Bliksem: de ontembaarste aller vonken
Tornado's gelukkig zeldzaam in Nederland
Pas de laatste jaren wordt de ware aard ervan enigszins blootgelegd
ZATERDAG 25 JULI 1987
PAGINA 19
De bliksem blijft een
gevaarlijk
natuurverschijnsel, al zijn
er gevallen bekend waarin
een invalide als gevolg
van een inslag weer
leerde lopen. Wat is
bliksem nu eigenlijk
precies? Het botsen van
wolken, aldus een oude
volkswijsheid. Maar zo
eenvoudig ligt het niet.
Onze
wetenschapsredacteur
Ben Apeldoorn doet het
mysterie uit de doeken, en
blikt vooruit op een
toekomstige vorm van
schone energiewinning:
de bolbliksem.
We hebben deze zomer alweer enke
le stevige onweersbuien achter de
rug. Iedereen kent het verschijnsel:
na een warme, vochtige en druk
kende periode verschijnen in de
loop van de dag een paar torenhoge
kolomvormige wolken aan de he
mel. Donderwolken.
door Ben Apeldoorn
Terwijl de hemel donkerder wordt, de
wind afneemt maar de lucht steeds war
mer en vochtiger aanvoelt, begint het in
de verte onheilspellend te rommelen.
Dreigende, zwart grijze wolken pakken
zich samen en grote waterdruppels val
len petsend neer. Dan ineens een ver
blindende lichtflits: een grillige 'vuur-
vork' doorklieft de hemel, gevolgd door
een daverende donderslag. De krachtig
ste, meest energierijke en tot dusverre
ontembare vonk in de natuur manifes
teert zich: de bliksem.
Dit tomeloze fenomeen intrigeert de
mensheid al honderden generaties lang,
maar pas sinds enkele jaren bestudeert
men de woeste verschijning met meer
dan gewone interesse. Wetenschappers
proberen het gedrag ervan beter te be
grijpen. Er zijn er zelfs die verwoed po
gen een (nog) vermetele theorie aan de
praktijk te toetsen: bolbliksems als on
uitputtelijke stroombronnen.
Botsen
'De wolken botsen gewoon' was - en is
vaak nog steeds - het antwoord van veel
ouders aan nieuwsgierige kinderen die
vragen naar de oorzaak van dat geflits en
die herrie buiten. Eigenlijk is dat ant
woord niet eens helemaal onjuist. Een
bepaald soort wolken, onweerswolken,
bezit als gevolg van grote onstabiliteit in
de lucht zo'n sterk stromingspatroon dat
zich in zo'n wolk sterke positieve en ne
gatieve ladingen beginnen op te bou-
I Een onweerswolk, ook wel cumulo-
I nimbus genoemd, lijkt daarbij op een
I enorme elektro-statische generator. Het
sterker worden van die ladingen (veld
sterkten genoemd) heeft op zeker mo
ment het overspringen van een vonk, de
bliksem, tot gevolg.
Hoe dat stromingspatroon in een don
derwolk die enorme spanningsverschil
len en stroomsterkten opbouwt, is nog
niet precies bekend. Vastgesteld is al
wel dat de zich in de top van een cumu
lonimbus vormende en naar beneden
vallende hageldeeltjes, samen met om-
hooggestuwde waterdruppeltjes, daarbij
een belangrijke rol spelen.
Op het aardoppervlak onder de wolk
worden ook ladingen opgewekt en als
het ladingsverschil tussen wolk en
grond enige miljoenen Volts bedraagt,
kan een ontlading plaatsvinden tussen
aarde en wolk. In de wolk zelf ligt de
kritieke ladingsdrempel, vóór een ontla
ding, gemiddeld genomen bij een half
miljoen Volt.
Heel simpel lijkt het: er springt alleen
maar een vonk over. Maar zo eenvoudig
is het niet. Met ultra-lichtgevoelige ap
paratuur lukte het om de ware aard van
het bliksempatroon vast te leggen. Daar
bij bleek dat de energie-ontlading bij
voorkeur de weg van de minste weer
stand zoekt. Een 'verkenners-flits' zig
zagt langs die weg naar omlaag met een
snelheid van rond 100 kilometer per se
conde. Langs die baan blijft, gedurende
een onderdeel van een seconde, een
slechts enkele millimeters breed lint van
aangeslagen (geïoniseerde) lucht achter.
Vorige week richtte een windhoos in het
Veluwse plaatsje Oldebroek grote
vernielingen aan. Dergelijke
verwoestende hozen behoren in ons land
tot de zeldzame natuurverschijnselen.
