In het noorden van China hebben 37.000 mensen een bijzonder bijbaantje. Tijdens hun gewone werk kunnen zij ieder moment worden opgeroepen om een enorm kanon te bemannen. Ze vechten niet tegen rebellen en ook niet tegen een vijandig leger. De loop van hun kanonnen staat omhoog gericht, en hun munitie bestaat uit raketten en granaten gevuld met chemische stoffen als zilverjodide. Als er in hun door droogte geteisterde land een wolk in zicht is, wordt die in het vizier genomen en beschoten. Vervolgens is het een kwestie van afwachten. Misschien zijn er door de beschieting een paar regendruppeltjes los te krijgen…
Zilverjodide als imitatie-ijs
Hoewel niet heel zeker is waar deeltjes aan moeten voldoen om een goede ijskern te zijn, gebruiken regenmakers meestal zilverjodide (chemische formule AgI). De reden daarvoor is terug te vinden in het kristalliseren van ijs. De ijsdeeltjes rangschikken zich namelijk in een geordend rooster, met een vast patroon en een vaste afstand tussen de deeltjes. Die maten komen bijna precies overeen met die in AgI-kristallen, en zo’n stukje zilverjodide past daarom heel mooi in het midden van een ijskristal.
Grillig
De grilligheid van het weer zorgt voor vervelende, onvoorspelbare omstandigheden. Een tornado komt nooit gelegen, en niemand vraagt om hagelstenen. De schade zou behoorlijk te beperken zijn als we precies zouden weten waar en wanneer die weersomstandigheden voor gaan komen. Dat we dat al best goed kunnen, zien we iedere avond als Erwin Kroll zijn voorspelling doet. Maar zelfs hij heeft het wel eens fout.
Veel weerkundigen (meteorologen) doen hun best om steeds nauwkeuriger te voorspellen waar we ons op voor moeten bereiden. Voor andere wetenschappers is dat nog niet genoeg. Leuk hoor, als je weet wanneer en waar een orkaan over het land zal razen, maar kun je die orkaan niet voorkomen, of van pad laten veranderen?
Een moderne regendans
Vooral landen die veel last hebben van extreme weersomstandigheden dromen ervan de touwtjes in eigen handen te nemen. Het is dan ook niet verrassend dat er in die richting al veel onderzoek is gedaan. Een van de eerste methoden, en gelijk ook de enige die met succes wordt gebruikt, werd in de eerste helft van de 20e eeuw ontwikkeld.
In de zomer van 1932 deed de Nederlander August Willem Veraart als eerste een poging om regen uit wolken te halen. Twee van zijn collega’s en hijzelf stegen op in kleine Cessna-vliegtuigjes, om hoog boven de wolken hun vracht uit het laadruim te dumpen. Die lading bestond uit zo’n 18.000 kilo ijs en droogijs (vaste CO2). Toen ze weer voet aan de grond zetten ging het inderdaad regenen, maar wij nuchtere Hollanders waren niet overtuigd dat de tien millimeter die dat etmaal vielen zonder Veraart’s hulp in de wolken waren blijven zitten.
In 1946 werd door weer- en natuurkundigen bij het General Electric Research Laboratory in New York een theoretische basis voor regencontrole gelegd. Ze bekeken daarvoor de manier waarop regen zich in de natuur vormt, en bedachten hoe ze dat proces konden helpen. Het bleek dat het idee van August Veraart er niet zo ver naast zat: het koelen van wolken is een belangrijk deel van de nieuwe methode. Maar de techniek, die wolken inzaaien wordt genoemd, had nog een tweede ingrediënt nodig: stofdeeltjes. Iedere druppel begint namelijk rondom een klein stukje materie, en als dat er niet is gaat het ook niet regenen.
De chemicus Vincent Schaefer mocht in november 1946 de proef op de som nemen met de nieuwe methode. Hij vloog daarvoor naar een dikke laag bewolking boven het oost-New Yorkse stadje Schenectady, en zaaide vanuit zijn vliegtuigje de wolken in met een kleine hoeveelheid droogijs en zilverjodide-deeltjes. Die stof zou volgens de theoretici extra goed werken om regen op te wekken. Niet lang na zijn vlucht begonnen de eerste sneeuwvlokjes naar beneden te dwarrelen, en het eerste kunstmatige sneeuwbuitje ter wereld bracht de ontwikkelaars lof en publiciteit.
Een vliegtuig bestrooit de koude bovenkant van een wolk met zilverjodide (1). Daardoor vormt zich ijs, dat als regen naar beneden valt (2). Ondertussen komt nieuwe waterdamp naar boven, zodat het proces door kan gaan. bron: IDRC, Canada.
Regendieven
Wereldwijd wekte het onderzoeksresultaat van de New Yorkers veel interesse. Sinds de ontwikkeling zijn er vooral in de Verenigde Staten, Rusland, Australië en Azië veel weerkundige experimenten uitgevoerd, met wisselend succes…
In april 1986 sprongen de Russen in allerijl in hun vliegtuigen, om na de kernramp in Tsjernobyl wolken in te zaaien. Niet dat er zoveel behoefte aan regen was, maar de lucht hing vol met radioactieve stofdeeltjes die hard onderweg waren naar Moskou. Door strategische regen zijn de meeste van die deeltjes op de grond gevallen voordat ze dichtbevolkt gebied bereikten. Tegenwoordig passen de Russen regencontrole voor wat minder urgente doeleinden toe: de regering is er trots op dat het op de nationale feestdag 1 mei nooit meer regent boven het Rode Plein, en toen Paul McCartney een openluchtconcert gaf in Sint Petersburg werd ook zwaar geschut ingezet om het podium droog te houden.
De bekendste Amerikaanse regenmanipulatie gebeurde tijdens de Vietnam-oorlog (zie kader make mud, not war). In die tijd was het Amerikaanse leger druk bezig om te onderzoeken hoe ze het weer als wapen zouden kunnen toepassen. Maar tot hun verdriet werd, na uitgebreid lobbywerk van onder andere Rusland, in 1976 door de Verenigde Naties een verdrag ondertekend dat het gebruik van weermanipulatie als wapen verbiedt. De reden daarvoor was dat mensen bang waren dat de effecten van zulke acties niet gecontroleerd kunnen worden.
Het verdrag betekende niet het einde van het Amerikaanse onderzoek naar weercontrole. Vandaag de dag worden er wolken ingezaaid in de bergen, om een mooie laag sneeuw op de skipistes te garanderen. Ook in de buurt van vliegvelden staan kanonnen op de wolken gericht. Zo kan dichte mist worden neergeregend om start- en landingsbanen helder te houden. En hoewel weercontrole in oorlogsgebied nog steeds verboden is, gaat het militair onderzoek gewoon door. Er wordt bijvoorbeeld onderzocht of de bliksem naar onze hand kan worden gezet…
Wolken zaaien vanuit een vliegtuig. Tijdens de Vietnam-oorlog probeerde het Amerikaanse leger het Moesson-seizoen te verlengen. De vijandelijke Vietcong zou daardoor geen fatsoenlijke wegen meer overhouden.
Make mud, not war
Operation Popeye was een van de eerste pogingen om gebruik te maken van regenbeheersing. Het was een uitgebreid militair programma, dat begon in maart 1967 en past werd beëindigd in juli 1972. De Verenigde Staten waren in die tijd verwikkeld in de Vietnam-oorlog, en gezien het feit dat de strijd niet gemakkelijk verliep, werd er naar allerlei middelen gezocht om het tij te keren.
Vietnam ligt in een tropische streek, waar de moessonregens ieder jaar een paar maanden nattigheid garanderen. De Amerikanen bedachten dat ze door wolken in te zaaien de moessonperiode langer zouden kunnen maken, zodat hun Vietcong-tegenstanders door de regen gehinderd zouden worden. Selectief werden de wolken boven bevoorradingsroutes van de Vietcong met zilverjodide bestrooid, in de hoop dat de extra regen de wegen in modderstromen zou veranderen.
Tijdens Operation Popeye duurden de Vietnamese moessons 30 tot 45 dagen langer dan normaal, dus in dat opzicht was de operatie een succes. Maar helaas voor de Amerikanen bleek, dat de Vietcong niet onder de indruk waren van wat extra regendruppeltjes. Zoals bekend leverde het make mud, not war-offensief niet de beoogde overwinning op.
Peking
Hoewel het meest vooruitstrevende onderzoek naar weercontrole in de Verenigde Staten is gedaan, zijn de meest uitgebreide toepassingen zonder twijfel in China te vinden. Chinese weerkundigen beweren dat in de hoofdstad Peking het merendeel van de regenbuien met menselijke hulp tot stand komt. In grote delen van het steeds droger wordende noorden van China worden enorme hoeveelheden ijs en zilverjodide de lucht in geschoten om een paar druppeltjes uit de schaarse wolken te knijpen. Alleen al in het jaar 2003 werd er voor zo’n 50 miljoen dollar aan vliegtuigen, raketten en granaten voor regencontrole uitgegeven. Niet heel verrassend dus, dat buurlanden als Mongolië en Korea de Chinezen ervan beschuldigen dat ze ‘hun regen stelen’.
