§4 Wolken en onweer
Leerdoelen
Na deze paragraaf kun je:
- met behulp van een grafiek bepalen hoe hoog het dauwpunt ligt.
- uitleggen van welke factoren de hoogte van het dauwpunt afhangt.
- stap voor stap beschrijven hoe stapelwolken ontstaan.
- het verschil uitleggen tussen mooiweerwolken en buienwolken.
- beschrijven hoe bliksem en donder ontstaan.
Dauwpunt en wolkenvorming
Warme lucht kan meer waterdamp bevatten dan koude lucht. Wanneer warme, vochtige lucht opstijgt, koelt deze af. Op een bepaalde hoogte wordt de lucht zo koud dat het water niet langer als damp (gas) kan blijven bestaan. Er ontstaan kleine waterdruppeltjes: dit is het moment dat er een wolk zichtbaar wordt.
De temperatuur waarbij dit gebeurt heet het dauwpunt. Hoe hoger de lucht moet stijgen voordat het dauwpunt wordt bereikt, hoe hoger de wolken beginnen te vormen.
- Ligt het dauwpunt laag, dan ontstaan wolken dicht bij de grond. Dit kan mist of lage bewolking opleveren.
- Ligt het dauwpunt hoog, dan ontstaan wolken pas veel verder boven de grond.
In een grafiek kun je het dauwpunt aflezen: de stijgende lucht volgt een lijn die steeds kouder wordt met de hoogte, en waar die lijn het dauwpunt kruist, daar begint de wolk.
Grafiek: Maximale hoeveelheid waterdamp als functie van temperatuur
Ontstaan van onweerswolken, bliksem en donder
Onweersbuien ontstaan wanneer bellen met warme, vochtige lucht snel opstijgen. De wolken die zo gevormd worden, kunnen doorgroeien tot meer dan 10 km hoog. In zo’n grote onweerswolk is de lucht sterk in beweging: warme lucht stijgt, terwijl koude lucht met regen en hagel valt.
Binnen de wolk botsen waterdruppels en ijskristallen voortdurend langs elkaar. Hierdoor raken ze door wrijving elektrisch geladen. De ladingen worden gescheiden: meestal zit er positieve lading bovenin en negatieve lading onderin de wolk. Er ontstaat dan een groot spanningsverschil, niet alleen binnen de wolk maar ook tussen de onderkant van de wolk en de aarde. Dat spanningsverschil kan oplopen tot honderden miljoenen volt.
Wanneer het spanningsverschil te groot wordt, springt er een enorme vonk over: de bliksem. Dit is een korte maar zeer krachtige stroomstoot die de wolk gedeeltelijk ontlaadt. In de bliksemstraal kan de temperatuur oplopen tot wel 30 000 °C. Door deze extreme hitte zet de lucht rond het bliksempad razendsnel uit. Zo ontstaat een geluidsgolf die zich in alle richtingen verspreidt. Die geluidsgolf hoor je als donder; vaak hoor je ook de echo’s van de donder terugkaatsen.
Stappen in het proces:
- De zee of het aardoppervlak warmt op door de zon.
- Deze warmte wordt afgegeven aan de lucht.
- De lucht bevat waterdamp en warmt op.
- Door de hogere temperatuur bewegen de luchtmoleculen sneller en neemt de afstand tussen de moleculen toe.
- De lucht zet uit en vormt een luchtbel met een lagere dichtheid dan de omringende lucht.
- Door de lagere dichtheid stijgt de luchtbel.
- Warme, vochtige lucht stijgt verder op en vormt hoge onweerswolken (tot meer dan 10 km).
- In de wolk bewegen warme en koude luchtstromen langs elkaar; regen en hagel vallen naar beneden.
- Botsingen van waterdruppels en ijskristallen veroorzaken elektrische lading.
- De ladingen worden gescheiden: positieve lading bovenin, negatieve lading onderin de wolk.
- Er ontstaat een groot spanningsverschil tussen de wolk en de aarde (tot honderden miljoenen volt).
- Wanneer dit spanningsverschil te groot wordt, volgt een ontlading: de bliksem.
- De bliksem is een korte maar krachtige stroomstoot waarbij de lucht tot 30 000 °C wordt verhit.
- Door de hoge temperatuur van de bliksemstraal gaan de moleculen in de omringende lucht razendsnel bewegen.
- De omringende lucht zet daardoor plotseling sterk uit.
- Dit snelle uitzetten veroorzaakt een geluidsgolf: de donder.
Video: Hoe ontstaan stapelwolken?
Schooltv - Neerslag: Hoe ontstaat regen, hagel en sneeuw?
Video: Hoe ontstaan donder en bliksem?
Huisje Boompje Beestje - Onweer: Hoe ontstaan donder en bliksem?
