook meestal zeer grote bolbliksems waarnemen. Wanneer een bolbliksem in de buurt van elektrische systemen komt zal het erdoor aangetrokken worden. Toch word de bliksem niet ontladen wanneer het met een elektrisch circuit in aanraking komt. Het zweeft er gewoon tegenaan of langs heen.

Op zich kunnen we, naar aanleiding van verslagen van ooggetuigen, vrij veel zeggen over het uiterlijk. Maar wat de precieze oorzaak is van het ontstaan van bolbliksems is onduidelijk. Over de jaren heen zijn er al wel een aantal theorieën bedacht. Wat in ieder geval nodig is voor het ontstaan van een bolbliksem is een normale blikseminslag.

1. Bovennatuurlijk: Uit historische onderzoeken is gebleken dat men vroeger ook wel eens bolbliksems zag. Bijvoorbeeld in de tijd van de Grieken en de middeleeuwen. In de tijd van de Grieken dacht men dat het verschijnsel werd veroorzaakt door de goden. In de middeleeuwen dacht men dat het kwade krachten en poltergeist waren die achter het verschijnsel zaten. Tegenwoordig gelooft eigenlijk niemand meer dat bolbliksems veroorzaakt worden door een bovennatuurlijke oorzaak.

2. Netvlies: verscheidende wetenschappers ontkennen nog steeds het bestaan van bolbliksems. Zij verklaren het verschijnsel door te zeggen dat het waarschijnlijk een afdruk van de blikseminslag is die op het netvlies is gebrand en pas na een aantal minuten van het netvlies wordt verwijderd door het oog.

3. Siliciumoxide: De grond bevat sporen van siliciumdioxide en koolstof. Wanneer er een blikseminslag plaatsvindt, gaan deze stoffen een reactie aan waardoor er siliciummetaal en siliciumdampen gevormd worden. De siliciumdamp condenseert en vormt kleine pluizige bollen ter grootte van enkele nanometers. Wanneer deze damp dan vrijkomt uit de grond reageert het met zuurstof en wordt de bolbliksem gevormd. Deze blijft dan verder oxideren tot het de metaaldampen op zijn.

4. Moerasgas: Het is bekend dat in de natuur mengsels van ontbrandbare gassen met omgevingslucht zijn (moerasgas, meestal CH4). Ook in een woonwijk zijn er zulke mengsels, bijvoorbeeld van ontsnapt rioolgas. Deze mengsels (die maar een zeer klein percentage brandbaar gas bevatten) kunnen worden ontstoken wanneer ze in aanraking komen met een ontlading van tientallen tot honderden kiloampère. Het zou kunnen zijn dat een bolbliksem ontstaat wanneer de bliksemontlading in aanraking komt met het gas. Uit experimenten is gebleken dat gasmengsels ontstoken kunnen worden met een zeer hoge stroomsterkte. Daarbij ontstaan dan bolvormige objecten.

5. Ionisatie van lucht: Wanneer een bliksem plaatsvindt word er plasma gevormd doordat de lucht door vrije elektronen wordt geïoniseerd. Dit plasma bevat plasmastromen die een elektrisch veld opwekken en in stand houden. Het zou kunnen zijn dat dit een ronde vorm aanneemt en de bolbliksem vormt.

6. Kernfusie: 27 jaar geleden kwam Ir. G. C. Dijkhuis met het idee om de werking van een bolbliksem te benaderen door middel van kernfusie. Bij kernfusie botsen atomen met zeer hoge snelheid tegen elkaar waardoor de kern van beide atomen veranderd. Bij dit verschijnsel treedt er een verschil in massa op voor en na de reactie (het massadefect) dit betekend dat er energie vrijgekomen is. Albert Einstein stelde hier de formule voor op. Namelijk E = mc2. Volgens deze theorie zou het kunnen zijn dat er door de blikseminslag zo’n grote hoeveelheid energie vrijkomt dat het ervoor zorgt dat een kleine hoeveelheid waterstofatomen gaat fuseren. De energie die hierbij vrijkomt, is in de vorm van licht wat wij dan opmerken als een bolbliksem.

Sint-Elmusvuur
Sint-Elmusvuur is een vreemd en zeldzaam verschijnsel dat alleen ’s avonds en ’s nachts gezien wordt. Het verschijnsel doet zich voornamelijk voor rondom scherpe dingen die in de lucht steken zoals de mast van schepen, kerktorens en vleugeltips. De lucht rondom deze objecten gaat dan sissen of knetteren en geeft een groenig licht af. Men weet nog niet precies wat de oorzaak is van dit verschijnsel, maar men zoekt het in de spanningsverschillen die aan de grond kunnen ontstaan door een nabije onweerswolk.

Naast al deze soorten bliksem zijn er ook nog ontladingen boven de wolken, namelijk de sprites. Op deze vorm van ontladen zal in een ander hoofdstuk dieper worden ingegaan.

Wat is een sprite?
Tot 1989 werden meldingen van opwaartse bliksems en merkwaardige lichtflitsen boven de wolken afgeschreven als verzinsels of curiositeiten. Daar kwam verandering in toen er door onderzoeker John Winkler en zijn collega’s van de University of Minnesota bij toeval een opwaartse bliksem werd vastgelegd tijdens het testen met hun nieuwe low-light-camera voor hun onderzoek naar het poollicht. Sindsdien zijn er al tienduizenden sprites vastgelegd en is er veel onderzoek naar gedaan door onder andere NASA. Maar wat is een sprite eigenlijk, waardoor word het veroorzaakt en waar komen ze het meeste voor?

Sprites
Sprites zijn een soort van opwaartse bliksems, met een rode kleur, die boven hevige onweersbuien plaatsvinden. Na veel onderzoek is gebleken dat sprites, net als gewoon onweer, bestaan uit ‘streamers’, dit zijn kanalen van aangeslagen deeltjes die licht uitzenden. Streamers ontstaan wanneer vrije elektronen gaan versnellen onder invloed van het elektrisch veld. Ze krijgen dan genoeg kinetische energie om bij een botsing met andere atomen meer elektronen vrij te maken. Deze versnellen dan ook weer onder invloed van het elektrisch veld en er ontstaat een kettingreactie. Deze kettingreactie heeft als gevolg dat er een opgelicht spoor ontstaat oftewel de bliksemschicht.

Toch zijn er een aantal verschillen tussen de streamers van normaal onweer en streamers van sprites. Door de lage luchtdruk en het kleinere elektrische veld op grote hoogte zijn er voor sprites geen leaders nodig. Leaders zijn verhitte, elektrisch geladen kanalen die gedurende de groeifase van een bliksemschicht nodig zijn. Er kan geen plasma ontstaan en daardoor ontstaat er geen kanaal waar de elektronen doorheen stromen. Door het missen van de leaders en het plasma zijn er allerlei verschillende variaties van vormen mogelijk. Zo heb je de columniforme sprites, de carrot sprites en sprites die uit een wirwar van streamers bestaan. Columniforme sprites zijn sprites met rechte en gladde stukken en carrot sprites hebben een kenmerkende wortelachtige vorm (vandaar de naam). Sprites kunnen voorkomen als losse elementen of als clusters van meerdere sprites tegelijk. Deze clusters worden ook wel dancing sprites genoemd.

Sprites ontstaan op enorme hoogtes, meestal op een hoogte van 40 tot 95 kilometer boven het aardoppervlak en reiken helemaal tot het onderste gedeelte van de ionosfeer. Het helderste gedeelte van de sprite bevind zich dan op een hoogte van 70 tot 80 kilometer boven het aardoppervlak. De horizontale afmetingen van sprites verschillen, maar de meesten beslaan een oppervlakte van ongeveer 500 vierkante kilometer. Vanaf een grote afstand lijken de sprites compacte lichtflitsen, maar uit onderzoek is gebleken dat ze opgebouwd zijn uit tienduizenden kanalen van nog geen honderd meter breed.

Het ontstaan van sprites
Onderzoekers zijn al sinds de jaren negentig actief bezig om erachter te komen wat de oorzaak is van het ontstaan van sprites, maar tot op de dag van vandaag hebben ze nog geen antwoord. Natuurlijk zijn er al een heel aantal theorieën bedacht, maar de wetenschappelijke feiten die de theorieën zouden moeten ondersteunen ontbreken nog.

Een van de theorieën is die van C.T.R. Wilson (bekend van het Wilsonvat) uit 1925. Hij betrekt in zijn theorie de geleidbaarheid van de lucht voor ionen en elektronen, de hoogte, het aantal luchtmoleculen per kubieke meter, de sterkte van het elektrische veld, de UV-straling en de kosmische straling, maar in feite komt het er in zijn theorie op neer dat een sprite in een aantal vaste stappen ontstaat.

De allereerste stap voor het ontstaan van een sprite is de vorming van een onweerswolk. Wolken bevatten twee ladingen, een positieve en negatieve, die dwars door elkaar zitten. Bij een onweerswolk scheiden deze twee ladingen zich en zitten ze beide aan een kant van de wolk. Onderzoek heeft uitgewezen dat de meeste sprites ontstaan bij een positieve bliksem, dus wanneer een sprite gevormd wordt zit de negatieve lading boven in de wolk en de positieve lading onderin. Door de globale activiteit van onweerswolken wordt de ionosfeer positief geladen en de aarde negatief geladen. Doordat de wolken zowel positieve als negatieve lading bevatten word de gehele lading ongeveer neutraal.

Vervolgens gaat de onweerswolk zich ontladen door middel van een positieve bliksem (bij zo’n bliksem stroomt de positieve lading naar de aarde) waardoor de wolk met een negatieve lading achterblijft. Als gevolg van de negatieve lading van de wolk en de positieve lading van de ionosfeer neemt het elektrisch veld toe. Er wordt een grotere spanning tussen de ionosfeer en de wolk opgebouwd.

Uiteindelijk wordt de spanning in het elektrisch veld zo groot dat er een ontlading plaatsvindt tussen de ionosfeer en de wolk. Dat is de eigenlijke sprite die wij kunnen waarnemen. De sprite heeft een rode kleur, met blauwe uitlopers op lagere hoogtes, en loopt van het ontstaanspunt naar boven en beneden toe.

Andere verschijnselen
Naast sprites zijn onderzoekers op nog een heel aantal verschijnselen gestoten die zich allemaal op grote hoogte begeven. Allereerst vonden ze de blue jets en de elves en later kwamen daar nog trolls, pixies en gnomes bij. Deze verschijnselen worden TLE’s genoemd (transient luminous events). Van de eerste twee van deze verschijnselen, de blue jets en de elves, weet men inmiddels al wat meer.

De blue jets zijn voor het eerst waargenomen door onderzoekers van de universiteit van Alaska in 1993. Tijdens een vlucht met een tot laboratorium omgebouwde DC8 van de NASA legden zij smalle, blauwe, kegelvormige flitsen vast boven Kansas. In tegenstelling tot de sprites ontstaan de blue jets bovenin een onweerswolk op twintig kilometer hoogte en groeien ze tot een hoogte van 30 tot 50 kilometer. De levensduur is ook iets langer dan die van een sprite, ze hebben namelijk een duur van enkele honderden milliseconden. Blue jets komen veel minder vaak voor dan sprites. Zo is er in 10 jaar van observeren in Colorado nog nooit een blue jet vastgelegd.

Naast blue jets bestaan er ook elves (emissions of light and very low frequency perturbations due to electromagnetic pulse sources). Deze werden voor het eerst waargenomen vanuit Walter Lyons’ observatorium in de Rocky Mountains in 1995. Elves zijn emissies van licht dat veroorzaakt wordt door ionen als ze aangeslagen worden door de elektromagnetische puls van een blikseminslag. Ze zien eruit als enorme ringen van licht en komen op een hoogte van negentig kilometer voor.

Van de overige TLE’s, de trolls, gnomes en pixies weet men nog niet wat het is en waardoor het veroorzaakt word.

Waar komen de sprites en andere verschijnselen voor?
Na veel onderzoek op verschillende continenten in verschillende landen en vanuit satellieten en ruimteschepen is gebleken dat sprites zeer veel voorkomen op de aarde. Eigenlijk zijn ze overal ter wereld te vinden behalve op de Noord- en Zuidpool. De reden dat ze daar niet voorkomen is omdat er op de Noord- en Zuidpool helemaal geen onweer voorkomt. Onweer ontstaat alleen met opwaartse luchtstromen en op de Noord- en Zuidpool komen alleen neergaande luchtstromen voor. Verder zien we dat sprites, blue jets en elves in Europa en Amerika vooral voorkomen bij zomerse onweersbuien terwijl in Japan en Israël ook sprites zijn waargenomen boven winterse onweersbuien.

Sinds de eerste waarneming van een sprite, door middel van apparatuur, in 1989 zijn er vele observatieplaatsen bijgekomen. Een van die observatieplaatsen is de Pic du Midi in de Franse Alpen waar in de zomer van 2000 verscheidene camera’s zijn geplaatst. Vanuit die post zijn er in 2003 meer dan 100 sprites en enkele elves met succes waargenomen.

Hoe kun je zelf een sprite of een van de andere verschijnselen waarnemen?
De verschijnselen die zich boven de onweerswolken afspelen zijn vanaf de grond waar te nemen, maar alleen al je onder de goede omstandigheden gaat kijken. Een aantal van de voorwaarden zijn:

• Je moet vrij zicht hebben op de bovenzijde van een onweersbui. Dat betekent dat het onweer zich op grote afstand moet afspelen met niet al te veel bewolking ertussen.
• De beste waarneemafstand is op ongeveer 200 tot 300 km van de onweersbui verwijderd.
• Het moet volkomen donker zijn. Het beste is om tijdens een maanloze nacht te gaan kijken en op een plek waar niet al te veel verlichting is (dus niet in de buurt van een stad of dorp)
• De ogen moeten volledig aan het donker gewend zijn.
• Kijk naar de lucht boven het buiencomplex en dek zonodig het gedeelte aan de onderkant van het buiencomplex af zodat je niet de kans loopt dat de normale bliksemflitsen je waarneming verstoren.
• Sprites zijn korte flitsen die nog maar net zichtbaar zijn. Ze zijn te herkennen aan de rode tint. Gemiddeld treed er een sprite op per honderd bliksemschichten dus je kunt het alvast opgeven als je niet veel geduld hebt.

Hoe ontstaat het geluid bij onweer?
Onweer bestaat natuurlijk niet alleen uit de indrukwekkende flits, maar vaak gaat het ook gepaard met een flinke knal. Deze knal wordt de donder genoemd. De donder ontstaat door de bliksem en is dus eigenlijk een bijproduct. De donder ontstaat op het moment van de hoofdontlading van de bliksem.

