Je leest:

Jagen op donder en bliksem

Jagen op donder en bliksem

Auteur: | 26 juni 2003

Er is nauwelijks een natuurverschijnsel dat zo angstaanjagend is en zo vaak voorkomt als donder en bliksem. Maar hoe gevaarlijk bliksem ook zijn kan, sommige mensen doen niets liever dan die helse schichten fotograferen. Dat is ook wel eens nuttig voor de wetenschap. Want op de bliksem raakt men niet uitgestudeerd.

Ze noemen hem ‘de bliksemjager’. Er kan geen onweer opsteken of hij komt in actie. Warren Faidley, een inwoner van Tucson in Arizona, pakt op zo’n moment zijn spullen bij elkaar, springt in zijn auto met nummerplaat ‘STORM-5’ (de zwaarste stormklasse in de Verenigde Staten) en racet er op los. Faidley’s auto is pikzwart. Daardoor valt hij nauwelijks op als hij ’s nachts geparkeerd staat in de woestijn. De politie loert namelijk op nachtelijke bezoekers. In het gebied vindt illegale immigratie vanuit Mexico plaats en zijn drugdealers actief. “Ik heb ook een reden om me gedeisd te houden voor de politie,” zegt Faidley. “Stel je voor dat ze me zouden vinden. Als ze met grote schijnwerpers op me af komen, kan net een unieke opname zijn verpest.”

Faidley is bezeten van het fotograferen van de bliksem. Zijn auto is volgestouwd met camera’s, statieven, filmpjes en filters. Een speciale ontvanger van de NOAA (het Amerikaanse KNMI) houdt hem op de hoogte van de laatste ontwikkelingen. Ook de autoradio staat aan. Niet afgesteld op een station, maar op de laagst mogelijke frequentie van de AM bij 530 kHz. Faidley noemt dat het ‘eigen station van de natuur’. Het gekraak dat er op kan worden gehoord, is afkomstig van bliksemontladingen ergens binnen een straal van een paar honderd kilometer. Faidley’s gehoor is zo getraind dat hij aan het verloop van het gekraak kan horen of het onweer naderbij komt.

“Meestal is het hier kurkdroog,” vervolgt Faidley. “Maar van midden juli tot begin september waait de moesson, die vochtige lucht aanvoert vanaf de Golf van Mexico. Overdag wordt het vocht door de warme lucht boven de woestijn opgenomen. Tegen de avond, als de wolkentoppen hoger en hoger stijgen, wordt het er uit geperst. Zulk warmteonweer is zo gigantisch, dat Tucson even de bliksemhoofdstad van de wereld wordt!”

Faidley, wiens foto’s en films over bliksem zo langzamerhand over de hele wereld bekend zijn, werd eigenlijk door toeval bliksemfotograaf. In 1982, toen hij nog journalistiek studeerde, vonden in de VS enorme onweersbuien plaats die overstromingen veroorzaakten. Hij had toen een camera bij de hand en maakte onder andere foto’s van mensen die door helicopters van hun daken moesten worden gered. Die verkocht hij aan het fotopersbureau UPI en zo werd hij professioneel fotograaf. Vanaf die tijd koestert hij een speciale belangstelling voor storm en onweer. Tegenwoordig is hij eigenaar van Weatherstock, een fotobureau dat is gespecialiseerd in bliksemfotografie.

“Het is eigenlijk raar dat maar zo weinig mensen de moeite nemen daarvoor hun camera te pakken,” verbaast Faidley zich. “Dat zal wel te maken hebben met een soort oerangst voor onweer en onbekendheid met het natuurverschijnsel. Als je bijvoorbeeld vanuit een geparkeerde bestelauto fotografeert, ben je veilig. Het metaal van de auto fungeert dan als een ‘kooi van Faraday’: de stroom wordt rondom de inzittenden afgevoerd. Het enige nadeel is dat je je bij tijdopnamen muisstil moet houden om te voorkomen dat er bewegingsonscherpte ontstaat in de meegefotografeerde voorgrond. Dicht bij een open raam, vanuit een huis, is het soms heel onveilig. Wordt het huis getroffen en zijn er geen goed geleidende afvoerwegen rondom aanwezig (bijvoorbeeld echte bliksembeveiling, maar ook metalen regenpijpen, centrale verwarmingsbuizen, gas- en waterleidingen, bedrading van de elektrische installatie en aardleidingen, telefoonleidingen, betonstaal in gewapend beton), dan kan de bliksem ook door het raam naar binnen overslaan. Het is in zo’n geval zelfs wel eens voorgekomen dat iemand getroffen werd die vlak achter een gesloten raam stond. Vermoedelijk is de vonk toen door een dun plekje in het glas gegaan.”

Vroeger nam Faidley ook wel eens grote risico’s. Voor de mooiste opnamen fotografeerde hij altijd in de open natuur van verre, net zo lang totdat het onweer te dichtbij kwam. Maar vorig jaar, toen hij een statief opzette, begon die plotseling te knetteren. Gelukkig volgde er geen inslag, maar Faidley’s armen bleven nog een half uur tintelen. Al eens eerder, toen hij net de sluiter van zijn camera had geopend, was er een oogverblindende flits recht voor hem. Door de schokgolf die volgde werd hij tegen de grond geworpen. Die opname werd een van de dichtstbij gefotografeerde bliksemontladingen: op een afstand van zo’n 100 meter. Tegenwoordig is hij daarom veel voorzichtiger geworden. Hij neemt zelfs geen regenkleding meer mee. “Als je eenmaal in de regen staat, ben je al veel te dichtbij,” aldus Faidley.

De Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA onderzoekt de bliksem met raketten. Met de raketten wordt een lange, geleidende kabel omhoog geschoten. Bijna ogenblikkelijk als de raket is opgestegen, vindt een felle ontlading langs de kabel plaats. Men hoopt dit onderzoek te kunnen gebruiken om betere bescherming tegen de bliksem te ontwerpen.bron: Sandia National Laboratory __

Zou het – behalve mooie plaatjes – ook nog nieuwe gezichtspunten opleveren, dat gefotografeer van de bliksem? Dr. Philip Krider, directeur van het Instituut voor Atmosferische Fysica van de universiteit van Arizona, meent van wel: "We weten bijvoorbeeld nog steeds niet goed hoe de ladingsverdeling in een onweerswolk tot stand komt. Eén theorie gaat uit van een sterke opwaartse stroming van vochtige warme lucht, die op een hoogte van 3 tot 10 km kleine, onderkoelde waterdruppeltjes en ijskristalletjes vormen. Tijdens het vallen van grotere ijsdeeltjes, hagelkorrels, worden de onderkoelde waterdruppels opgeveegd. Ze vriezen op de hagelstenen vast en daarbij scheiden zich ijssplinters af die elektrisch positief geladen zijn. Die worden door de luchtstroming tot in de wolkentoppen meegevoerd. Zo onstaat er beneden in de wolk een steeds sterkere, negatieve lading. Als de lading in een wolk boven de aarde is toegenomen tot boven een bepaalde sterkte, treedt er een volledige of gedeeltelijke elektrische ontlading op door middel van een bliksemflits.

Bliksemontladingen vinden niet alleen plaats tussen aardoppervlak en onweerswolk, maar ook in de wolk zelf en zijwaarts door de lucht. In dat geval doen zich ontladingen voor tussen tegengestelde ladingen in de wolk zelf, of tussen onweerswolken onderling. Zulke bliksems worden wel eens <><> genoemd. bron: Bert en Lesley Hickman

“Er is echter ook nog een rivaliserende theorie. Soms vind je ook een ladingsscheiding in wolken die geen neerslag geven. Dan moet je denken aan ‘mooiweersstromen’ van een positieve lading in de onderste luchtlagen naar omhoog. Je moet dan denken aan heftige, opgaande luchtbewegingen zonder neerslagvorming. Op die manier kunnen ook bliksems worden verklaard die onstaan in stofwolken bij vulkaanuitbarstingen.” Hoewel in laboratoria inmiddels ladingsscheidingen als gevolg van vallende hagelkorrels zijn aangetoond, denkt Krider toch dat er in de natuur sprake is van een combinatie van het ‘natte’ en ‘droge’ mechanisme.

‘Droge’ bliksem boven de Sakurajima-vulkaan in Japan. Ook in droge stofwolken die worden uitgeworpen bij vulkaanuitbarstingen vinden dus bliksemontladingen plaats. bron: Sakurajima Volcananological Observatory

“Maar om terug te komen op dat fotograferen,” vervolgt Krider. “Sommige van Faidley’s foto’s hebben ons echt veel geleerd. Door op zijn foto’s de vertakkingen te meten, kregen we een idee over het ruimtelijke ontladingsproces. Omdat hij ook filmt, legde hij soms ook heel mooi de terugslag vast. Dat is namelijk het proces dat de meeste schade veroorzaakt. Het is de terugslag die vernietigend en heel vaak dodelijk is!”

Bliksem slaat namelijk niet in, maar uit. Als de lucht tussen de wolk en de grond niet goed genoeg meer isoleert (er is dan een potentiaalverschil opgebouwd tussen aarde en wolk van enkele tientallen miljoenen volts), ontsnapt negatieve lading uit de wolk en die baant zich zigzaggend een weg naar de aarde. Dit is de voor het oog onzichtbare voorontlading: een soort gids die door de isolerende luchtlaag heen de gemakkelijkste weg zoekt naar de aarde. De voorontlading daalt met een snelheid van ongeveer 150 km/s en legt per keer stapgewijs 50 meter af. Van wolk naar aarde duurt de stapsgewijze voorontlading ongeveer 0,02 seconden.

Soms zoekt een deel van de voorontlading een gemakkelijker weg en slaat een zijpad in. Dat is de oorzaak van de later zich vertakkende bliksemflits. Maar er is meestal maar één voorontlading die de strijd wint en waarlangs de echte ontlading plaatsvindt. Als de aarde voldoende is genaderd, schiet van daaruit naar de wolk een vonk omhoog.

Die terugslag schiet met een snelheid van 150.000 km/s (de helft van de lichtsnelheid) van de grond opwaarts en ontmoet de voorontlading op een hoogte van 10 tot 50 meter boven de grond. Op dat moment baant zich de elektrische stroom omhoog en verhit het slechts vingerdikke ontladingskanaal tot 30.000oC in 5 tot 10 miljoensten van een seconde. Door de supersnelle verhitting loopt de druk op tot 20.000 hectopascal. Het bliksemkanaal zet sterk uit en er ontstaat een plotselinge luchtverdunning. De klap waarmee dit weer door de omringende lucht wordt gevuld, is de donder. Het typische geflikker dat het oog soms waarneemt, komt doordat de bliksem bestaat uit verscheidene, gedeeltelijke ontladingen. Meestal zijn dat er 3 of 4 met tussenpozen van een honderste tot een tiende van een seconde, die zich samen over enkele tienden van een seconde uitstrekken. Als een camera snel opzij wordt bewogen, zijn die gedeeltelijke ontladingen soms naast elkaar te zien.

Vermoedelijke opname van een bolbliksem. Bolbliksems – door de lucht zwevende bollen van gloeiend gas of plasma – zijn meer dan eens tijdens onweer waargenomen. Maar over hun ontstaan tasten natuurkundigen nog in het duister. bron: Vereniging voor Weerkunde en Klimaat

De krachtige stroomstoten van bliksemontladingen zorgen voor aanzienlijke schade. In Nederland vinden jaarlijks zo’n honderdduizend blikseminslagen plaats. Dat komt neer op een gemiddelde van 2 à 3 per jaar per km2. De totale schade (zowel direct, als indirect door defecten aan elektronische apparatuur) wordt geschat op 30 miljoen gulden. In ons land worden jaarlijks zo’n twintig personen door de bliksem getroffen. Een derde daarvan kan het niet meer navertellen.

Bliksem en veiligheid

Wat moet je doen als je in het open veld door onweer wordt verrast? Onweer is gevaarlijk dichtbij als de tijd die verloopt tussen bliksem en donder minder is dan 10 seconden. Geluid verplaatst zich met een snelheid van ongeveer 300 meter per seconde, dus tien seconden betekent een afstand van slechts 3 km. Vóórdat het zo dichtbij is, moet zo snel mogelijk een schuilplaats worden gezocht in gebouwen, huizen of een metalen auto. Motoren en fietsen vormen geen rondom geleidende kooi van Faraday en bieden geen enkele bescherming.