De laatste zware hoos was die van 11
augustus 1972 die op Ameland een hele
camping verwoestte. Hoe onstaan deze
hozen?
Kansas, 22 juni 1928, vroeg in de mid
dag. Wil Keiler, bezig met landbouw-
werkzaamheden, wordt plotseling door
een zware storm overvallen en zoekt be
schutting in een grote kuil.' Inktzwarte
lucht drijft snel naderbij en opeens ge
beurt er wat Keiler al vreesde: „Een
zwarte slurf schoot omlaag en kwam
recht op me af. Er was een geluid te ho
ren dat tegelijk fluitend en bulderend
was. Maar zonder nadere aankondiging
steeg het uiteinde toch weer op, mis
schien maar vijftig meter bij mij van
daan. Doodstil was alles terwijl de torna
do boven me dreef. Het duurde mis
schien maar enkele seconden, maar het
leek een eeuwigheid. Ik waagde het om
hoog te kijken en door de monsterachti
ge aanblik gingen mijn nekharen over
eind staan. Het uiteinde van de slurf
hing precies recht boven mijn hoofd. Ik
hoorde een hoog schreeuwend sisgeluid
dat uit het uiteinde van de slurf kwam.
Ik besefte recht in het hart van de torna
do te kijken. Er was een cirkelvormige
opening in de trechter met een middel
lijn van misschien 15 tot 30 meter en het
leek mij zo'n 800 meter hoog te zijn. De
Langs dat 'geëffende' traject, maar nu
in tegengestelde richting (dus van bene
den naar boven), schiet met een snelheid
van 30.000 kilometer per seconde een
machtige energiegolf omhoog.
Gedurende een fractie van een secon
de heerst in het millimeters brede ka
naal een stroomsterkte van 50.000 tot
200.000 ampère. De lucht wordt abrupt
verhit tot 30.000 graden, zet geweldig uit
en het is die schokgolf die we als donder
kennen. De donder is dus de 'klap' waar
mee de vonk overslaat.
Dat we niet één klap maar een geleide
lijk wegebbend gerommel horen, komt
door de grillige vorm van het stroomka
naal waarlangs de lucht zich in alle rich
tingen uitzet. Daarnaast worden de ge
luidsgolven ook door allerlei atmosferi
sche omstandigheden en obstakels ver
vormd en weerkaatst.
Soms schieten nog meer flitsen langs
hetzelfde traject op en neer. Men spreekt
dan van een meervoudige ontlading.
Mede door het eerbiedige ontzag dat
de mensheid van oudsher voor onweer
koesterde, duurde het tot het midden
van de achttiende eeuw voordat men
ontdekte dat de lucht tijdens onweer vol
met elektriciteit zat. Het was de Ameri
kaanse politicus en wetenschapper Ben
jamin Franklin die dit op 6 augustus
1752 met een levensgevaarlijk experi
ment bewees.
Tijdens een hevige onweersbui liet hij
doodgemoedereerd een zijden vlieger op
aan een dunne koperen draad. Toen de
vlieger eenmaal 'stond' hing hij een gie
tijzeren sleutel aan de draad en hield
daar zijn vinger bij: talloze vonkjes
sproeiden over de korte afstand tussen
sleutel en vinger.
zijkanten van die opening bestonden uit
woest ronddraaiende wolken. Alles was
duidelijk zichbaar dank zij de bliksem
stralen die onophoudelijk van de ene
naar de andere kant flitsten. Onderaan
de rand van de wervelwind leken voort
durend kleine tornado's te worden gebo
ren. Het leken staarten, omdat ze rond
het uiteinde van de slurf kronkelden.
Hun levensduur was steeds maar enkele
seconden. Deze kleintjes maakten ook
het sisgeluid dat ik al eerder hoorde.
Maar het meest spookachtige was toch
wel dat ding dat ik midden in de trech
teropening zag. Het leek op een losge
scheurde wolk, maar het ging als een be
zetene op en neer".
Overleefd
Aldus het relaas van Keiler, voorzover
bekend de enige mens die een blik in de
slurf van een tornado heeft overleefd.
Dat dat mogelijk was kwam omdat de
slurf zich vlak voor Keiler al losmaakte
van de aarde waarmee meteen de alles
verwoestende werking van de tornado
ophield. Daaraan dankte Keiler zijn le
ven.