Maar hoe kan het nou dat je die harde knal hoort? Dit licht aan de hoge temperatuur van de bliksemschicht. Materie met een zeer hoge temperatuur bevindt zich in een bijzondere toestand: de elektronen en kernen bewegen los van elkaar, en vormen een gas van geladen deeltjes. Een dergelijke toestand heet een plasma. Plasma wordt wel de 'vierde toestand van de materie' genoemd, omdat materie bij toenemende temperatuur na de vaste, vloeibare en gasvormige fase in de plasmafase komt. Plasma is de meest voorkomende toestand in het heelal: de zon en alle sterren bestaan uit plasma. De bliksemontladingen bestaan ook uit plasma. Bij onweer loopt de temperatuur in een honderdste van een seconde op naar zo’n 10.000 tot 20.000 graden Celsius. De lucht zet daarbij bijzonder snel uit en dat veroorzaakt een soort van explosie, een drukgolf die zich rondom voortplant. Dit geluid verplaatst zich met ca. 330 meter per seconde.

Elke bliksem klinkt net weer iets anders dan de ander. Je kunt door het tellen van het aantal seconden tussen de flits en de donder bepalen hoe ver een bliksem van je vandaan is ingeslagen, maar dit kun je ook door te luisteren naar het soort geluid. Het is namelijk zo dat donder verschillende toonhoogtes kan hebben: hoe verder de afstand, des te lager de tonen. Hoge tonen doven ook veel sneller uit dan de lage tonen. Verre onweersbuien bij windstil weer geven hele lage, doffe tonen. Uiteindelijk worden de tonen zo laag dat ze voor de mens niet meer te horen zijn. Dieren kunnen ze in sommige gevallen nog wel horen en dit verklaart ook waardoor je soms aan bijvoorbeeld honden al van tevoren kunt zien dat het gaat onweren, omdat ze dan erg onrustig worden.

De donder kan afhankelijk van de omstandigheden tot op ongeveer 25 km afstand gehoord worden. Omstandigheden die het geluid beïnvloeden zijn regen en wind. Zo is het niet mogelijk om tegen de wind in het geluid te horen. Ook dempt regen het geluid. Hoe harder de regenbui, des te groter is de demping.

Het verschil in geluidssoort ontstaat door drie effecten:
- De geluidsabsorptie van de atmosfeer en de bodem. Over grote afstanden worden de hogere frequenties van het geluid geabsorbeerd, zodat alleen de lage frequenties overblijven. De scherpe knal bevat ook veel hoge frequenties, die als het onweer verder weg gehoord wordt, zijn geabsorbeerd.
- De nagalm. Ook in de openlucht treden echo's op, waardoor de eenmalige knal verandert in een langdurig donderen.
- Omdat geluid zich relatief langzaam voortplant en het bliksemkanaal soms kilometers lang is, hoort men niet één klap, maar het geluid achterelkaar van steeds verder van het waarnemingspunt weggelegen punten van het kanaal.

Het is natuurlijk zo dat er verschillende soorten ontladingen zijn. Het kan gaan om verticale ontladingen (dit zijn ontladingen van een wolk naar de grond) of horizontale ontladingen (dit zijn ontladingen van wolk naar wolk). Door middel van het geluid kun je horen of je met de horizontale of verticale ontlading hebt te maken. Horizontale ontladingen geven namelijk lange, rollende donders, omdat de verschillende delen van de ontlading je op verschillende momenten bereiken. Verticale ontladingen geven onweersklappen, soms voorafgaand door wat gerommel.

Door middel van de volgende formule kan bepaald worden wat de maximale afstand is tot de bliksem waarbij de donder nog hoorbaar is. Hierin is de temperatuur T (in Kelvin) de temperatuur aan het aardoppervlak. Is ∆z de hoogte van het punt van ontlading. De γ is in deze formule de verticale temperatuurgradiënt ∆T/∆z. De ∆T is van groot belang aangezien er net als met licht ook een breking in lucht is bij geluid als er een overgang is van koude naar warme lucht of andersom. Deze formule kan enkel gebruikt worden bij een verticale ontlading.

Hoe werkt een bliksemafleider?
Een blikseminslag kan zeer grote gevolgen hebben. Dit komt zowel door de enorme hitte (zo’n 20.000 ºC) als door de enorme stroomsterkte tot wel 100.000 Ampère. Dit zijn echt enorme eenheden en het is ook niet gek dat ze om die reden veel schade aan kunnen richten.

Bliksemafleiders zijn de oplossing om de schade van een inslag te voorkomen. Bliksemafleiders worden voornamelijk gebruikt in gebieden waar het erg vaak onweert. De kans is in zulke gebieden dan ook groter dan er schade wordt aangericht. De bliksemafleider wordt dus geplaatst op gebouwen die in een gebied liggen waar het veel onweert, op gebouwen die boven andere gebouwen uitsteken, historische gebouwen, gebouwen met een brandbare dakbedekking of gebouwen waarin brandbare stoffen zijn opgeslagen. Ook kun je denken aan gebouwen waar het erg gevaarlijk zou zijn als de stroom uit zou vallen zoals in een ziekenhuis.

De bliksemafleider is al in 1752 uitgevonden door Benjamin Franklin. Hij kwam erachter dat je de bliksem kon aantrekken zodat hij op andere plaatsen geen schade kon aanrichten. Hij deed het experiment door middel van een vlieger met een vochtige draad. De draad geleide beter dan andere dingen in de omgeving en om die reden sloeg de bliksem in, in de vlieger.

Tegenwoordig is de bliksem afleider eigenlijk niets meer dan een koperen (of metaal met gelijke weerstand) staaf. De staaf heeft een scherpe punt, omdat het onweer daar een voorkeur voor heeft. De bliksemafleider wordt meestal op het hoogste gebouw in een bepaald gebied geplaatst. De ingeslagen stroom wordt via een dikke draad of strip naar een rooster geleid. Dit rooster ligt onder de aarde op een vrij vochtige plek, zodat alle stroom goed kan worden doorgegeven aan de aarde.

Wanneer er een bliksem inslaat gaat er voor een korte periode een enorme stroom door de draad/ strip. Dit heeft als gevolg dat er tijdelijk een zeer sterk magnetisch veld ontstaat. Dit magnetische veld kan zeer grote gevolgen hebben als de bliksemafleider niet op de juiste plek wordt geplaatst. Als er bijvoorbeeld dicht in de buurt nog andere leidingen of kabels lopen kan door de grote magnetische energie de kabels naar elkaar toe worden getrokken en schade aanrichten. Daarom is dus ook een stevige bevestiging van belang.

Bliksemafleiders bieden geen volledige beschermen, maar wanneer er een bliksemafleider wordt geplaats moet er ook aan potentiaalvereffening worden gedaan. Potentiaalvereffening wil zeggen dat alle omvangrijke metalen delen binnen een gebouw op dezelfde aarding worden aangesloten. Op een zogenoemde potentiaalvereffeningsrail in de meterkast worden aarding, staalconstructie, elektro-verdeelkast, gas-, water-, en verwarmingsleidingen aangesloten. Zonder potentiaalvereffening en bij oude bliksemafleiders kan op de volgende manier alsnog veel schade worden aangericht:

- Indirecte inslag: Bij blikseminslag op een object in de directe omgeving, (bijv. een ander huis of een lantaarnpaal) kan de bliksemstroom via de kabels en gas- en waterleidingen, het object binnendringen en daar schade veroorzaken.
- Inductiestromen: Bij blikseminslag op een, al dan niet, beveiligd object, gaat er een zeer grote stroom door de bliksemafleider of gebouwconstructie lopen. Deze stroomstoot wekt in de parallel hieraan lopende leidingen een inductiestroom op. Vooral gevoelige elektronica kan de hierdoor ontstane spanningspiek niet verwerken.
- Bliksem-afslag: Vooral bij hoge objecten en indien de aardweerstand (te) hoog is, kan er een hoge spanning op de bliksemafleider ontstaan. Indien zich in de nabijheid van de bliksemafleider metalen delen of leidingen bevinden, kan de bliksem doorslaan naar deze delen. Men kan de kans hierop ook verkleinen door de afstand tussen metalen delen en de bliksemafleider zo groot mogelijk te maken.

Niet alleen de bliksem afleider zorgt voor extra veiligheid. In Nederland is er een bepaald soort klasse-indeling gemaakt als het gaat om de beveiliging tegen onweer. Per klasse wordt aangegeven op welke manier er aan beveiliging wordt gedaan.

Klasse LP1
Bliksembeveiliging van klasse LP1 betreft installaties van beperkte omvang. Er is geen potentiaalvereffening toegepast. Objecten van staal of doorverbonden betonwapening hebben geen opvanginrichtingen. De beveiligingsgraad is voornamelijk afhankelijk van de afstand die is aangehouden tussen metalen delen van het object en de uitwendige bliksembeveiligingsinstallatie. De voor deze klasse te hanteren beveiligingsgraad is 0,5.

Klasse LP2
Bliksembeveiliging van klasse LP2 is de traditionele vorm van bliksembeveiliging. Er is geen potentiaalvereffening toegepast. Daken zijn als volgt beveiligd:
- normale dakconstructie: daknet met mazen van 20m x 20m;
- daken waar in metaal is verwerkt: daknet met mazen van l0m x 20m;
- hellende daken: opvanginrichting gebaseerd op een beschermingshoek van 60º.
- Afgaande leidingen om de 20m.
De beveiligingsgraad is afhankelijk van de volgende aspecten:
- voornamelijk de afstand die is aangehouden tussen metalen delen van het object en de uitwendige bliksembeveiligingsinstallatie;
- de uitvoering van de opvanginrichtingen met eventueel aanvullende opvangers voor materieel dat op het dak is geplaatst.
De voor deze klasse te hanteren beveiligingsgraad is 0,8.

Klasse LP3
Bliksembeveiliging van klasse LP3 is de verbeterde traditionele vorm van bliksembeveiliging. In tegenstelling tot klasse LP2 is er wel potentiaalvereffening toegepast. Daken zijn als volgt beveiligd:
- normale dakconstructie: daknet met mazen van 20m x 20m;
- daken waarin metaal is verwerkt: daknet met mazen 10m x 20m;
- hellende daken: opvanginrichting gebaseerd op een beschermingshoek van 60º
- Afgaande leidingen om de 20m.
De beveiligingsgraad is afhankelijk van de volgende aspecten:
- de afstand die is aangehouden tussen metalen delen van het object en de uitwendige bliksembeveiligingsinstallatie;
- de uitvoering van de opvanginrichting met eventueel aanvullende opvangers voor materieel dat op het dak is geplaatst.
De voor deze klasse te hanteren beveiligingsgraad is 0,9.

Klasse LP4
Bliksembeveiliging van klasse LP4 is de geavanceerde vorm van bliksembeveiliging. Er is potentiaalvereffening toegepast. Daken zijn als volgt beveiligd:
- normale dakconstructie: daknet met mazen van 10m x20m, dan wel 20m x20m indien tussen metalen delen van het object en de uitwendige bliksembeveiligingsinstallatie een afstand van ten minste 1m is aangehouden en afgaande leidingen om de 20m;
- daken waarin metaal is verwerkt: daknet met mazen van 10m x 10m en afgaande leidingen om de 10m;
- hellende daken: opvanginrichtingen gebaseerd op een beschermingshoek van 45º.
De beveiligingsgraad is voornamelijk afhankelijk van de afstand die tussen metalen delen van het object en de uitwendige bliksembeveiligingsinstallatie is aangehouden.
De voor deze klasse te hanteren beveiligingsgraad is 0,99.

Niet alleen gebouwen worden beschermt tegen een blikseminslag. Ook zijn tegenwoordig alle auto’s goed beschermt tegen een mogelijke blikseminslag. Dit komt door de kooi van Faraday. De kooi van Faraday, genoemd naar Michael Faraday, is de benaming voor een kooivormige constructie van elektrisch geleidend materiaal zoals koper of ijzer dat er voor zorgt dat elektromagnetische straling niet tot binnen de kooi kan doordringen. Ontvangst van radiosignalen is in een kooi van Faraday niet mogelijk. Allerlei stoorvelden zoals van bliksem hebben in een kooi van Faraday geen invloed. Een auto werkt in beperkte mate ook als kooi van Faraday, maar vanwege de grote ramen is ontvangst van hoge frequenties zoals voor GSM in de auto wel mogelijk. Tegenwoordig worden ook hele gebouwen beschermt door middel van de kooi van Faraday.

Hoe kun je een blikseminslag voorkomen en overleven?
Onweer is een van de meest fascinerende maar ook een van de meest gevaarlijke natuurverschijnselen. Jaarlijks zijn er ongeveer 16.000.000 onweersbuien wereldwijd. Daarbij wordt er natuurlijk regelmatig, direct of indirect, een mens geraakt door de bliksem. Een op twee miljoen mensen wordt jaarlijks persoonlijk door een blikseminslag getroffen. Het percentage overlevenden is redelijk groot, vaak rond de 70-75%, en hangt af van vele zaken, zoals eerste hulp en de plaats van inslag. Wat kun je nu het beste doen om een inslag te voorkomen en om de overlevingskans bij een blikseminslag zo hoog mogelijk te maken.

Ten eerste kun je natuurlijk een blikseminslag preventief voorkomen door te weten wanneer en waar er onweersbuien zijn. Natuurlijk kun je via het weerbericht volgen of er kans is op onweer, maar zelfs als je op geen enkele manier het weerbericht te horen kan krijgen zijn er een aantal dingen waardoor de komst van onweer duidelijk wordt. De komst van onweer kun je zien aan de bewolking maar kun je ook merken aan de toenemende draaiing van de wind en het zwoelere weer.

Aan de bewolking kun je het merken door het ontstaan van windveren. Dit is vrij hoog liggende en fel witgekleurde bewolking die bestaat uit zeer kleine ijskristalletjes en een vezelachtige structuur bezit. Verder zijn opbollende stapelwolken een voorbode van een weersverandering. Zeker met een aantrekkende wind en een toename van de hoeveelheid bewolking. Deze bewolking heeft veelal de vorm van een langgerekte bank met opbollende torentjes. Uiteindelijk groeit deze stapelbewolking uit tot een onweersbui. Een ander kenmerk voor het herkennen van een onweersbui is de temperatuur. De lucht is warm en heeft een hoge vochtigheidsgraad waardoor het heel zwoel en soms zelfs benauwd wordt.