Als er geen schuilplaats op tijd is te bereiken, hurk dan met de armen om de benen heengeslagen, en met de voeten bij elkaar. Het contact met de grond moet zo klein mogelijk worden gemaakt. Ongelukken door indirecte inslag komen namelijk het vaakst voor. De bliksem slaat bijvoorbeeld vlakbij in een boom in, en de stroom verspreidt zich straalsgewijs in alle richtingen in de grond. Hierdoor kan een hoge spanning ontstaan tussen de voeten, zelfs tot 20 meter afstand van de inslag. Door de voeten bij elkaar te houden, is het potentiaalverschil zo klein mogelijk. Ga nooit op de grond liggen. Vermijd verder toppen van heuvels en duinen, lichtmasten en metalen afrasteringen. De laatste kunnen de stroom vanaf honderden meters afstand geleiden.

Deze onweerskaart van Europa werd door ir. Herman Wessels van het KNMI samengesteld uit de gegevens van een groot aantal meteorologische instituten. Het criterium voor een onweersdag is niet het zien van bliksem (die is vaak honderden kilometers ver nog te zien), maar het horen van de donder. bron: Herman Wessels, KNMI

“Vooral bij sportbeoefening vallen de laatste jaren steeds meer slachtoffers”, zegt Krider. “De meeste stadions zijn nu wel beveiligd, maar in de praktijk blijft er vaak een onbeschermd gebied over in het midden. Scheidsrechters en organisatoren zouden wedstrijden veel vaker moeten staken of uitstellen bij naderend onweer. En van de gevaarlijkste plaatsen tijdens onweer is de golfbaan. Denk maar eens aan Lee Trevino, die in 1975 tijdens het ‘Western Open’ door de bliksem werd getroffen. Trevino leunde tegen zijn tas aan de rand van een ‘waterhazard’ toen hij door de bliksem werd getroffen en door de schokgolf verderop werd gesmakt. Hij was bewusteloos, maar kwam weer bij. In het ziekenhuis bleek dat hij vier brandwonden in zijn linkerschouder had. Klaarblijkelijk was de bliksem van het water naar opzij geschoten, naar de metalen golfclubs en via zijn schouder en rug naar de grond. Hij heeft nog steeds last van zijn rug en schouder en kwam alleen door zijn enorme wilskracht weer terug bij de top. Hij heeft onnoemelijk geluk gehad. Hier in de VS vindt één op de vijf dodelijke ongelukken op golfbanen plaats door het niet in acht nemen van de zo noodzakelijke onweersregels.”

Kader: Bliksemfotografie

Wie zelf bliksem wil fotograferen heeft een camera nodig die tijdopnamen kan maken. Alleen met tijdopnamen is het mogelijk op één opname verschillende bliksemflitsen vast te leggen. Verdere zijn nodig een stevig statief, een stuk zwart karton en een draadontspanner.

Gebruik een langzame kleurendiafilm (bijvoorbeeld Kodachrome 64 of Fuji Velvia 50) en diafragmeer de cameralens al naar gelang het achtergrondlicht en de duur van de tijdopname. Bij nachtelijk onweer kan het diafragma helemaal worden opengezet, tenzij er veel stadslicht op de voorgrond is. Stel de lens scherp op oneindig.

Als de eerste bliksemflitsen zich voordoen, houd dan het zwarte karton voor de lens. Druk vervolgens met de draadontspanner de ontspanknop in. Neem op het moment dat u de bliksem verwacht, het karton enige tijd weg zodat het licht in de lens kan vallen. Dit proces kan zonodig worden herhaald om de kans op een bliksemopname te vergroten. Beindig de opname door het karton weer voor de lens te houden en de ontspanknop los te laten.

Denk altijd aan uw veiligheid! Ga naar binnen of ga in een afgesloten auto zitten als het onweer te dichtbij komt. De mooiste opnamen ontstaan trouwens altijd bij ver verwijderd onweer.

Bronnen

Ir. H. Aaftink: Leven met bliksem; Winterthur Verzekeringen, Amsterdam, 1989. Derek Elsom: Learn to live with lightning; New Scientist, 24 juni 1989. Robert Gannon: The ligntning stalker; Popular Science, februari 1993.

Dit artikel is een publicatie van Astronet.
© Astronet, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 26 juni 2003

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.