Archive for the ‘Meteorologie’ Category

Wetenschap in de wolken

juli 14, 2010

Een zomeravondzicht toont vaak wondermooie wolken, van schaapjes over stapelwolken tot sluiers in wit en blauw. Vanuit het vliegtuig, op weg naar de vakantiebestemming heeft iedereen wel eens het verlangen gekoesterd om op zo’n zijdezachte wolk neer te ploffen. Maar hoe werken wolken? Waar komen de verschillende types en vormen vandaan? En waarom kondigt de ene wolk een regenbui aan, terwijl de andere een zalige zomeravond belooft? We ontsluieren hieronder de waarheid achter de nevels!

Een wolk bestaat uit waterdamp

Wanneer het warm is, zal het water uit de zee, rivieren en beken verdampen, en opstijgen als waterdamp. Op grote hoogte koelt de waterdamp af, en condenseert opnieuw tot fijne waterdruppeltjes. Een wolk is dus eigelijk een verzameling van kleine druppeltjes, waterdamp en soms zelfs ijskristallen. In fysische termen is een wolk een subtiel evenwicht tussen temperatuur, druk en luchtvochtigheid; maar je kunt er dus niet op lopen.

Wolken volgens vorm en hoogte

Wanneer de weerman stapelwolken voorspelt, en daarbij spreekt van stratocumulus, klinkt dat wellicht als Latijn in de oren. Het ís ook Latijn, en drukt het type wolk uit in functie van de vorm en de hoogte. Meteorologen onderscheiden bij het klasseren van wolken ruwweg vier vormen. Zo is nimbus de typische regenwolk, zoals wij die in Vlaanderen te vaak moeten dulden. De wijd verspreide vegen in de lucht heten stratus, terwijl de dansende plukjes witte dons cirrus worden genoemd. De schapewolkjes, die doorgaans kindertekeningen sieren, staan dan weer gekend als cumulus.

Naargelang de hoogte waarop de wolk zich bevindt, onderscheidt men laaghangende (strato), middelhoge (alto) en hoge (cirro) wolken. Vertikale wolkenformaties, die zich over grote hoogtes kunnen uitstrekken, worden aangeduid met de term nimbo. De combinatie van de hoogte en de vorm verklaart de exotische termen uit het weerbericht. Zo lijkt bijvoorbeeld een cirrostratus op een melkwit deken, terwijl een cumulonimbus dan weer donder en bliksem aankondigt.

Wolk

Welke wolken worden neerslag?

Hoewel alle wolken dezelfde samenstelling hebben, en dus grotendeels uit waterdamp bestaan, leiden sommige wolken tot tempeest, terwijl andere enkel aan Mickey Mouse doen denken. Het verschil tussen een zwoele zomeravond en een natte plensbui schuilt in wat meteorologen precipitatie noemen, maar wij gewoon als neerslag kennen.

In een wolk condenseert de waterdamp tot een nevel van hele fijne druppeltjes. Indien die dansende druppeltjes samensmelten en voldoende kritische massa bereiken, zullen zij onder invloed van de zwaartekracht naar beneden vallen, en worden dus niets anders dan regen. Als de regendruppels onderweg afkoelen en bevriezen, krijgen we een hagelbui te verduren. En condenseert waterdamp meteen tot ijskristallen, dan dwarrelen sneeuwvlokken neer, zoals hier reeds werd uitgelegd.

Het samenklitten van kleine druppeltjes tot regen of hagel wordt versneld door de aanwezigheid van nucleatoren, zoals stof, zeezout of roet. Voor fruittelers en wijnbouwers is dit een beproefd recept: als een medicijnman schieten zij moedwillig grote stofwolken in de lucht om regen af te dwingen, of net om grote hagelbuien te voorkomen.

