Hoe ontstaat bliksem?

Afgelopen zondag trok een hevig onweer over het centrum en het oosten van het land. In een school in Nijvel sloeg de bliksem zelfs in. Maar wat is dat nu eigenlijk, een bliksem? En hoe ontstaat een bliksem?

Bliksem en donder

De lichtflits, die wij bliksem noemen, ontstaat door een elektrische ontlading in de lucht. Met een snelheid tot wel 150 000 km per seconde overbruggen grote massa’s elektronen de 7 km afstand tussen de onderkant van de wolk en de aarde. Deze elektrische stroom is zo groot, dat de lucht in een miljoenste van een seconde 30 000°C opwarmt. Deze gigantische plotse warmte veroorzaakt zowel de donder als de bliksem:

  • Door de intense warmte zet de lucht met een grote kracht uit. Warme lucht neemt immers meer plaats in dan koude lucht. Dit veroorzaakt een schokgolf die zich als een krakende geluidsgolf door de atmosfeer verplaatst. Deze geluidsgolf noemen we de donder.
  • Door de grote hitte bevat de lucht rondom de bliksem plots een overschot aan energie. De elektronen van de lucht raken hierdoor uit evenwicht. Om het teveel aan energie kwijt te geraken zenden de elektronen fotonen of zichtbaar licht uit. Wanneer miljarden deeltjes in dezelfde fractie van een seconde plots allemaal tegelijk licht uitzenden, krijgen we een lichtflits. Dit is de bliksem.

Omdat licht zich veel sneller verplaatst dan geluid, zien we eerst de bliksemflits en horen we nadien pas de donder. De lichtsnelheid is ongeveer 300 000 km/s terwijl de geluidssnelheid slechts 0,33 km/s (of 330 m/s) is. Dit wil dus zeggen dat licht 100 000 keer sneller is dan geluid!

De bliksem in cijfers

De bliksem in cijfers. (aangepast van pixabay)

Hoe ontstaan de ladingen?

Een bliksemflits is dus een elektrische ontlading van de lucht. Maar waar komt deze lading vandaan? Daar zijn de wetenschappers het tot op vandaag niet over eens. Volgens de meest gangbare theorie zijn de ladingen het gevolg van wrijving tussen ijsdeeltjes in een onweerswolk.

Een onweerswolk of cumulonimbus is gemiddeld 10 kilometer hoog en breed. Ze bestaat uit zo’n driehonderdduizend ton water in de vorm van regen, hagel en ijskristallen. Dit is evenveel water als in 120 olympische zwembaden! In de onweerswolk vervoeren krachtige winden de warme lucht omhoog en de koude lucht omlaag. De lucht kolkt als het ware omhoog en omlaag in de onweerswolk en sleurt de neerslag mee. Door deze krachtige turbulentie botsen de ijsdeeltjes met grote snelheid tegen elkaar.

Door deze hevige botsingen kunnen de ijsdeeltjes elektronen kwijt geraken die zich aan de zwaardere hagelkorrels hechten. Hierdoor ontstaan er positief geladen ijsdeeltjes en negatief geladen hagelkorrels. De negatieve, zware hagelkorrels verzamelen zich onderaan de onweerswolk. De positieve, lichtere ijsdeeltjes zitten bovenaan in de wolk. Dit zorgt voor een spanningsverschil in de wolk. Wanneer dit spanningsverschil groot genoeg is, ontstaat er bliksem.

Stepped leader bliksem ontlading

De 4 stappen van een bliksemontlading. (Weersprookjes)

Waarom zigzagt de bliksem?

De afstand tussen het aardoppervlak en de wolk is gemiddeld 3 tot 5 km. Dit is te ver om de vonk (bliksemflits) in één rechte lijn te doen overslaan. Voordat de grote ontlading met bijhorende lichtflits kan plaatsvinden, moet de bliksem eerst zijn weg naar beneden zoeken. Dit gebeurt in kleine stapjes.

Normaal gezien is lucht een goede isolator. De lucht geleidt dus geen elektriciteit. Maar doordat de onderkant van een onweerswolk zo negatief geladen is, ontstaat er een ionisatie van de naburige lucht. Deze lucht geleidt dan tijdelijk wel elektriciteit. Via een micro-bliksempje verplaatst een deel van de negatieve lading zich doorheen de geïoniseerde, geleidende lucht. Van hieruit kan de negatieve lading een nieuw deeltje lucht ioniseren. Hierop volgt weer een nieuwe micro-bliksem. Op deze manier baant de bliksem zich met 50 meter per keer een pad naar beneden. Al die afzonderlijke stukken vormen samen één zigzaggende bliksem.

Het proces waarbij de bliksem een pad naar de aarde zoekt heet de stepped leader. Het hele proces duurt minder dan 1 seconde en is niet of amper zichtbaar vanop een afstand. Zodra deze stepped leader de grond heeft bereikt, volgt de echte ontlading of de return stroke. Dit is de bliksemflits die we van veraf kunnen zien en horen. Deze return stroke haalt een snelheid tot wel 60 000 km per seconde. Hij is gemiddeld 5 tot 8 kilometer lang en heeft een doorsnede van 2,5 centimeter.

Lees ook: Bliksem in slow-motion

De bliksem als ultieme hernieuwbare energiebron?

De spanning in een bliksemflits kan oplopen tot miljoenen volts. Een standaard stopcontact in onze huizen heeft slechts 220 volt. Toch kan ‘het vangen van bliksems’ ons energieprobleem niet oplossen. Met één bliksemflits kan je slechts een paar lampen van 60 watt voor één jaar laten branden. De bliksemflits verliest namelijk het grootste deel van zijn energie aan het creëren van licht en warmte.

Meer info over bliksem:


Lees ook eens: