Onweer

Inhoudsopgave

Inleiding
Onweer
Bolbliksem
Gevolgen
Literatuurlijst

Inleiding

Onweer is een fascinerend, maar toch beangstigend natuurverschijnsel dat de mensheid van oudsher heeft beziggehouden.
Bliksem werd vroeger toegeschreven aan het humeur van Zeus, Jupiter of Donar. Later kwamen er andere theorieën: de wolken schoven te dicht langs elkaar, of het was een atmosferische ontploffing van stikstof en zwavelhoudende damp. In 1752 bewees Benjamin Franklin dat bliksem een ontlading van elektriciteit is.

Ongeveer 8 of 9 jaar geleden is er één van onze koeien getroffen door een bliksemschicht. Ze stond naast het schrikdraad. De bliksem is (waarschijnlijk) ingeslagen in het schrikdraad. Doordat ze te dichtbij stond is er een deel van de lading overgesprongen op de koe. Ze was op slag dood.
Sindsdien vind ik onweer nog wel mooi om naar te kijken, maar tegelijkertijd iets dat me bang maakt. Ik wilde weten hoe het in elkaar zit, zodat ik weet wat er gebeurt en waarom dat gebeurt.

Ik heb als case bolbliksem gekozen, omdat daar erg weinig over bekend is.
Ook heeft maar 1% van de wereldbevolking dit verschijnsel waargenomen. Er zijn veel meldingen van bolbliksems, maar wetenschappers zijn nog steeds bezig met onderzoek daarnaar. Ik heb de meest waarschijnlijke theorie vermeld.

Onweer

Onweer bestaat uit twee verschillende verschijnselen, die wel met elkaar te maken hebben: donder en bliksem. Het zijn de audio en video van hetzelfde meteorologische proces. Het zijn één of meer plotselinge elektrische ontladingen, waarneembaar als een lichtflits en hoorbaar als een scherp rommelend geluid (resp. bliksem en donder).

Elektronen
Onweer, bliksem en donder, ontstaat door een elektrische stroom. Er is een spanningsverschil nodig tussen een kant met een positieve lading en een kant met een negatieve. Er ontstaat een stroom, die bestaat uit elektronen die van de negatieve kant naar de positieve kant lopen. Deze elektronen zijn negatief geladen deeltjes die rond de kernen van atomen draaien. Op hun beurt bestaan atomen uit een positief geladen kern waaromheen negatief geladen elektronen zich verplaatsen.

Elektriciteit in de lucht
De atmosfeer is altijd elektrisch geladen, onder in negatief, bovenin positief. Dit ladingsverschil is niet groot genoeg om grote stromen op te wekken. Er lopen wel kleine stromen die gecompenseerd worden door sterke verticale luchtbewegingen waardoor het ladingsverschil gelijk blijft. Soms zijn dit zulke grote ladingsverschillen dat er wel sterke stromen gaan lopen, waardoor er onweer ontstaat. Dit zijn dezelfde krachtige bewegingen die ook bij buien horen, en onweer ontstaat dan ook in zware buien, vaak samen gaande met windstoten en hagel. Maar het ontstaat pas als het temperatuurverschil tussen de lucht op aarde en de lucht bovenin groot genoeg is, met andere woorden, als de verticale bewegingen groot genoeg zijn (een vuistregel is een verschil van minstens 40 C tussen de grond en vijf kilometer hoogte), het verschil wordt door een onweersbui gecompenseerd.

Elektriciteit in een wolk
Onweer ontstaat door een verschil in elektrische lading tussen delen van een buienwolk, of tussen twee wolken of tussen een wolk en de aarde. Over het ontstaan van deze verschillen zijn verschillende theorieën bekend. Een van de meest aanvaarde luidt als volgt.
In een wolk, een cumulonimbus (deze is herkenbaar aan het aambeeld en ontstaat door sterke opwaartse luchtstromingen, vaak ontstaan deze wolken op een koufront of soms spontaan in warme lucht.), op enkele kilometers hoogte, zitten onderkoelde druppels.