Artikel: Door een blikseminslag kan je zweet zo explosief verdampen dat je schoenen exploderen
Door een blikseminslag kan je zweet zo snel verdampen dat je schoenen exploderen
Bliksem is levensgevaarlijk. Geen enkele plek is helemaal veilig tijdens onweer. Wat gebeurt er met het lichaam van iemand die wordt getroffen?
Letterlijk voelden we onze haren overeind gaan staan. Dat kwam door statische elektriciteit, opgewekt door een naderende onweersbui. Met een groepje liepen we op een smalle bergkam in het Kaisergebergte in Oostenrijk. Dat was een duidelijk signaal om zo snel mogelijk af te dalen en een veilige plek te zoeken. Het weer was eerst nog prachtig en de zon scheen, maar in korte tijd ontstonden er hoge wolken. De onweersbui leek nog ver weg, maar het ging veel sneller dan gedacht. Nog voordat we de berghut bereikten, barstte het los met regen en bliksem. We kwamen doorweekt, maar ongedeerd aan bij de hut, waar de Hüttenwirt hoofdschuddend in de deuropening stond.
Bliksem is erg gevaarlijk. Schattingen zeggen dat er wereldwijd ieder jaar tussen de 6.000 en 24.000 mensen overlijden door blikseminslag. In de Indiase deelstaat Uttar Pradesh kwamen er in één week nog 49 mensen om. Toch overleeft ongeveer negen van de tien mensen een directe of indirecte inslag. De kans dat je leven eindigt door een bliksemflits is ongeveer één op een miljoen. Uit onderzoeken blijkt dat vooral jonge mannen het vaakst slachtoffer zijn. De meeste dodelijke ongelukken gebeuren in de middag, vooral in de zomermaanden mei tot en met september. Op het platteland en in berggebieden vallen meer slachtoffers dan in steden. Achteraf gezien waren al die risicofactoren aanwezig tijdens die bergtocht in Oostenrijk. Maar dat beseften wij toen niet.
Een Zwitserse studie laat zien dat het gevaar van bliksem in de bergen echt bestaat. Onderzoeker Benedikt Gasser van de Universiteit van Bazel bekeek ongelukken in de Zwitserse Alpen tussen 2009 en 2020. In de winter werd geen enkele skiër getroffen. In de zomer werden acht wandelaars geraakt. Er waren geen doden en slechts één ernstig gewonde. Alpinisten in het hooggebergte liepen het meeste gevaar: vijftien keer getroffen, waarvan twee keer met dodelijke afloop. De conclusie is dat het risico in het hooggebergte veel groter is dan bij gewoon wandelen.
De Amerikaanse Wilderness Medical Society adviseert alpinisten en sportklimmers om vroeg op pad te gaan en ervoor te zorgen dat ze voor twee uur ’s middags van de bergtoppen af zijn. Als je toch door een onweersbui wordt verrast, moet je zo snel mogelijk individueel afdalen en een veilige plek zoeken. Vertrouw niet op het tellen van de tijd tussen bliksemflits en donderslag. Het verschil in seconden kan een schatting van de afstand geven, maar het is makkelijk om een vergissing te maken. Daarom geldt het advies van de Amerikaanse National Weather Service: “When thunder roars, go indoors” – als je donder hoort, ga naar binnen.
Het gevaar kan er al zijn voordat je de donder hoort. Soms slaat de bliksem in terwijl de lucht nog helder lijkt. Dit heet een donderslag bij heldere hemel. Een bliksemschicht kan wel zestien kilometer horizontaal door de lucht gaan en dan pas inslaan. Op die afstand hoor je de donder nog niet.
De WMS geeft ook tips om de kans op ongelukken te verkleinen. Blijf uit de buurt van skiliften, antennes en bomen die alleen staan. Schuil niet in een tent, want dat is onveilig. Ben je met een groep, spreid dan uit en houd minimaal zes meter afstand van elkaar. Als laatste redmiddel kun je in de bliksemhouding gaan zitten: gehurkt, voeten van de grond op een isolatiematje of rugzak, handen over de oren. Toch zegt de WMS dat geen enkele plek helemaal veilig is tijdens onweer. Alleen een Faraday-kooi biedt echte veiligheid. Dat is een afgesloten ruimte waar elektriciteit via de buitenkant wordt afgevoerd. Voorbeelden zijn een goed gebouw of een auto. In het hooggebergte vind je die natuurlijk niet snel.