Naast deze kenmerken, die aan basis van de ontwikkeling van een onweersbui liggen, zijn er natuurlijk nog genoeg kenmerken waaraan we een aanstormende onweersbui kunnen herkennen als we buiten lopen. Allereerst zien we in de verte weerlichten en ook zullen we het gerommel van de donder ruim op tijd kunnen horen om nog te kunnen schuilen. Wanneer je je in de bergen bevind dan wordt het lastiger. De bergen zorgen voor een verminderd zicht en ook het geluid wordt voor een gedeelte tegengehouden. Daarnaast kunnen de bergen de bui ook verergeren. Dat komt doordat de lucht wordt gedwongen om omhoog te gaan met als gevolg enorme stortregens, hagel, sneeuw en windstoten.

Natuurlijk is het niet altijd te voorkomen dat je in een onweersbui beland. Maar ook dan zijn er een aantal dingen waar je op kunt letten in verband met je eigen veiligheid. Voor de mens zijn stromen tussen de 0,1 – 1 ampère al een gevaar. Deze drempel verschilt voor gelijkstroom en wisselstroom. Dit betekent echter wel dat minder dan 1% van een bliksemstroom al dodelijk kan zijn.

Bliksem zoekt goede geleiders en een korte afstand om in te kunnen slaan. Omdat ons lichaam, met een lengte van bijna twee meter, een betrekkelijk lage weerstand heeft komt er gemakkelijk een deel van de bliksemstroom in ons lichaam terecht. Daarom is het noodzakelijk om niet met uitstekende ledematen in de buurt te komen van punten met een onderling spanningsverschil. Omdat de bliksem de kortste weg zoekt is het ook zeer gevaarlijk om het hoogste punt in een omgeving te zijn. Golfers bijvoorbeeld lopen zeer veel gevaar als ze zich nog op de baan bevinden tijdens onweer. Ten eerste omdat ze meestal het hoogste punt vormen op de graslandschappen en ten tweede omdat ze metalen clubs gebruiken, die ook nog vaak de lucht in steken bij het slaan.

Blikseminslag bij mensen komt bijna niet voor; maar als je direct geraakt wordt zijn de gevolgen zeer ernstig. Soms heeft de inslag zelfs de dood tot gevolg. Het opgelopen letsel door een blikseminslag wordt bepaald door de stroomsterkte en het pad dat de stroom door je lichaam neemt. Dit pad kun je afleiden uit de ingangspoort en de uitgangspoort, de plekken waar de elektrische stroom het lichaam binnentreedt en weer verlaat. De stroom loopt van de ene poort naar de andere en beschadigt elk orgaan dat hij op die weg tegenkomt. De getroffen huid vertoont eigenlijk altijd brandwonden, en het hart kan tijdelijk of volledig stoppen door de elektrische schok. Als het hart stopt valt na een poosje ook de ademhaling stil en kunnen de hersenen zuurstofgebrek krijgen. Wanneer de bliksem de hersenen en het zenuwstelsel raakt dan zijn de gevolgen nog groter. Gevolgen kunnen zijn: persoonlijkheidsverandering, depressie, geheugenverlies, afasie (iemand kan niet meer de taal gebruiken, niet meer spreken of schrijven), motorische storingen of verlamming.

Toch is dit meestal niet het geval. De stroom zoekt in je lichaam de makkelijkste weg met de minste weerstand. Daarom gaat de stoom meestal via de ledematen het lichaam weer uit. De stroom loopt dan als het ware langs de vitale organen heen en daardoor zijn de gevolgen van een inslag meestal minder ernstig.

Naast een directe inslag kun je ook te maken krijgen met een nabije inslag, in bijvoorbeeld een boom of iets anders. Er kan dan een deel van de ontlading overslaan en in het lichaam terecht komen of de spanning kan via de grond het menselijk lichaam in. Wanneer er bliksem inslaat in jouw buurt kan er zogenaamde stapspanning ontstaan. Als er bijvoorbeeld een bliksem in de grond inslaat, ontstaat er een zeer hoog potentiaal op dat inslagpunt die afneemt naarmate je verder bij het inslagpunt vandaan bent. Staat een mens of een dier (zonder rubberzolen) op de grond, dan kan er door de benen een stroom gaan lopen. Het ene been in en het andere been uit. Dit wordt gevaarlijker naarmate de benen verder uit elkaar staan, zoals bij koeien het geval is.

Wat we zien is dat je getroffen kunt worden doordat je het hoogste punt in de omgeving bent of doordat je je bevindt bij een object met een spanningsverschil. Maar wetenschappers waarschuwen ook voor mobiele telefoons en mp-3 spelers. Deze zouden de bliksem kunnen aantrekken en daarmee de kans getroffen te worden aanzienlijk vergroten.
Verder lijken de mp-3 spelers en mobiele telefoons ook de verwondingen te verergeren, zo zegt de Canadese onderzoeker Eric Heffernan. Als voorbeeld noemt Heffernan een 37-jarige jogger die tijdens een onweersbui onder een boom bescherming zocht terwijl hij naar muziek luisterde. De man werd getroffen door de bliksem en had veel ernstigere verwondingen dan hij gehad zou hebben als hij geen mp3-speler aan had staan, aldus de radioloog in de krant Vancouver Sun. "Het gebruik van de oortelefoontjes in combinatie met het bezwete lichaam, zorgde ervoor dat de elektriciteit makkelijk door het hoofd werd geleid", stelt Heffernan.
De dingen waar je op moet letten om zo veilig mogelijk een onweersbui door te komen en te zorgen voor zo min mogelijk slachtoffers:
1. Vooruitzien! Let op de weersverwachting en volg ook zelf de eventuele ontwikkeling of nadering van buien. Dit geldt vooral bij activiteiten als watersport, wadlopen of bergwandelingen.
2. Nabij onweer vereist extra aandacht: de donder komt dan binnen 10 seconden na de bliksem. Vooral het optreden van St.Elmusvuur (een sissend of knetterend geluid overdag) duidt op een zeer gevaarlijke situatie.
3. Vermijd open terrein. Zoek tijdig een schuilplaats in een gebouw of in een auto. Wat dit laatste betreft: een auto kan na inslag geen gevaarlijke lading vasthouden en hoeft dus niet speciaal ontladen te worden. Wel is het verstandig pas uit te stappen als er geen nieuwe bliksem meer dreigt. Als schuilplaats is een niet geaard afdak overigens beslist onvoldoende. Een in het open veld staande tent is eveneens onveilig.
4. Gebruik geen paraplu, hengel, peddel en dergelijke.
5. Indien onverhoopt geen schuilplaats is te vinden kan men het beste in diep gehurkte houding met aaneengesloten voeten de bui voorbij laten trekken.
6. Vermijd alleenstaande bomen of de hoogste exemplaren in een bos. Dit advies is ook nuttig vanwege het risico van afwaaiende takken of van bomen die na een inslag uiteenbarsten.
7. Vermijd mogelijke inslagpunten, zoals torens, bomen, palen, gebouwen vanwege afslag van deelontladingen en vanwege mogelijke gevaarlijke spanningen over de grond.
8. Zwemmen is zowel gevaarlijk wegens mogelijke directe inslag als vanwege gevaarlijke spanningen in het water.
9. Vermijd binnenshuis ramen, zolders en alle metalen constructies of leidingen.
10. Verleen eerste hulp aan getroffenen. Reanimatie heeft vaak schijnbaar hopeloze bliksemslachtoffers kunnen redden!