Op het moment dat deze tegen een ijskristal botsen bevriezen ze. Dat begint aan de buitenkant. Zoals warmte nodig is om ijs te laten smelten, komt er warmte vrij als water bevriest. De warmte die vrijkomt wanneer een druppel bevriest, wordt in het binnenste deel van de druppel opgenomen. Hierdoor blijft het binnenste vloeibaar en ook warmer dan de bevroren buitenkant. Door dit temperatuurverschil komt er een klein elektrisch stroompje van buiten naar binnen op gang, de zogenaamde thermo-elektriciteit. De bevroren buitenkant wordt positief, het vloeibare binnenste negatief. Geleidelijk aan zet de bevriezing van buiten naar binnen door. Water zet uit als het bevriest. Doordat de bevroren buitenkant van de druppel uitzet, wordt de druk binnenin de druppel enorm groot. Zo groot dat de druppel uit elkaar spat in kleine ijssplinters en een vloeibare kern. De lichte ijssplinters zijn positief geladen, de zwaardere vloeibare kern negatief. De lichte splinters drijven met een opwaartse stroming naar boven, de zwaardere druppel zakt naar beneden.
Omdat het hier om miljarden en miljarden splinters en druppels gaat, wordt de wolk bovenin sterk positief geladen en onderin negatief.

Kortsluiting
Door een soort kortsluiting ontstaat in de wolk een elektrisch pad van top naar de wolkenbasis. Dit nemen we waar als het oplichten van de wolk vlak voor de ontlading. (Bovendien geeft deze interne ontlading al een kraak op de radio.) Vervolgens is binnen een fractie van een seconde een punt in de wolkenbasis flink verstoord en vindt er een ontlading plaats naar de aarde. Dit punt op de wolkenbasis wordt ‘hot spot’ genoemd en blijft gedurende twintig minuten fungeren als een soort elektrisch afvoerputje van de wolk.

Het bliksemkanaal
Nadat in de wolk de interne ontlading is geweest gaat het heel snel. Vanuit de ‘hot spot’ zoekt een voorontlading een weg omlag. In stappen van vijftig meter zakt de voorontlading naar beneden. Ondertussen is een aantal ‘vangontladingen’ vanuit een hoog punt op aarde vertrokken.

Deze vangontladingen ontstaan uit een sterk veld op aarde. Soms is dit zichtbaar als Sint Elmusvuur. Zodra een van de vangontladingen contact maakt met een van de neerwaarts gerichte voorontladingen, ontstaat de hoofdontlading. Die gaat meestal van aarde naar wolk. De meeste bliksemstralen gaan van beneden naar boven.
Afhankelijk van de elektrische verhouding licht dit kanaal meerdere keren op. Dit wordt meervoudige ontlading genoemd.
Temperatuur en snelheid
In een bliksemkanaal loopt de temperatuur op tot 30.000 C. Dit is gemeten in een bliksemstraal gedurende één miljoenste van een seconde.
De bliksemstraal heeft een snelheid van 10% tot 30% van de lichtsnelheid (dat is gemiddeld ongeveer anderhalf keer om de aarde in één seconde). De opwaartse vangontlading is ‘traag’. Die legt 300 kilometer per seconde af.
Lengte en breedte
Een bliksemkanaal is slechts 2,5 centimeter dik, maar eerder minder. Een verticale bliksem heeft een lengte van ongeveer een paar kilometer. Namelijk de afstand tussen de onderkant van de wolk en de aarde. Bij horizontale ontladingen ligt het gemiddelde tussen de 8 en 16 kilometer lengte. In wolken komen ook bliksemstralen voor van maar enkele meters lang. Maar ze kunnen zelfs 100 kilometer lang worden. Deze komen vooral ‘s winters voor. Er zijn gevallen bekend dat ‘s winters een ontlading van Leeuwarden tot Den Haag tegelijkertijd werd waargenomen.
Spanning en stroomsterkte
De spanning in een bliksemflits kan oplopen tot 100 miljoen Volt. De stroomsterkte varieert doorgaans van 100 tot 60.000 ampère. Maar onderzoekers hebben sterktes van 200.000 ampère gemeten.
De energie van een bliksemstraal is niet te gebruiken. In een bliksemstraal zit namelijk niet meer energie dan in 10 liter olie.
Verscheidenheid in vorm
Er zijn vele varianten van deze basisontlading. We kennen de vuurpijlbliksem, de bandbliksem, parelsnoerbliksem, meervoudige bliksem, enz, enz.

Wetenswaardigheden van de bliksem
Een onweersbui geeft maximaal 120 ontladingen per minuut. Soms wel meer, maar dit zijn dan vaak oplichtende wolkendelen.
Er zijn positieve en negatieve bliksems.
Bliksemontladingen in het najaar zijn krachtiger. Vooral de kuststreek loopt daardoor extra gevaar. Hier komt in het najaar meer onweer voor.
Bliksemontladingen zijn afkomstig van de wolkenbasis. Soms slaan ze vanuit de top van het aambeeld in de grond. Deze bliksem is zeer verwoestend.
De bliksem vertoont kleuren. De kleur zegt iets over de samenstelling van de lucht.
De bliksem ontstaat op de plek waar neerslag van vorm verandert. Vlakbij een hagelgordijn.
Bij veel zomers frontonweer, zit de bliksemactiviteit aan de voorkant van de bui.
Bliksem kan zich ook horizontaal over lange afstand verplaatsen.
Bliksem slaat bij voorkeur in op het hoogste punt, maar dit hoeft beslist niet. Onderzoek gaf aan dat gebouwen rond een hoge toren of mast vaker werden getroffen dan gebouwen die geen hoge toren of mast in de buurt hebben.
Een bolbliksem is een vuurbal die ontstaat na een blikseminslag.
Een vuurpijlbliksem is een opwaartse vangontlading. Deze is zeldzaam en lang zichtbaar.

De donder
De donder is één van de meest angstaanjagende weersverschijnselen. Het kan mens en dier laten schrikken. Oorverdovend kan het alles doen trillen. (Het bewijs kunt u beluisteren op home.pscw.uva.nl/bakker/sound/bliksem.wav)
De donder is een bijproduct van de bliksem. Het is het geluid van lucht die met een enorme snelheid uitzet wanneer hij door de bliksem in een fractie van een seconde wordt verhit tot ongeveer de temperatuur van de zon, als deze lucht tegen de koude lucht botst, ontstaat er een knal. Het gerommel is afkomstig van delen van de bliksemschicht.

Het licht verplaatst zich met 300.000 kilometer per seconde. De geluidssnelheid bedraagt 331 meter per seconde. (Als je de seconden tussen een bliksemflits en een donderklap telt en dat getal deelt door 3, kun je bepalen hoeveel kilometer de bui van je af is.)
Wanner de bliksem in de buurt inslaat, geeft dit een krakerig scheurend geluid. Op enkele honderden meters van de ontlading komen de lage tonen in het geluid. Hoe verder de afstand, hoe lager de tonen. De hoge tonen doven veel sneller uit dan de lage tonen. Verre onweersbuien bij windstil weer geven hele lage doffe tonen. Uiteindelijk worden de tonen zo laag dat het niet meer hoorbaar is voor mensen. Dieren kunnen soms wel deze lage tonen horen. Meestal is de donder hoorbaar tot op 15 kilometer afstand. Afhankelijk van de omstandigheden kan men iets verder nog de donder waarnemen. Wanneer onweer 20 kilometer ver is en de donder nog na 1 minuut komt aanzetten, kan men al spreken van een bijzondere waarneming.

Wetenswaardigheden van de donder
Horizontale ontladingen geven lange rollende donders.
Verticale ontladingen geven onweersklappen, voorafgegaan door wat licht gerommel.
Het oplichten van een wolk geeft nauwelijks donder. Dit in verband met het ontbreken van een bliksemkanaal.
Het rollen van de donder wordt veroorzaakt door echo’s aan het aardoppervlak of tegen objecten. Bij vuurwerk horen we dit ook.
Het rollen van de donder komt alleen op het aardoppervlak voor.
Het is niet goed mogelijk tegen de wind in de donder te horen.
Regen dempt het geluid van de donder.
Aan de knallen van de donder kan men horen of het een meervoudige ontlading was. Vier knallen, betekent dat het bliksemkanaal vier keer oplichtte.
Een voorontlading (zwakke mini-ontlading op het aardoppervlak) geeft het geluid van een ‘pang’.
 De donder buigt door de temperatuurgradient met hoogte af. Hierdoor hoor je de donder slecht vanuit wolktoppen wanneer het onweer ver weg is.