Wolken in vogelvlucht

In een notendop: wolken bestaan uit waterdamp, en hun benaming hangt af van hun vorm en de hoogte in de atmosfeer. Je kunt er niet op lopen, maar je mag er wel bij wegdromen. En zodra het vliegtuig landt op je vakantiebestemming, ben je -met een cocktail in de hand en een zonnebril in de haren- meteen helemaal in de wolken!

Cloud

© 2010 – Labo Vekalie

Advertenties

Winterpret en wetenschap

januari 27, 2009

Het winterse weer voorspelt wolken zwanger van sneeuw, en tovert prachtige patronen op de vensters. Maar wat zijn sneeuwvlokken precies, en hoe ontstaan ijskristallen? En waarom zijn ze zo mooi? De wonderen der winter worden hieronder kristalhelder uitgelegd!

Potloden uit diamant

Hagelstenen, sneeuwvlokken en ijskristallen zijn verschillende verschijningsvormen van… gewoonweg water. In zijn meest elementaire vorm is water een molecule die bestaat uit een zuurstofatoom (O), omringd door twee waterstofatomen (H), wat de chemische formule H2O verklaart. Door deze watermoleculen op verschillende manieren te stapelen, neemt het water telkens een andere gedaante aan, zoals je ook met identieke legoblokjes heel uiteenlopende vormen kunt bouwen. Zo zijn bijvoorbeeld houtskool, grafiet (waaruit potloden zijn gemaakt) en zelfs diamant verschillende verschijningsvormen van hetzelfde chemisch element, namelijk koolstof.

Watermoleculen in een ijskristal groeperen zich in zeshoekige structuren, zoals getoond in onderstaande figuur. Iedere rode bol stelt een zuurstofatoom voor, terwijl de grijze staafjes waterstofatomen zijn. De natuur geeft de voorkeur aan de zeshoekige vorm, omdat deze stapeling van watermoleculen de laagste energie vergt. Ter vergelijking: ijzeratomen staplen zich in kubusvorm tot een kristal, zoals het atomium (sterk vergroot) laat vermoeden.

kristalstructuur

Vlokken vertakken tot dendrieten

Indien regen bevriest vormt het hagel, een hoogst hinderlijke neerslag. Indien echter waterdamp condenseert tot ijskristallen, leidt dit tot sneeuw, en navenante winterpret. Terwijl de sneeuwvlokjes vallen, botsen zij met elkaar en groeperen ze zich tot meer complexe structuren. Door het chaotisch en willekeurig samensmelten van elementaire kristallen worden dendrieten gevormd, met een beeldschone en supersymmetrische structuur.

De vorm van de vertakkingen is onder meer afhankelijk van de luchtdruk, de temperatuur en de luchtvochtigheid. Deze uiterst complexe structuren kunnen mathematisch beschreven worden door de al even ingewikkelde fractaaltheorie.

Dendrieten kennen talloze verschijningsvormen

Dendrieten kennen talloze verschijningsvormen

Tweelingvlokken bestaan niet

Wiskundigen kunnen bewijzen dat het aantal mogelijke combinaties dermate groot is dat wellicht nog nooit twee identieke sneeuwvlokken zijn gevormd. Je kunt dat een beetje vergelijken met het aantal combinaties waarmee je tien jurken in een garderobe kunt hangen: voor de eerste jurk heb je tien mogelijkheden, bij de tweede blijven nog negen keuzes, voor de derde slechts acht resterende opties, enz… In totaal zijn er meer dan drie miljoen mogelijkheden voor slechts tien kledingsstukken! Als je bedenkt dat zelfs een relatief eenvoudig dendriet een sequentie is van honderden kleine vlokjes, wordt al gauw duidelijk dat het aantal mogelijke vormen schier onbegrensd is.

Kortom: sneeuw is gecondenseerde waterdamp en bestaat uit ijskristallen, die kunnen vertakken tot dendritische structuren met een adembenemende schoonheid. Dit verklaart waarom een warme winternacht kan uitmonden in een boeket van ijsbloemen…

© 2009 – Labo Vekalie