Waar komt onweer het meeste voor?
Onweer komt bijna overal ter wereld voor, maar op sommige plekken komt het vaker voor dan op andere. Maar op welke plek is er het vaakste onweer en op welke plek het minste? Wat is de oorzaak van deze verschillen? Dat is waar we in dit hoofdstuk een antwoord op gaan vinden.

De enige plekken op aarde waar je geen onweer vinden kunt is op de Noord- en de Zuidpool. Dit heeft alles te maken met het ontstaan van een onweerwolk en wat er voor nodig is. Namelijk warme luchtstromen. Op de Noordpool en op de Zuidpool is het weer zo koud dat er geen warme luchtstromen te vinden zijn. Het gevolg daarvan is dat er geen warme lucht is om op te stijgen en er dus geen onweer voorkomt.

Op deze twee plekken na is overal op aarde onweer te vinden. Maar natuurlijk is niet overal de hoeveelheid van de onweersbuien hetzelfde. Het aantal onweersbuien ligt veel hoger in landen met een warmer, en vochtiger klimaat dan er in Nederland heerst.

Nederland
In Nederland onweert het jaarlijks gemiddeld 27 dagen. Uiteenlopend van 21 dagen in het Noordoosten tot 31 boven het westen van Brabant. Het gebied met het meeste onweer in Nederland is een strook die loopt van Antwerpen naar het Gooi. In dat gebied ligt het jaarlijkse gemiddelde op 30 tot 34 dagen onweer per jaar. Over het algemeen komt ’s zomers de buienvorming pas landinwaarts goed op gang en in het najaar en in de winter vormen de buien zich sneller in de kuststreken.

Onweer in Europa
Het aantal dagen onweer in Europa kan per land flink verschillen. Zo is het aantal dagen met onweer in IJsland het laagste en in Spanje, het zuiden van Frankrijk, de Alpen en de Balkan het hoogste. Wat erg opvalt, is dat de meeste onweer voorkomt in warme gebieden met bergen zoals de Pyreneeën en de Alpen. Dat hogere aantal onweersbuien is makkelijk te verklaren. In de warme gebieden is er meer warme en vochtige lucht te vinden dan in de koudere gedeeltes en door de bergen wordt de lucht automatisch gedwongen om te stijgen. Hierdoor kunnen er makkelijk cumulonimbus wolken gevormd worden en ontstaat er meer onweer in die gebieden.

Onweer in de rest van de wereld
Het meeste onweer is te vinden in de landen die rond de evenaar liggen zoals Midden-Amerika, Afrika en Oost-Azië.
Veruit de meeste onweer is te vinden op het continent Afrika. Centraal Afrika heeft elke dag van het jaar met onweer te maken. De reden dat Afrika zoveel te maken heeft met onweer is te wijten aan de hete lucht boven het continent, de luchtstromingen die van de Atlantische oceaan af komen en de versterking van de luchtstromingen door de gebergtes.

Een andere plek waar veel onweer voorkomt is in het Himalaya gebergte. Hier zorgt het lokale landschap dat de luchtstromingen die van de Indische Oceaan afkomen in een punt samenkomen. De gebergtes drijven deze luchtstromingen weer omhoog met als gevolg enorme onweersbuien.

In Noord-Amerika is vooral in het zuiden rondom de staat Florida veel onweer te vinden. Deze staat heeft te maken met luchtstromingen van twee zeeën. Namelijk vanuit de Golf van Mexico (uit het westen) en van de Atlantische Oceaan (uit het oosten). Door de druk van deze twee luchtstromingen word de lucht die boven land hangt gedwongen om naar boven te gaan waardoor er een onweersbui ontstaat.

Zuid-Amerika kent ook veel onweer en dan vooral in het bovenste gedeelte van het continent. De lucht in dat gebied is vrij vochtig en heeft ook nog eens een hoge temperatuur. Dat gecombineerd met de luchtstromingen die van de Atlantische en Pacifische Oceaan afkomen en de gebergtes landinwaarts geeft een grote hoeveelheid onweersbuien. De situatie is ongeveer vergelijkbaar met die van centraal Afrika, maar dan in iets mindere mate.

Wat opvalt is dat het voornamelijk boven land onweert en niet boven de oceanen. “De oceaangebieden ervaren een gebrek aan onweer” zegt Hugh Christian, projectleider voor het National Space Science and Technology centre’s team van de NASA.”Mensen die op eilanden in de Pacifische Oceaan leven, beschrijven dan ook niet veel bliksem in hun taal’. De reden van het gebrek aan onweer op de oceanen is dat het oppervlak van de oceanen niet zo veel opwarmen als het aardoppervlak gedurende de dag. Dit opwarmen van het aardoppervlak is cruciaal voor het vormen van onweersbuien. Vandaar dat op oceanen niet veel onweer te vinden is.

De Kelvindruppelaar
Doel:
Het doel is het bouwen van een kelvindruppelaar die genoeg spanning kan opwekken zodat de doorslagspanning wordt overschreden en er uiteindelijk microbliksems (vonkjes) ontstaan.

De theorie:
De kelvindruppelaar is niet zomaar ontstaan. Er zit namelijk een belangrijke theorie achter dit experiment. Deze theorie luidt als volgt:

Overal in de atmosfeer komen deeltjes voor die geladen zijn. Dat kunnen elektronen zijn of positief of negatief geladen ionen. Tevens kunnen er ladingen gekoppeld zijn aan stofdeeltjes, waterdruppels of ijskristallen. Door diverse processen in de atmosfeer kunnen de positieve en negatieve ladingen op afstand van elkaar worden gebracht en uiteindelijk kunnen er zeer hoge statische spanningen ontstaan die dan ontladen via een bliksem.

Iedereen heeft als klein kind wel een eens met statische elektriciteit te maken gekregen. Wanneer je met een ballon over je haar wrijft worden die door de statische elektriciteit omhoog getrokken. Door het wrijven is een hoge spanning opgebouwd die zich niet kan ontladen doordat de ballon van isolerend materiaal is gemaakt, met als gevolg dat de haren aangetrokken worden.

De kelvindruppelaar maakt gebruik van spanningsverschillen die ontstaan door het naar beneden vallen van water. De spanningsverschillen ontstaan dan door het vrijkomen van zwaarte-energie oftewel potentiële energie. De verschillende druppels zijn anders geladen. De een is meer positief, de ander meer negatief. Hierdoor wordt het ene opvangbakje positief geladen en de ander negatief. De ringen en de opvangbakjes zijn kruislings met elkaar verbonden waardoor de spanning zich zeer snel kan opbouwen en er grote spanningsverschillen kunnen ontstaan. Deze ontladen dan door middel van een stroompje die gezien word als een vonk.

Benodigdheden:
- 2 plastic flessen met dop
- stevig (geïsoleerd) koperdraad
- 2 smalle metalen blikjes
- tape
- plastic krat
- 2 wc-rolletjes
- 2 middelgrote blikken (knakworst- of soepblikken)
- water

Hulpmiddelen:
- schaar
- striptang
- kniptang
- kleine spijker
- hamer

Werkwijze:
Haal de onderkant van de plastic fles er af met een schaar. Neem de dop van de fles en gebruik de spijker en de hamer om er een klein gaatje er in te maken. Zorg dat het kleine gaatje ongeveer twee druppels per seconde doorlaat. Doe dit ook bij de andere dop. (Wij hebben meerdere doppen gebruikt en gekeken welke doppen het meest nauwkeurig waren).