Bijzonderheden van de donder
Het geluid van de donder en de daarbij horende drukgolf kan een regenboog laten trillen.
In sommige gevallen wordt er melding gemaakt van een pistoolschot ontlading. Dit is een knal als uit een pistool, gevolgd door een donder. Mogelijk is hier eerst een voorontlading waargenomen. Ook berichten over ‘fluitende donders’ lijken hiermee te maken te hebben.

Als je onweer wilt bestuderen moet je in Florida (USA) zijn. In ‘Lightning Alley’, een strook van ongeveer 100 kilometer breedte die dwars door de Amerikaanse staat loopt, onweert het gemiddeld 90 dagen per jaar! De bergen van New Mexico (USA) zijn een uitstekende tweede keuze: daar onweert het zo’n 50 dagen per jaar.

Bolbliksem

Een bolbliksem is een van de onverklaarbare verschijnselen in de natuur. Het is net zoiets als een UFO: ooggetuigen genoeg, maar een wetenschappelijke verklaring is er (nog) niet. Het KNMI meldt op haar website dat ze na elk onweer meldingen ontvangt van bolbliksems.

Bolbliksems worden al vanuit de oudheid gerapporteerd. Duidelijk is dat bolbliksems alleen voorkomen tijdens of na onweer. Bij actiever onweer is de kans groter dat bolbliksem ontstaat. De waarnemingen die zijn verzameld, maken duidelijk dat een bolbliksem samen gaat met de inslag van een bliksemontlading op de grond.

Meestal rapporteert de waarnemer dat er een vuurbal is gezien nadat de bliksem de grond raakte. De vuurbal heeft een levensduur van enkele seconden tot enkele minuten. Gemiddeld duurt het een seconde of 15.
De vuurbal is zo groot als een tennisbal, maar kan ook de vorm van een strandbal aannemen. Piloten meldden zelfs bolbliksems van dertig meter doorsnee. Bolbliksems zijn in alle kleuren gezien. De lichtsterkte wordt vaak vergeleken met een lamp van 100 Watt. De vuurbal beweegt zich voornamelijk parallel aan het aardoppervlak, maar maakt soms verticale bewegingen.
Waarnemers vertellen dat ze bolbliksems zagen ontstaan na een inslag op de grond, maar ook dat ze deze uit de wolken zagen komen. In andere situaties ontstonden ze binnen in huis of kwamen ze via een gesloten raam het huis in. Bekend zijn ook de verhalen dat bolbliksems door dunne niet-metalen wanden heen gingen of via schoorstenen de huiskamer in kwamen.

Wetenschappers hebben lang ontkend dat het verschijnsel bestond. Tegenwoordig zijn ze er van overtuigd dat het er is. Ondanks de vele theorieën en pogingen om het verschijnsel in het laboratorium na te bootsen zijn vuurballen nog steeds een raadsel voor de moderne wetenschap.

Twee wetenschappers uit Nieuw-Zeeland claimen dat ze een van de grootste mysteries uit de natuur kunnen oplossen -vuurballen tijdens onweer.
John Abrahamson en James Dinniss van de Universiteit van Canterbury hebben een theorie ontwikkeld die ervan uitgaat dat de ‘bovenaardse’ objecten niet meer dan brandende silicium-deeltjes zijn.

Hun experimenten laten zien dat wanneer de normale bliksemschichten de grond raken, er mineralen korrels in de bodem omgezet kunnen worden in kleine deeltjes silicium verbindingen met daarin zuurstof en koolstof.
Deze deeltjes, die kleiner zijn dan een tiende micrometer, kunnen samenklonteren in ketens. Deze ketens clusteren dan samen in lichte ballen, die door luchtstromen de lucht in worden geworpen. De silicium-deeltjes zijn erg actief en branden relatief langzaam, waarbij ze licht uitzenden.

