Warmteonweer: van thermiek naar bui

Thermiek en onweer, op het eerste opzicht zou je niet zeggen dat die twee met elkaar te maken hebben. Toch is dat wel zo! Daar straks meer uitleg over.

Eerst: wat is thermiek? Thermiek ontstaat door opwarming. De zonnestralen die de aarde bereiken worden omgezet in warmte. Hoe droger de grond (zandgrond, kleigrond, etc.) hoe sneller de opwarming. Evenals de bodem, warmt de lucht erboven ook op. Die warme lucht stijgt op, en dat wordt thermiek genoemd. Dat komt doordat warme lucht lichter is dan koele lucht.

Van thermiek naar een stapelwolk

Alle luchtdeeltjes bevatten een bepaalde percentage vocht. Tijdens het stijgen koelt de temperatuur langzaam af. Het kenmerk van afgekoelde lucht is dat het minder vocht kan bevatten. Wanneer de luchtdeeltjes een bepaalde hoogte en dus een bepaalde temperatuur bereiken, zal de luchtvochtigheid in het deeltje tot 100% oplopen. Toch blijft het deeltje stijgen, en zal het een grens bereiken waar hij teveel vocht bevat. Dan ontstaat er condensatie, wat voor ons te zien is als een (stapel)wolk, ook wel een cumulus genoemd.

Thermiek wordt vaak gebruik door zweefvliegers en vogels. Vogels hoeven geen moeite te doen om op hoogte te komen, en dat bespaart energie! Zweefvliegen is afgeleid van de vogels. Een zweefvliegtuig is zo’n oud concept, dat het zelfs vóór de gemotoriseerde vliegtuigen bestond. Begin 19e eeuw had Sir George Cayley een werkend model van een zweefvliegtuig gemaakt. Halverwege de 19e eeuw had hij dit verder ontwikkeld tot een bemand zweefvliegtuig. Otto Lilienthal bestudeerde eerst verschillende vogels voor hij vele zweefvliegtuigen maakte, en in 1889 begon met zijn zweefvluchten. Zweefvliegtuigen kunnen door een lier vanaf de grond de lucht in worden gekatapulteerd, door een vliegtuigje mee worden gesleept of op eigen kracht (door middel van een klein en licht ingebouwd motortje) de lucht in gaan. Inmiddels staat het hoogterecord zweefvliegen op 52,172 ft (15,902 m). Vanaf 12,500 ft ( 38,100 m) worden zuurstofmaskers gebruikt (of er komt extra zuurstof in de cabine).

Van stapelwolk naar onweersbui

Nu weer terug naar de vraag: wat heeft thermiek met onweer te maken? Daarvoor gaan we naar het deel waar de luchtdeeltjes een wolk zijn geworden.

In de wolk, die ontstaan is uit de thermiek, gaat de lucht nog steeds omhoog. Op een bepaalde hoogte zullen de deeltjes die al bovenin de wolk zitten ver genoeg zijn afgekoeld, zodat er ijsdeeltjes ontstaan. Deze ijsdeeltjes kunnen gaan botsen, en er breken dan kleine stukjes af.

Het ene deeltje zal na het afbreken een positieve lading krijgen, en het andere deeltje een negatieve lading. De massa van een klein deeltje is lager dan die van een groot deeltje. Alle deeltjes hangen in de bel stijgende lucht, ook wel stijgstroom genoemd. De kleine deeltjes met een kleinere massa stijgen sneller dan de deeltjes met een grotere massa, omdat de omhooggaande kracht minder tegenwerkende krachten heeft.

Hierdoor ontstaat in de wolk een spanningsverschil tussen de boven- en de onderkant. Nu zijn we op het punt dat er bliksem kan ontstaan. Dat kan op verschillende manieren:

• In de wolk (intracloud). Tussen het positieve en negatieve deel ontstaat een flits.
• Tussen wolken (cc). Tussen het positieve en negatieve deel van twee onweerswolken/spanningsvelden (er kunnen er meerdere zijn in een bui) ontstaat een flits.
• Tussen wolk en grond (cg-). Als een spanningsveld over een neutrale laag glijdt zal de neutrale laag tegengesteld geladen worden. Dat komt doordat in de natuur alles een balans probeert te vinden en de positieve en negatieve samen te voegen. Hierdoor ontstaat ook een spanningsverschil tussen de onderkant van de wolk en de grond. Een cg is het resultaat.
• Tussen de bovenkant wolk en de grond (cg+). Soms gebeurt het echter ook dat hij van de bovenkant ontstaat.
• Tussen grond en wolk (gc). Hoogbouw (flats, masten en andere grote gebouwen) worden echter net zo geladen als de onderkant van de bui. Vanaf het gebouw kan er dan een positieve cg flits ontstaan naar de bui.

Wat begon met een paar zonnestralen, is nu uitgegroeid tot een onweersbui. Dit is één van de manieren hoe een onweersbui ontstaat: middels warmte. Er zijn ook verschillende soorten dynamisch onweer mogelijk. Maar dat is voor een andere keer!