Je leest:

Tornado’s: een wervelend verschijnsel

Tornado’s: een wervelend verschijnsel

Auteur: | 1 juli 2001

Iedereen heeft wel eens van tornado’s gehoord en ook iedereen heeft er wel een voorstelling van: een omgekeerde kegel van roterende lucht die alles vernielt wat op zijn weg komt. Maar wat is een tornado nu precies en hoe ontstaat hij?

Wat is een tornado?

Een tornado is een zware onweerswolk waaruit een kolom roterende lucht ‘neerdaalt’ tot op de grond. Omdat de windsnelheden in deze kolom erg hoog zijn richt zo’n tornado altijd erg veel schade aan. Zijn gemiddelde breedte is zo’n 50 meter, maar die kan variëren tussen tien meter en anderhalve kilometer. De kracht van een tornado kan weergegeven worden aan de hand van de Fujita schaal. Deze schaal gaat van F0 tot F5 en zegt iets over gemiddelde windsnelheden die tussen 60 en 500 kilometer per uur liggen. Deze snelheden zijn geschat, omdat het erg moeilijk is om in een tornado te meten. Meestal wordt de schaal van tornado bepaald uit de mate van vernieling. F1 staat dan voor schade zoals afgebroken takjes, terwijl een F5 tornado auto’s over een afstand van honderd meter kan wegslingeren en huizen uit hun stevige fundamenten kan trekken.

Ontstaan

Het begint allemaal met een inversie: een onderliggende warme vochtige luchtlaag en een bovenliggende koude droge luchtlaag. Dit verschijnsel is een erg labiele situatie. De warme lucht wil eigenlijk opstijgen boven de koude lucht, maar er is een evenwicht. Normaal zou er een geleidelijke daling van temperatuur met de hoogte zijn, maar op een warme dag heeft de zon de aarde de hele dag opgewarmd, zodat vlak boven de aarde warme lucht overheerst. Aan het eind van die dag is de afkoeling begonnen en zo ontstaat deze inversie. Wanneer de inversie een storing tegenkomt, wordt het labiele evenwicht verstoord en kan de onderliggende warme lucht plotseling naar boven doorbreken. Door de erg grote temperatuurverschillen zal de warme lucht snel omhoog stijgen en de koudere lucht snel dalen. Door die stijgende warme lucht ontstaat een reusachtige wolk die wel vijftien kilometer hoog kan zijn. Die wolk kan zichtbaar worden doordat de onzichtbare waterdamp in de warme lucht condenseert en waterdruppels vormt.

Als zo’n onweerswolk sterk georganiseerd is, zodat er maar één stijgende en één dalende luchtstroom is in plaats van een heleboel verschillende windsnelheden en richtingen, wordt die een supercel genoemd. De luchtstromen draaien dan zo om elkaar heen dat er een horizontale roterende kolom ontstaat. Als deze kolom een sterk stijgende warme luchtstroom ontmoet, wordt die als het ware overeind gezet waardoor er een verticale kolom ontstaat.

Deze kolom is nog erg breed en de windsnelheden zijn nog niet zo hoog. Omdat er in het centrum een lagere druk heerst, wordt de roterende lucht naar binnen gezogen. Hier geldt de wet van behoud van impulsmoment. Volgens deze wet blijft het product van straal en baansnelheid constant. Bij afname van de straal neemt de snelheid toe. Zo ontstaat een smallere luchtkolom met daarin veel hogere windsnelheden. Is er aan bepaalde voorwaarden voldaan dan wordt het impulsmoment, net zoals energie, behouden. Met de wet van behoud van impulsmoment kunnen allerlei interessante verschijnselen uit het dagelijks leven worden begrepen. Zo gaat een schaatser in een pirouette langzamer als zij haar armen gestrekt houdt. Trekt zij haar armen in, dan draait ze meteen veel sneller rond.