Veel mensen denken dat iemand die door de bliksem wordt getroffen meteen dood is en verbrandt of zelfs verdampt. Dat klopt meestal niet. Slechts vijf procent van de slachtoffers krijgt een directe inslag. De meeste slachtoffers hebben oppervlakkige brandwonden waar de huid nat was door zweet of regen. Ernstige brandwonden ontstaan vooral bij metalen voorwerpen zoals ritsen of sieraden die tegen de huid zaten. Soms ontstaat er een diepe ronde wond bij oor, oog of mond. Dat lijkt soms op een schotwond. De kans om een blikseminslag te overleven is dus groter dan vaak wordt gedacht.
Een bliksemschicht is een enorme elektrische ontlading. De stroomsterkte kan oplopen tot tienduizend tot vijftigduizend ampère. De spanning kan variëren van twintig miljoen tot wel een miljard volt. De inslag duurt maar kort: tussen de 0,01 en 0,1 seconde. In die tijd kan de temperatuur stijgen tot wel dertigduizend graden Celsius. Door die hitte kan de druk oplopen tot honderd keer de luchtdruk. Die drukgolf veroorzaakt de harde donderslag.
Het onderzoek naar de invloed van bliksem op het lichaam heet keraunogeneeskunde. De stroom verdeelt zich eerst over het lichaam, maar zoekt daarna een weg buitenlangs: een zogenaamde flashover. Slechts een klein deel van de stroom gaat echt door de huid naar binnen. De stroom volgt niet altijd een logisch pad, maar kan via zenuwen, bloed of spieren gaan. Vooral het zenuwstelsel en de hersenen zijn kwetsbaar. Het hart kan tegelijk alle signalen verliezen en daardoor even stoppen. Vaak start het hart zelf weer, maar de ademhaling kan langer uitblijven. Daarom moet bij reanimatie de volgorde anders: begin met mensen die geen tekenen van leven meer geven. Soms kunnen die toch nog worden gered.
De sterke stroom kan zorgen voor hevige spierkrampen. Vooral de benen worden vaak verlamd. Slachtoffers kunnen daardoor niet meer wegkomen, ook al zijn ze bij bewustzijn. Het hart stopt meestal kort. De ademhaling kan langer stilvallen. Zonder hulp ontstaat een tekort aan zuurstof, waardoor alsnog een tweede hartstilstand kan volgen. Beademen en hartmassage zijn daarom heel belangrijk.
De stroom die langs het lichaam gaat kan ook schade veroorzaken. Zweet en regen verdampen zo snel dat kleding van het lijf wordt gerukt. Schoenen kunnen letterlijk exploderen. Door de druk kan iemand meters ver weg worden geslingerd. Trommelvliezen scheuren vaak door de harde knal.
Een opvallend kenmerk bij bliksemslachtoffers zijn Lichtenbergfiguren: rood vertakte lijnen op de huid, die lijken op varenbladeren of fractals. Het zijn geen brandwonden. Waarschijnlijk ontstaan ze doordat kleine bloedvaatjes lek raken door de stroom. De figuren verdwijnen meestal vanzelf na een paar dagen. Artsen kunnen ze gebruiken om de juiste diagnose te stellen.
Een directe blikseminslag op een mens is zeldzaam. Maar ook een inslag dichtbij kan gevaarlijk zijn. De bliksem kan via een boom of ander object overspringen naar een persoon. Dit heet een zijspat. De stroom kan ook via de grond verspreiden en zo via de benen het lichaam binnendringen. Bij mensen is dat vaak niet dodelijk, omdat de stroom niet langs hart en longen gaat. Bij grote dieren zoals koeien en paarden is het risico groter. Hun voor- en achterpoten staan verder uit elkaar, waardoor het spanningsverschil groter is. De stroom gaat dan wel langs vitale organen zoals het hart. Daardoor kan één inslag een hele kudde doden. Dit is meerdere keren gebeurd, onder andere in Zuid-Afrika.
Het aantal bliksemslachtoffers is de afgelopen decennia sterk gedaald. Mensen zijn zich bewuster van het risico en nemen eerder maatregelen. Na enkele ernstige ongelukken heeft de KNVB regels ingevoerd. Bij naderend onweer moeten spelers en publiek het veld direct verlaten. In Nederland sterft er volgens het CBS gemiddeld minder dan één persoon per jaar door bliksem. Het is niet duidelijk of dit ook komt door betere medische hulp. Wel is zeker dat snelle reanimatie levens kan redden.
Bliksem is en blijft levensgevaarlijk. Je kunt voorzorgsmaatregelen nemen, maar helemaal veilig ben je nooit in de open lucht tijdens onweer. Vooral in berggebieden is het belangrijk om vroeg op pad te gaan en tijdig af te dalen.
Bronvermelding
Dit artikel is herschreven voor 3vmbo-tl met behulp van ChatGPT. Het oorspronkelijke artikel is van:
Sander Voormolen, Door een blikseminslag kan je zweet zo explosief
verdampen dat je schoenen exploderen, NRC, 29 juli 2022.