Met dit kanon worden net buiten Peking bakjes zilverjodide op de wolken afgeschoten, om regenvorming te versnellen.
Van schapenwolkje…
Om regen te controleren moeten we eerst begrijpen waar het in de natuur vandaan komt. Het belangrijkste ingrediënt van een regenbui is een wolk. Daar hebben we hier in Nederland geen gebrek aan: van dunne witte schapenwolkjes tot dikke stapelwolken en van grote grijze regenwolken tot dichte mist. In andere delen van de wereld zijn ze minder beschikbaar: boven de Sahara is meestal een strakblauwe lucht te zien, en boven zee regent het bijna nooit.
Een wolk ontstaat als warme, vochtige lucht snel omhoog wordt geduwd. Er zijn verschillende manieren waarop dat kan gebeuren. In de bergen kan de lucht soms simpelweg niet vooruit, omdat er een bergrug in de weg zit. Op warme dagen komt er veel warme damp van meren, rivieren en oceanen. En in gematigde gebieden zoals hier zijn warmte- en koudefronten actief; grote massa’s lucht die met elkaar in botsing kunnen komen.
Hoe hoger je de atmosfeer ingaat, hoe kouder het is. De warme lucht die snel opgestuwd wordt, koelt dus ook heel snel af. Koude lucht kan minder damp vasthouden dan warme lucht, en als gevolg begint de damp druppeltjes te vormen. Dat gebeurt op condensatiekernen, kleine deeltjes stof die zich in de atmosfeer bevinden. Die kernen kunnen van alles zijn: roetdeeltjes, zout of zand bijvoorbeeld. Als er veel van die deeltjes aanwezig zijn, worden er veel kleine druppeltjes gevormd. Zijn er weinig van, zoals bijvoorbeeld in de schone lucht boven zee, dan ontstaan er minder, maar wel veel grotere druppels.
Wolken die van kleine druppeltjes zijn gemaakt, zoals de mooie witte wolken die zich aan het einde van een warme zomerdag vormen, vallen niet naar beneden. De druppeltjes in die wolken zijn zo licht dat de opstuwende warmte ze hoog houdt, zoals een zeepbel die door de kamer zweeft.
…tot plensbui
Zo’n mooi evenwicht is niet te vinden in een regenwolk. Een bui kan grofweg op twee manieren ontstaan: door zware druppels en door ijsvorming.
In de regenwouden en boven zee is de lucht vaak nog mooi schoon. Er zijn daar niet erg veel condensatiekernen waar zich druppels op kunnen vormen, en daardoor klontert het vocht uit de warme lucht zich in veel grotere hoeveelheden samen dan in de vuilere streken. Omdat grote druppels veel zwaarder zijn dan kleine, is de warme luchtstroom niet lang genoeg om ze vast te houden. Ze vallen dus snel naar beneden, in een korte en hevige regenbui.
Uit dichte, grijze wolkendekken, waar we er hier veel van tegenkomen, komt de andere soort regen. Er zit in dit soort wolken een enorme hoeveelheid water: het wolkendek is vaak wel een paar kilometer dik. Bovenin kan de temperatuur wel -40oC worden. Je zou verwachten dat alle druppels daar bevriezen, maar dat is niet altijd zo. Ook ijs heeft een kern nodig, een beginpunt waar de ijskristallen op kunnen groeien. Dat zijn niet dezelfde deeltjes waar druppels zich op vormen, en het precieze proces is ondanks uitgebreid onderzoek nog niet duidelijk. We weten wel dat ijskernen veel zeldzamer zijn dan waterkernen, en dat daardoor de druppels in wolken zo lang vloeibaar blijven. Als water kouder is dan 0oC, maar niet bevroren, noemen we het supergekoeld.
Af en toe komt een waterdruppeltje een ijskern tegen om op te bevriezen. Dan vindt er een kettingreactie plaats. Het eerste kleine ijskristalletje botst met supergekoelde waterdruppeltjes, die maar al te graag aan het kristalletje vastgroeien. Zo vormen zich grotere klompjes ijs, die zwaar genoeg zijn om naar beneden te vallen. Als het koud genoeg is gebeurt dat in de vorm van sneeuw of hagel, en als het warmer is in gesmolten vorm: als regen.
Augustus 2005: orkaan Katrina verwoest de Amerikaanse stad New Orleans. Kunnen we het weer leren beïnvloeden om zulke rampen in de toekomst te voorkomen? bron: Kyle Niemi / United States Coast Guard. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.