“Bliksem penetreert het bodemoppervlak en verhit bepaalde delen tot enorm hoge temperaturen, zodat het verdampt”, aldus Dr. Abrahamson. “Op het moment dat de bliksemflits voorbij is, kan de damp uitbarsten om in de vorm van ballen boven de grond te verschijnen. De straal heet gas is vergelijkbaar met de lucht die wordt uitgeblazen als je een ring van rook uitblaast –het vormt een kleine re-circulating werveling en onderhoudt zichzelf.”

Hun model voorspelt een kritische temperatuur, waarboven een explosief einde voor een vuurbal gevormd kan worden. Onder de kritische temperatuur smelt de bal en vergaat het verschijnsel. Omdat de bal alleen zichtbaar is aan het eind van z’n levensduur, lijkt het alsof hij uit de lucht materialiseert na een bliksemflits. Volgens de wetenschappers kan met de theorie zelfs begrepen worden hoe de vuurballen door ramen en muren komen. “De meeste, vooral oude, huizen hebben scheuren rond de ramen en deuren. Het netwerk van silicium draden wordt erg flexibel geacht en kan overal komen, waar de lucht ook heen beweegt. Dus als de lucht door een scheur kan (als tocht), moeten de ballen dit ook kunnen, om zichzelf dan weer te reorganiseren aan de andere kant.

Helaas zijn de wetenschappers nog niet in staat geweest om de vuurballen in het laboratorium na te bootsen, maar toch denken andere onderzoekers dat het onderzoek goede kans van slagen heeft.

Gevolgen

Schade
Bliksem zoekt zich een weg door de lucht. Pas in de onderste 50 tot 100 meter zoekt het de ideale punten op aarde. Vaak zijn dat punten die door hun hoogte boven de omgeving uitsteken. Wanneer de bliksem inslaat, kan dit schade veroorzaken die kan uiteenlopen van brand tot ontploffing. Dat komt omdat er in feite twee soorten bliksem zijn: een kortdurende en een langdurige. De korte bliksem is een stroomstoot van 5000 tot 200.000 ampère en duurt korter dan 0,001 seconde. Door de enorm hoge temperatuur van deze bliksem, ongeveer 30.000 C, kan in de nabije omgeving een luchtdruk ontstaan die ongeveer honderd keer groter is dan de gewone luchtdruk. Hierdoor kunnen explosies plaatsvinden waardoor schade kan ontstaan. De langdurige bliksem heeft een heel ander karakter. De stroom is minder heet en heeft een veel lagere sterkte, 100 tot 3000 ampère, maar duurt enkele tienden van een seconde. Deze bliksem veroorzaakt vaak brand. Beide typen bliksem kunnen bij mens en dier verwondingen veroorzaken en zelfs dodelijke gevolgen hebben. De verwondingen zijn uiteenlopend van aard. Tijdelijke verlamming van armen en benen kan optreden naast beschadiging van hersenen en het centrale zenuwstelsel. Ook kunnen gehoor- en gezichtsstoornissen het gevolg zijn. Verbranding aan de buitenkant van het lichaam ontstaat op die plaatsen waar de stroom het lichaam binnentreedt en weer verlaat. Daarnaast kan de getroffene een hartstilstand krijgen en ook het ademhalingscentrum kan worden uitgeschakeld. De hartstilstand is niet het ergste, meestal gaat het hart uit zichzelf wel weer kloppen. De ademhaling komt helaas niet uit zichzelf op gang en onderbreking kan de dood veroorzaken.