Een tornado is eigenlijk hetzelfde als
een hoos of een windhoos: een zeer sterk
omhoog gerichte wervelende beweging
van lucht op kleine schaal. Een hoos is
gemiddeld genomen de 'kleine broer'
van de tornado. Qua vernietigingskracht
haalt zelfs de zwaarste orkaan het niet
bij een tornado. Het reusachtige spiraal
vormige wolkenpatroon van een orkaan
kan soms wel 500 kilometer in doorsnee
meten, terwijl een diameter van 500 me-
Bij ontladingsverschijnselen komen
dus enorme hoeveelheden energie vrij;
energie die ook vernietigend kan uitpak
ken vanwege de buitengewoon korte
tijd waarin die wordt ontwikkeld. De
bliksem kan een boom in tweeën splij
ten, mens en dier doden en zelfs huizen
onherstelbaar beschadigen. Het gedrag
van de bliksem is bijna even grillig als
zijn baan. Er zijn mensen die, na door de
bliksem te zijn getroffen, alleen maar tij
delijk in shock-toestand verkeren en er,
in uitzonderlijke gevallen, zelfs een
sterk verbeterde gezondheid aan over
houden.
Leren lopen
Zo werd ooit een vanaf zijn geboorte
grotendeels verlamde rolstoelpatiënt,
zittend voor het raam, getroffen door de
bliksem. Raam en sponning werden gro
tendeels vernield, de rolstoel werd met
inzittende en al dwars door de kamer ge
slingerd en er ontstond een begin van
brand. Na een paar dagen begon het
slachtoffer gevoel in zijn benen te krij
gen en een paar weken later onderging
hij een tweede, totaal nieuwe ervaring:
hij leerde lopen.
Het gedrag van de bliksem en z'n ge
weldige energie-ontwikkeling is voor
veel wetenschappers al heel lang een
bron van studie en praktisch onderzoek.
Ruwweg vindt er vanuit drie richtingen
onderzoek plaats. Allereerst vanuit de
zuiver weerkundige (meteorologische)
hoek: waar, -wanneer en hoe intensief
treden onweersbuien op en met welke
meteorologische bijverschijnselen (ha
gel, windstoten, hozen en dergelijke)
gaat dat eventueel gepaard? Gegevens
ter voor een tornado al geweldig groot is.
Het- ontstaansprincipe is echter het
zelfde: een onstabiele, licht wervelende
luchtmassa die opstijgt rond de kern van
een gebied met zeer lage luchtdruk (de
pressie). Deze beweging is nog het best
te vergelijken met water dat door de af
voer van een gootsteen of een ligbad
wegstroomt. Bij de afvoer raakt het wa
ter in een heftig draaiende beweging
rond een duidelijk zichtbaar 'slurfje'. In
het geval van een tornado of hoos is die
slurf sterk verlengd, en zodra die de
grond bereikt wordt er van alles naar bo
ven gezogen, ook zware voorwerpen.
Een hoos die een wateroppervlak raakt
zuigt grote hoeveelheden water op en
wordt daarom simpelweg waterhoos ge
noemd.
De maximale windsnelheid binnen
een tornado is niet precies bekend, om
dat tot dusverre geen enkele windmeter
een tornado heeft overleefd. Volgens fo
toseries en filmbeelden van tornado's
moeten er windsnelheden voorkomen
tussen 270 en 380 kilometer per uur.
Maar bij een tornado of een zware hoos
is niet alleen de verwoestende kracht
van de wind in het spel. De druk in de
kern is namelijk abnormaal laag. Hoe
laag. is - ook al vanwege die verwoesten
de krachten - nog steeds niet gemeten.
Levensgevaarlijk
Die zeer lage druk kan onder meer tot
gevolg hebben dat gebouwen, waar de
hoos overheen trekt, gewoonweg uit el
kaar springen. Het drukverschil treedt
zo abrupt op dat muren en ramen de
die inzicht verschaffen in het verloop en
de gevolgde koers van een onweersbui.
Het Koninklijk Nederlands Meteorolo
gisch Instituut (KNMI) te De Bilt maakt
hierbij dankbaar gebruik van waarne
mingen die door weeramateurs in het
hele land zijn verkregen. Dit type (blik-
sem)or.derzoek is in feite het oudst; de
eerste gerichte onderzoekingen vonden
al in Franklins tijd plaats.
Ten tweede het onderzoek met een
statistisch oogmerk. Sedert eind 1986
heeft de afdeling Elektrotechnisch On
derzoek van de NV KEMA te Arnhem
een meetnet van bliksem-detectiesyste-
men in gebruik genomen. De bedoeling
van dit meetnet is niet zozeer het ver
loop van een onweersbui te volgen, maar
vooral inslaande bliksems te localiseren.
