De bliksem blijft nog steeds een groot mysterie

Iedere dag woeden er wereldwijd zo'n 44.000 onweersbuien. Iedere seconden raken zeker 100 bliksemschichten de grond. Deze dramatische en oorverdovende flitsen van elektriciteit laden de mondiale batterij op door de aarde (grond) te overspoelen met een negatieve elektrische lading en door de ionosfeer een positieve lading te laten behouden. De bliksem maakt van de aarde een grote elektrische schakeling en het kan zelfs de vonk gegeven hebben, waardoor het leven is ontstaan in de voorwereldse oersoep. 



Maar voor zover wat we nu weten, kan de bliksem net zo goed van Zeus of Thor komen. Als we beginnen met tellen bij het experiment van Ben Franklin, waarbij hij een sleutel aan een vlieger bond, is de wetenschap al 250 jaar bezig om grip te krijgen op de werking van bliksem. Atmosferische wetenschappers hebben een eenvoudige schets van het proces: Positieve elektrische lading bouwt op aan de toppen van een onweerswolk en negeatieve lading ontstaat aan de onderzijde van de wolk (met uitzondering van verbijsterenende plekken van positieve lading in het midden van de bodem van de wolk). De elektrische aantrekkingskracht tussen de tegenovergestelde ladingen en de aantrekkingskracht tussen de negatief geladen bodem van de volk en de positieve lading, die zich opgebouwd heeft aan het aardoppervlak, zal uiteindelijke krachtig genoeg worden om de luchtweerstand voor een elektrische stroom te overwinnen.  



Als een kudde olifanten, die door een rivier waden, komen de negatieve ladingen los van de bodem van de wolk en komen in de onderliggende luchtlaag terecht en verplaatsen zich onzichtbaar naar de grond en vormen een geleide pad ( "step leader"). Het pad komt uiteindelijk in verbinding te staan met een soortgelijke stroom van positieve lading, die vanaf de grond richting de onderkant van de wolk gaat. Hierdoor is het elektrische circuit rond en het wordt voor de negatieve deeltjes mogelijk om van de wolk naar de grond te stromen in het ontstane circuit. Deze plotselinge enorme elektrische ontlading is de flits van de bliksem. 

Maar hoe dit al kan plaatsvinden, is physisch niet echt logisch. Er rijzen drie vragen, die beantwoord moeten worden, zegt Joe Dwyer, een toonaangevende bliksem natuurkundige verbonden aan het Florida Institute of Technology.

Ten eerste: Hoe laadt een onweerswolk op?
Een combinatie van water en ijs is nodig om atomen te creeëren, die lading kunnen dragen. Updrafts (stijgende wind) is nodig om de geladen deeltjes te verplaatsen. De rest van de details zijn wazig. Eén theorie steldt, dat hoog-energetische kosmische stralen vanuit de ruimte door de wolk heen stralen. Tijdens deze doorgang scheiden ze electronen af de atomen en nemen deze mee naar de basis van de wolk. Hierdoor ontstaat er een disbalans in lading. Dwyers zegt, dat hoewel dit proces een rol kan spelen, die niet voldoende lijkt om de het enorme gebrek aan evenwicht in de lading te verklaren. De consensus onder de wetenschappers houdt in, dat een afsplitsing van de lading vooral wordt veroorzaakt door een proces met de naam "het niet-inductieve ladings mechanisme (non-inductive charging mechanism)". 

"Er is op ongeveer 5 km hoogte een gemengde fase van water en ijs. Op een of andere manier zijn deze interactief met elkaar en dan is er een soort van neerslag in combinatie met de updrafts", zegt Dwyers. "De interactie tussen ijs en water zorgt ervoor dat er tegenovergesteld geladen deeltjes ontstaan. De lichtere deeltjes krijgen een positieve lading en worden naar de top geblazen. De zwaardere deeltjes worden negatief en vallen naar beneden". De bovengenoemde positieve flard nabij de bodem van de wolk blijft een raadsel. 



Ten tweede: Hoe wordt de bliksem geïnitieerd?
Het tweede punt van verwarring heet het "bliksem initiatie probleem (ightning initiation problem)". Metingen van elektrische velden binnen onweerswolken hebben consequent piekwaardes laten zien, die zwakker is, dan noodzakelijk is voor het uitsplitsen van de luchtdeeltjes. Door de mens gemaakte bougies vereisen een veel groter elektrisch veld of spanningsverschil tussen de twee electroden om de stroom tussen de eletroden te laten lopen. De vraag is dus: "Hoe ontstaat er een vonk in een onweersbui? De elektrische velden lijken nooit groot genoeg binnen de storm om een vonk te creeëren. Wat nu de vonk laat ontstaan, is een zeer actief gebied van onderzoek voor de wetenschappers, zegt Dwyer. 

Ten derde: Hoe blijft het proces doorgaan?
Als er eenmaal een vonk is, hoe blijft het proces dan doorgaan? Hoe kan een bliksemschicht zich tientallen kilometers door wolken verplaatsen? Volgens Dwyer is dit een geweldig iets. "Hoe schakelt de lucht zich om van een isolator naar een geleider? Bliksem vraagt meer dan het begrip van de fundamentele fysica en op dit gebied is er weinig onderzoek gedaan. Echter zit dit onderzoek in een stroomversnelling. Dwyer: "We hebben hedentendage veel meer technieken ter beschikking om de bliksem te meten, die een paar jaar geleden nog niet beschikbaar waren. De radiosignalen, die vanuit een bliksem komen, kunnen worden onderzocht. Men is instaat om zelf bliksem te maken, zodat de camera's en meetinstrumenten nu gericht kunnen staan op een bliksemschicht. Tien jaar geleden realiseerden de wetenschappers zich, dat de bliksem X-straling en gammastralen produceert. Dit gaf de wetenschappers een nieuw inzicht. Sindsdien wordt er veel vooruitgang geboekt." 



Echter wordt de toorn van Zeus vooralsnog niet ter zijde geschoven als oorzaak voor de bliksem.

© onweer-online
_{Bron: Live Science
Figuur: Meteomoes, fanpop} | Gewijzigd: 2 februari 2017, 14:06 uur, door Joyce.s