Tape de flessen met de dop naar beneden aan het krat vast. Zorg dat de fles stevig vastzit zodat die het gewicht van het water, dat er later in komt, kan dragen. Pak de middelgrote blikken en haal de bovenkant er af. Pak daarna de kleine blikjes en haal zowel de boven als de onderkant er af.

Hang de ringen (de kleine blikjes) recht onder de fles, zodat de druppel door het midden van de ringen gaat. Gebruik het wc rolletje om de juiste afstand tussen het krat en de ring te creëren. Deze bevestig je aan elkaar met wat tape.

Zet nu de middelgrote blikken onder de ringen. Pak dan het (geïsoleerde) koperdraad. Neem voor de lengte van het koperdraad de afstand tussen de twee flessen. Zorg dat het koperdraad tot onderaan de fles komt. Strip met een striptang het gedeelte van het koperdraad dat in het water hangt.

Verbind nu de ring met het middelgrote blik dat zich onder de andere ring bevindt (schuin verbinden dus). Dit doe je door een stuk koperdraad met de lengte tussen de blik en de ring af te knippen. Plak het koperdraad vast aan de ring en het blik met behulp van tape. Zorg dat het koperdraad wel goed in contact komt. Doe dit ook met de andere ring en blik.

Resultaten:
Na het bouwen van de kelvindruppelaar zijn we gaan proberen of hij het deed. Helaas kwamen we tot de conclusie dat de kelvindruppelaar geen microbliksem opwekte. Daarom zijn we hem wat gaan aanpassen. Zo hebben wij de druppelaars wat aangepast en hebben wij geprobeerd het isolatiemateriaal nog wat te verbeteren. Verder hebben wij de kelvindruppelaar uitgeprobeerd met verschillende diktes van de ringen en hebben wij ook de hoogte waarop die ringen hangen een aantal keren veranderd. Helaas is het zelfs na veel proberen niet gelukt om hem te laten werken.

Er kunnen verschillende redenen zijn waarom de kelvindruppelaar het niet doet. Maar de grootste reden is waarschijnlijk de isolatie. Ten eerste hadden wij geen geïsoleerde statief, dus hebben we een krat gebruikt. Ten tweede is het isolatiemateriaal perspex erg duur waardoor we deze ook misten. Hierdoor is er waarschijnlijk een te grote lekspanning ontstaan met als gevolg dat de druppelaar het niet deed.

Een ander ding dat waarschijnlijk invloed op ons experiment heeft gehad is het weer. Wij hebben het experiment op een dag met slecht weer uitgevoerd. Het is bekend dat bij vochtig weer er een kan lekspanning ontstaan en dat is waarschijnlijk ook zo geweest.

Wat ook van invloed kan zijn geweest is de druppelsnelheid. Wij hebben gaatjes geprikt in de doppen van de flesjes. Dit is niet zo precies en dat kan ook het resultaat hebben beïnvloedt.
Nog een andere factor die van invloed geweest kan zijn is vuil. Voor de proef moeten alle materialen zeer schoon zijn. Waarschijnlijk hebben wij de onderdelen niet goed gereinigd en is er daardoor nog een stoorfactor geweest.

Conclusie:
Uiteindelijk kunnen we concluderen dat de kelvindruppelaar niet heeft gewerkt. Dit is te wijden aan verschillende zaken zoals het isolatiemateriaal, het weer, de druppelsnelheid en de materialen die niet schoon genoeg waren.

Slotwoord
We zijn alweer aan het einde gekomen van ons profielwerkstuk. We hopen dat je het leuk hebt gevonden om te lezen en dat je er ook nog wat van hebt opgestoken. In dit slotwoord zullen we zeer kort en bondig de hoofdzaken van ons werkstuk behandelen. Verder zullen we de hoofdvraag gaan beantwoorden, vertellen hoe onze samenwerking verliep en vertellen hoe wij zelf tegen het gehele project aankeken. Allereerst een korte samenvatting van het werkstuk.

Ons profielwerkstuk gaat over onweer. Allereerst het ontstaan van onweer, de befaamde cumulonimbus wolk, en welke soorten onweersbuien je kunt vinden. Zoals de enkele cel, de clusters en de supercel. Ook hebben we bekeken waar onweer nou het meeste voorkomt. Daarna zijn we verder ingegaan op de bliksem, het meest magnifieke en verbazingwekkende onderdeel van onweer. Daarbij hebben we de volgende onderdelen behandeld, namelijk: het ontstaan van bliksem, de verschillende variaties van bliksem die je over de wereld kunt vinden, waar de bliksem het liefste inslaat en hoe het geluid ontstaat bij zo een bliksem. Verder hebben we ook de bliksemafleider uitgebreid besproken en tips gegeven hoe je het beste een blikseminslag kunt overleven en vooral voorkomen.

Natuurlijk is het de grote vraag of wij antwoord hebben gekregen op onze hoofdvraag, namelijk hoe ontstaat onweer? En of onze hypothese daarover klopte.

Voor het ontstaan van onweer is er allereerst een bepaald soort wolk nodig, namelijk de cumulonimbuswolk. Dit is een wolk die vertikaal zeer lang gerekt is. Meestal ontstaat deze wolk door het botsen van een koufront en een warmtefront. De warme lucht stijgt zeer snel op en zorgt ervoor dat er een hevige bui ontstaat.

De bliksem ontstaat als volgt: Hoog in de atmosfeer is er een laag met veel positieve ionen: de ionosfeer. Aan het aardoppervlak bevinden zich echter negatieve ionen. Er is dus een elektrisch veld tussen beiden oppervlaktes. De druppels die door condensatie vallen hebben hierdoor bovenaan een negatieve lading en onderaan een positieve lading. Wanneer de druppel valt komt die nog andere druppels tegen. De druppel neemt makkelijker negatieve druppels op omdat het positieve deel aan de onderkant zit en dus makkelijker kan botsen. De positieve druppels moeten namelijk aan de bovenkant zien te komen en dat is moeilijker wanneer de druppels een neergaande beweging hebben. Alle negatieve druppels komen dus in de onderkant van de wolk terwijl bovenin zich een positieve lading is. Dit spanningsverschil maakt de bliksem mogelijk.

Als het spanningverschil te groot wordt, wil de onweerswolk ontladen er gaat dan een kleine lading omlaag: de stepped leader. De stepped leader volgt de makkelijkste (best geleidende) weg naar beneden. Wanneer die bijna beneden is komt er een vangontlading van de aarde: de streamer. Wanneer de steppedleader en de streamer in contact komen kan de echte zichtbare ontlading plaatsvinden. Deze ontlading wordt ook wel de bliksem genoemd en gaat gepaard met een enorme hoeveelheid licht en een zeer hoge temperatuur. Meestal zijn er meerder deelontladingen na elkaar.

De hoge temperatuur bij de ontlading is tevens de aanstichter van het geluid dat wij ook wel de donder noemen. De hoge temperatuur zorgt voor een enorm snelle opwarming van de lucht en die gaat door de temperatuurstijging zeer snel uitzetten. Dit heeft als gevolg dat er een geluid als die van een explosie ontstaat. Het geluid verplaatst zich vervolgens met 330 meter per seconde. Dit is langzamer dan het licht waardoor we de donder altijd later horen

Over het algemeen zorgen deze drie dingen voor het geheel dat wij onweer noemen. Allereerst de cumulonimbus wolk en dan de gescheiden ladingen met de ontlading als gevolg. Vervolgens horen wij de klap van het uitzettende lucht en dan spreken wij over de donder. Alles bij elkaar noemen wij dit een onweersbui.