Neerslag op bestelling
Regenmakers gebruiken het proces van neerslagkernen. Ze beschieten wolken met verschillende stoffen, afhankelijk van wat voor wolken ze kunnen vinden, en welk effect ze willen bereiken.
Zware, grijze regenwolken hebben niet zoveel nodig om hun water los te laten. Een flinke dosis zilverjodide zou ervoor moeten zorgen dat er meer ijskristallen condenseren, en op die manier barst de bui sneller los dan als de natuur zijn vrije loop was gelaten. Tijdens de Olympische Spelen van 2008 in Peking zullen regenmakers rondom de stad op deze manier wolken bejagen. Enerzijds om ervoor te zorgen dat de festiviteiten niet in het water vallen, en anderzijds om de enorme hoeveelheid smog die de stad produceert tegen de grond te doen slaan. Eigenlijk maken ze in dit geval niet echt regen, maar proberen ze te controleren waar de regenbui gaat vallen.
Regen maken wordt een stuk lastiger als er alleen stabiele, witte wolken in de buurt zijn. Daar zit wel flink wat water in, maar dat valt niet zomaar op de grond. Om er toch regen uit te halen, wordt droogijs of vloeibaar propaangas op de wolken geschoten. De druppeltjes in die wolken koelen dan snel af, en als er ook zilverjodide op de wolken wordt gezaaid zijn alle ingrediënten voor een bui aanwezig.
In droge gebieden komen heel weinig wolken voor. Als de Chineze regenmakers echt elke wolk die ze tegenkomen in een regenbui kunnen veranderen, wordt de hoeveelheid wolken die de grens over komt naar hun buurlanden natuurlijk kleiner. In dat opzicht is de beschuldiging van ‘regendiefstal’ dan ook wel terecht. Maar hoe goed de methode om van gewone wolken regenwolken te maken echt werkt, valt nog maar te bezien. Er zijn heel wat experimenten mee gedaan, maar de hoeveelheid regen die tijdens die projecten meer valt dan anders is niet opzienbarend.
“Het probleem,” zegt dr. Pier Siebesma, meteoroloog bij het KNMI, “is dat je, om te bewijzen dat weercontrole werkt, twee precies identieke wolken nodig hebt. De ene moet je dan behandelen met je condensatiekernen, en de andere niet. Als de behandelde wolk dan gaat regenen en de andere niet, is de werking van je methode bewezen. Maar twee identieke wolken bestaan niet”. In de jaren ’70 deed men heel enthousiast onderzoek naar weercontrole, maar sindsdien is de interesse en de hoogte van investeringen alleen maar afgenomen. De enige landen die er nu nog mee pronken, lijken dat vooral te doen om een goede indruk te maken naar het buitenland toe.
De rook van bosbranden in Zuid-Amerika draagt bij aan wolkvorming boven het regenwoud. Door het grootschalig platbranden van regenwoud om landbouwgrond vrij te maken, zou daarom het weerbeeld kunnen veranderen. bron: National Center for Atmospheric Research.
Vuiltje aan de lucht
Terwijl de wetenschap zich steeds minder bezighoudt met weercontrole ontstaat elders een nieuw fenomeen, dat veel weg heeft van het oorspronkelijke idee uit 1946. In de regenwouden van Zuid-Amerika worden enorme stukken bos platgebrand om landbouwgrond vrij te maken. Bij die verbrandingen wordt veel roet de atmosfeer ingeblazen, en die roetdeeltjes kunnen prima dienst doen als condensatiekernen voor druppels.
“Normaal is de lucht boven het regenwoud relatief schoon,” zegt Pier Siebesma. “Daardoor bestaan de wolken uit grote druppels, en regenen ze snel uit. Het effect van de roetdeeltjes kan zijn, dat de wolken uit kleinere druppels gaan bestaan, en dus veel langer blijven hangen. Dat zou tot een grote verandering in het weerbeeld kunnen leiden, met meer en heviger regen als gevolg.”
Het inzaaien van wolken gebeurt daar dus ongewild, en zo is de optimistische wetenschap uit de jaren ’70 ingehaald door hedendaagse klimaatproblematiek. Terwijl moderne onderzoekers zich over de ongecontroleerde effecten buigen, gaan de Chinezen gewoon door met het beschieten van wolken, en de Russen blijven dromen van totale weercontrole. Ook het uitgebreid verkondigen van hun successen zal gewoon doorgaan, hoewel we die volgens Pier Siebesma beter met een korreltje zout kunnen nemen. “Want het Kremlin zegt wel vaker wat.”
Over de auteur
Lydwin van Rooyen (24) studeert natuurkunde aan de Universiteit van Amsterdam.