Slachtoffers
Jaarlijks worden wereldwijd ongeveer 1000 mensen dodelijk getroffen door de bliksem. In Nederland zijn dat er zo’n 5 per jaar. Aan het begin van deze eeuw waren dat er nog ruim 15.
Deze terugloop komt onder ander door het toegenomen autogebruik, doordat er meer hoge gebouwen zijn, de huizen veiliger gebouwd worden en meer gebouwen met bliksemafleiders beschermd worden. Bovendien wordt er minder buiten gewerkt dan vroeger. Boeren, waaronder veel slachtoffers vielen, werken meer mechanisch, waardoor er minder landarbeiders zijn dan vroeger. Hun tractoren zijn tegenwoordig beschermd met kooiconstructies. Bovendien weet men dankzij voorlichting gevaarlijke situaties over het algemeen beter te vermijden. Een nieuwe risicogroep vormen tegenwoordig de buitensporters en de recreanten.
In de Verenigde Staten slaat de bliksem per jaar 40 miljoen keer in. Ongeveer 20% van alle dodelijke slachtoffers valt daar op de golfbaan. En ieder jaar sterven 3 Amerikanen tijdens het telefoneren omdat ze via het oorstuk van de telefoon door de bliksem geraakt worden.
Gelukkig zijn er ook nog mensen die het na kunnen vertellen, want 2 op de 3 door de bliksem getroffen mensen overleeft de inslag.
In Amerika woont een man die 13 (!!!) keer door de bliksem getroffen is en al die inslagen heeft overleefd. Het is bijzonder om door de bliksem geraakt te worden (hij is dertien keer getroffen) en je hebt 66% kans (per inslag) om te overleven (hij overleefde alle dertien inslagen).

Directe en indirecte inslag
Geraakt worden door de bliksem kan ernstige gevolgen hebben. Mens en dier kunnen op twee manieren getroffen worden: direct en indirect. Wat een directe blikseminslag is, hoeft natuurlijk niet uitgelegd te worden. Er wordt gesproken van een indirecte inslag als de bliksem ergens inslaat en iemand alsnog door de weglekkende stroom wordt getroffen. Of als de stroom overspringt, bijvoorbeeld wanneer iemand onder een boom schuilt voor de regen. De boom wordt getroffen, de stroom trekt langs de stam naar beneden en springt over op iemand die vlak bij de stam staat. Overigens is er ook verder weg van de boom nog een groot risico.

Een bliksem die direct of bijvoorbeeld via een boom de aarde raakt, verspreidt zich over het aardoppervlak. Over de grond heerst een spanningsverschil. Een lang voorwerp dat op enige afstand van de boom op de grond ligt, krijgt daardoor een spanningsverschil tussen voor- en achterkant met als gevolg dat er een stroom door dat voorwerp trekt. Regelmatig gebeurt het dat koeien die voor de regen onder een grote boom gaan schuilen de dood vinden: door het spanningsverschil tussen voor- en achterpoten loopt er een fatale stroom door hun lichaam.

Materiële schade
Blikseminslagen zorgen natuurlijk ook voor veel materiële schade. Ze zijn met name een gevaar voor vliegtuigen, schepen, kerncentrales en computergestuurde apparatuur. Gemiddeld wordt bijvoorbeeld ieder lijnvliegtuig é
0n keer per jaar door de bliksem getroffen. En dat terwijl piloten onweersbuien zoveel mogelijk proberen te vermijden.
Op vrijdag 1 maart 2002 stond er in het Nieuwsblad van het Noorden het artikel (staat hiernaast) over een blikseminslag.

Het is nu waarschijnlijk wel duidelijk dat het negatieve
gevolgen heeft voor mens en dier.

Literatuurlijst

Boeken:
- Titel: Het weer verklaard: een beginnersboek over de elementen,
Auteur: Derek Elsom,
Uitgeverij: De Lantaarn,
Jaar van uitgave: 1998.
- Titel: Leven met bliksem,
Auteur: Ir. H. Aaftink,
Uitgeverij: Winterthur Verzekeringen,
Jaar van uitgave: 1989.

Sites:
http://home.pscw.uva.nl/bakker/sound/bliksem.wav
http://skydiary.com/kids/lightning.html
http://www.cijfers.net/bliksem_01.html
http://www.ct.nl/newsticker/data/2000.02/2000.02.03-psm-000.htm
http://www.fontys.nl/lt/na/groepen/groep02/guido/Guido/main.html
http://www.sundial.net/~rogerr/lightning.htm
http://www.vwkweb.nl/weerinfo/weerinfo_bliksem.html
http://www.vwkweb.nl/weerinfo/weerinfo_bolbliksem.html
http://www.vwkweb.nl/weerinfo/weerinfo_donder.html

Documentatiemateriaal:
-Nieuwsblad van het Noorden, vrijdag 1 maart 2002, pagina 1.