Wij hadden de hypothese dat onweer ontstaat door ladingsverschillen in de lucht en tussen de waterdeeltje in de lucht. Uiteindelijk moeten we dan ook concluderen dat onze hypothese klopte.

Naast het fabriceren van een werkstuk hebben wij tevens de opdracht gekregen om een experiment op te zetten en uit te gaan voeren. Daarbij hebben zij ervoor gekozen om een kelvindruppelaar te gaan bouwen. Een apparaat dat onder de juiste omstandigheden microbliksems kan fabriceren. Het bouwen was wel leuk, maar we hebben het ook een beetje onderschat. Het was namelijk moeilijker dan gedacht en het is ons dan ook niet gelukt om microbliksems te maken.

Uiteindelijk kunnen we wel zeggen dat onze samenwerking uitstekend is verlopen. We hadden duidelijke afspraken onderling gemaakt en we kwamen allebei onze afspraken na. We vonden het allebei leuk om meer te weten te komen over onweer en hoe dat nou eigenlijk ontstaat en waar het zich afspeelt en uiteindelijk vinden we dat het een prima werkstuk is geworden.

Bronvermelding
Websites:
http://www.phys.uu.nl/~nvdelden/Luchtelektriciteit.pdf
http://www.iselinge.nl/scholenplein/weer/bliksem/onweer.html
http://home.planet.nl/~neele050/woordenboek/B.html
http://www.vwkweb.nl/cms/index2.php?option=com_content&do_pdf=1&id=329
http://www.vwkweb.nl/cms/index.php?option=com_content&task=view&id=334
http://www.meteodelfzijl.nl/HavenstadFM160607.htm
http://www.famvdhurk.nl/pl/archives/000328.html
http://nl.wikipedia.org/wiki/Bolbliksem_%28wetenschappelijk%29
http://telescript.denayer.wenk.be/2006-07/f1/public_html/bolbliksem.html
http://www.meteonet.nl/educatief/wolkgesl.htm
http://www.gv-developments.be/downloads/cursus.pdf
http://www.knmi.nl/satrep/synmeteo/hoofdstukken/hfst6wolkentype.pdf
http://www.profielwerkstukonweer.nl/index.php?view=onweerwaarkomthetvoor
http://www.knmi.nl/VinkCMS/news_detail.jsp?id=6620
http://science.nasa.gov/headlines/y2001/ast05dec_1.htm
http://www.vwo-campus.net/downloads/kelvindruppelaar_handleiding_leerling.pdf
http://users.pandora.be/donderkop/
http://www.vwkweb.nl/cms/index2.php?option=com_content&do_pdf=1&id=339
http://www.vwkweb.nl/cms/index2.php?option=com_content&do_pdf=1&id=335
http://mediatheek.thinkquest.nl/~lla022/HTML/Onweer/onweer4.html
http://www.vwkweb.nl/cms/index2.php?option=com_content&do_pdf=1&id=333
http://www.natuurkunde.nl/artikelen/view.do?supportId=908789
http://homepage.cwi.nl/~ebert/Zenit4.pdf
http://www.kennislink.nl/web/show?id=97586
http://www.science.uva.nl/student/scoop/artikels/jan2004/Scoop_2004_januari_14_18_elektro.pdf
http://nl.wikipedia.org/wiki/Blikseminslag_bij_mensen
http://www.knmi.nl/VinkCMS/news_detail.jsp?id=2137
http://www.kennislink.nl/web/show?id=109548
http://www.meteo-julianadorp.nl/wolkenatlas/elektrometeoren.html
http://www.vwkweb.nl/cms/index2.php?option=com_content&do_pdf=1&id=172
http://www.profielwerkstukonweer.nl/index.php?view=beschermingbliksemafleiders
http://nl.wikipedia.org/wiki/Kooi_van_Faraday
http://nl.wikipedia.org/wiki/Bliksemafleider
http://www.scholieren.com/werkstukken/25020
http://debruijnbliksem.nl/?page=potentiaal
http://www.profielwerkstukonweer.nl/index.php?view=beschermingbliksemafleiders
http://nl.wikipedia.org/wiki/Fulguriet
http://www.weerstationaalst.be/bliksem.html
www.trudyg.nl/naderverklaard_onweer.htm
http://www.worldwidebase.com/science/onweer_en_bliksem.shtml
http://www.profielwerkstukonweer.nl/index.php?view=onweerverloopbliksem http://www.zowerkt.nl/natuur/weer/bliksem_ontlading.htm http://145.23.254.254/kenniscentrum/luchtelektriciteit_onweer.html#Inhoud_14
http://www.wirtzfeld.be/HetWonderlijkeWeer/bliksem1.htm http://www.wirtzfeld.be/HetWonderlijkeWeer/bliksem2.htm http://www.wirtzfeld.be/HetWonderlijkeWeer/bliksem.htm
http://145.23.254.254/kenniscentrum/luchtelektriciteit_onweer.html#Inhoud_9
http://nl.wikipedia.org/wiki/Donder
http://nl.wikipedia.org/wiki/Bliksem
http://en.wikipedia.org/wiki/Lightning

Boeken en tijdschriften:
Het weer voor Dummies –John D. Cox
SCOOP – januari 2004
ZENIT – januari 2005
Meteorologica – juni 2006

Let op

De verslagen op Scholieren.com zijn gemaakt door middelbare scholieren en bedoeld als naslagwerk. Gebruik je hoofd en plagieer niet: je leraar weet ook dat Scholieren.com bestaat.

Heb je een aanvulling op dit verslag? Laat hem hier achter.

voeg reactie toe

7256

reacties

hoe heet de formule die jullie gebruiken voor het berekenen van de maximale afstand tot de bliksem
door Tim van Rootselaar (reageren) op 15 februari 2011 om 16:05
Mooi werkstuk! 9,5/10
door Bert (reageren) op 11 februari 2016 om 17:44
Ik zou nog eens goed kijken naar het stuk over de goden uit de oudheid. De Romeinen hadden erg weinig te maken met Donar, die immers de god van de Germanen was. De enige verbintenis die Rome had met Donar was het pantheon, wat een tempel was voor alle goden. Jupiter was de god van de hemel en daarmee de god van de bliksem, maar Jupiter is Zeus en andersom. Toen de Romeinen Griekenland innamen en de laatste resten van de glorieuze Griekse beschaving opnamen in hun cultuur ging Zeus over in Jupiter. Dus twee van de drie goden in jullie inleiding zijn verkeerd benoemd.
door Karel weet Alles (reageren) op 1 oktober 2017 om 12:28

Welkom!

Goed dat je er bent. Scholieren.com is de plek waar scholieren elkaar helpen. Al onze informatie is gratis en openbaar. Met een profiel kun je méér:

snel zien welke verslagen je hebt bekeken
de verslagen die je liket terugvinden
snel uploaden en reacties achterlaten

Log in op Scholieren.com

Maak een profiel aan of log in om te stemmen.

Geef dit een cijfer

Wat doe jij om het plastic in de oceaan te verminderen?