Condenstatie

Vaak beweren getuigen dat het net lijkt of de tornado uit de basis van de onweerswolk neerdaalt tot op de grond. Soms lijkt het zelfs of hij opstijgt naar de wolk toe. In feite is de tornado er zelf al wel, maar wat er wordt waargenomen is de condensatie van de waterdamp. Lager bij de grond is meestal een hogere temperatuur dan in de top van de tornado. In het centrum van de tornado daalt plotseling de luchtdruk sterk doordat de lucht naar buiten wordt geslingerd. Bij een bepaalde temperatuur-druk combinatie zal de waterdamp in de tornado gaan condenseren beginnend bij de lagere temperatuur in de top en zo afdalend naar de hogere temperatuur. De tornado wordt opeens zichtbaar en zo lijkt het net of de kolom ‘afdaalt’. Vergelijk dit met een fluitketel. De waterdamp die door de fluit heen gaat is niet zichtbaar. Pas enkele centimeters boven de fluit kun je de witte wolk zien. Dit is een wolk van waterdruppels want de waterdamp is gecondenseerd door de koudere omgeving.

Heel soms is de temperatuur op de grond lager dan in de top, door extreme temperatuurinstabiliteiten, waardoor het condenseren onderaan zal beginnen om zo het idee van een stijgende kolom te geven. Toch zal een tornado ook zonder de gecondenseerd waterdamp al zichtbaar zijn bijvoorbeeld door al het puin en zand wat erin gezogen wordt.

Voorspelling

Over het algemeen is het erg moeilijk om tornado’s te voorspellen, omdat het nog niet helemaal duidelijk is hoe ze ontstaan en omdat de condities perfect moeten zijn. Het is dus heel goed mogelijk dat alles er op wijst dat er een tornado zal ontstaan en dat het toch niet gebeurt. Andersom is ook zeker mogelijk. Toch zijn er veel manieren om een tornado te voorspellen. Er zijn speciale groepen die voortdurend de wacht houden op beruchte tornadogebieden en er zijn ook weercentra die Doppler radars en speciale satellieten gebruiken. Deze radars meten windsnelheden. Wanneer er een `haak’ op de radar verschijnt is het zeer waarschijnlijk dat er roterende wind aanwezig is.De satellieten kunnen vrij precies aangeven waar en wanneer het ergens boven de aarde bliksemt. Ook deze methode heeft tot nu toe goede voorspellingen opgeleverd. Toch blijft het veelal natte vingerwerk.

Meestal kan pas nadat de tornado voorbij is, iets over zijn kracht gezegd worden. Omdat het juist zo moeilijk is om binnen in een tornado te meten, wordt gekeken naar hoeveel schade is aangericht. Er is zelfs een project gaande in Amerika waarbij het puin wat na de tornado is gevonden, wordt geanalyseerd. Als men weet waar bijvoorbeeld velletjes papier vandaan kwamen én waar ze terecht zijn gekomen, kan men berekeningen gaan doen aan de tornado zelf.

Tornado Alley

Een gebied in Noord-Amerika ten westen van de Appalachen en ten oosten van de Rocky Mountains genaamd Tornado Alley, wordt dikwijls getroffen door tornado’s. De condities zijn daar vrijwel perfect doordat de Golf van Mexico in het zuiden makkelijk vochtige warme lucht aanvoert en de bergen voor veel instabiliteit zorgen. Ieder jaar wordt dit gebied geteisterd door enkele honderden tornado’s die al vele doden op hun geweten hebben en voor miljarden dollars aan schade aangericht hebben. In Nederland is de kans op een tornado (wervelwind of windhoos) vrijwel nul. Lichte hozen doen zich vaak voor op zee of op het IJsselmeer, maar echte tornado’s zijn hier in de twintigste eeuw nog maar een keer of tien waargenomen.

Dit artikel is eerder verschenen in nummer 4 uit de jaargang 2001 van het blad Archimedes.

Het gebied in de Verenigde Staten dat Tornado Alley genoemd wordt, wordt dikwijls getroffen door tornado’s. Bron: www.noaanews.noaa.gov

Zie ook:

Dit artikel is een publicatie van Archimedes.
© Archimedes, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 juli 2001
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.