Na verloop van een aantal jaren hoopt
men een duidelijk beeld te hebben ver
kregen van het gemiddelde gedragspa
troon van bliksemontladingen boven
Nederland. Populair gezegd; zijn er ge
bieden in Nederland waar de bliksem
vaker inslaat, en dus meer schade ver
oorzaakt. dan elders en, zo ja, wat voor
preventieve maatregelen kunnen er dan
genomen worden om de schade zoveel
mogelijk te beperken.
Computers
Zo hebben hoogspanningsleidingen
geregeld te lijden van blikseminslag; en
wat te denken van een voltreffer in een
niet bliksembeveiligd bedrijf dat met
computers werkt. Hard- en software zijn
juist voor statische invloeden en regel
rechte elektrische storingen en invloe
den buitengewoon gevoelig. Men schat
dat alleen al met blikseminslag jaarlijks
plotselinge overdruk van binnenuit niet
aankunnen en bezwijken. Een tornado
of zware hoos is levensgevaarlijk. De he
vige opwaartse winden zijn zo sterk dat
soms wel eens hele treinen worden op
getild en een eind verder worden neer-
gesmakt. Allerlei voorwerpen vliegen
als kogels in het rond en het is zelfs voor
gekomen dat personen ernstig gewond
raakten door stukjes die zich als pijlen
diep in het vlees hadden geboord. Het
geluid van een naderende tornado kan
nog het best vergeleken worden met een
formatie laag overvliegende straalvlieg
tuigen.
De meest verwoestende tornado's ko
men voor in de zogeheten 'tornado
straat', een brede strook die vanaf de
Amerikaanse staat Texas, via Kansas en
Illinois tot in Canada loopt. Het meren
deel van de huizen in die staten is voor
zien van een zogenaamde tornadokelder
onder het huis. Jaarlijks woeden er bo
ven de Verenigde Staten gemiddeld 700
tornado's die ieder jaar, ondanks de
waarschuwingssystemen en de schuil
kelders, rond de 100 doden eisen.
Tornado's komen in ons land zelden
voor. Deze eeuw waren het er zes die
grote schade in de getroffen gebieden
aanrichtten: in Borculo 10 augustus
1925); het Overijsselse plaatsje Neede (1
juni 1927); de Kroondomeinen nabij
Apeldoorn (23 augustus 1950); Chaam en
Tricht(25jum 1967); Ameland (11 augus
tus 1972) en ten slotte Oldebroek (17 juli
1987). Alleen bij de hozen van Oldebroek
en die van de Kroondomeinen waren
geen slachtoffers te betreuren.
een schadepost van vele tientallen mil
joenen guldens is gemoeid. Verzeke
ringsmaatschappijen zullen dus zeker
geïnteresseerd zijn in het localiseren van
inslaggevoelige gebieden.
De KEMA koos vier meetplaatsen in
Nederland uit, die om technische rede
nen zo veel mogelijk op de hoekpunten
van een groot vierkant moesten liggen.
In die vier plaatsen (Assen, Alkmaar,
Zierikzee en Arnhem) werden vier
LPAT-ontvangstsystemen geïnstalleerd
(LPAT=Lightning Position And Trac
king).
Hiermee kan men niet alleen plaats en
tijd van een blikseminslag bepalen,
maar ook sterkte en golfvorm van de
ontlading. Voor bijna geheel Nederland
bedraagt de fout in de positiebepaling
van een ontlading maximaal 800 meter.
Om het effect van blikseminslag in
hoogspanningsleidingen te kunnen na
gaan en te vergelijken met registraties
daarvan door de LPAT-ontvangers, wor
den in de zomermaanden metingen ver
richt in de hoogspanningsleiding van
220.000 Volt tussen Hessenweg en Hoo-
geveen.
Het KNMI heeft de KEMA overigens
geadviseerd om dit bliksemdetectiesys-
teem gedurende minstens elf jaar, een
volledige zonnecyclus, in bedrijf te hou
den omdat meteorologen sterke vermoe
dens koesteren dat de 11-jarige vlekken-
cyclus van de zon ook van invloed is op
lokale weersgesteldheden.
Er is nog een derde type onderzoek
aan bliksemontladingen, aan een spe
ciaal soort ontlading: de bolbliksem.
Bliksem, niet in de vorm van een lich
tend, grillig gevormd energielint, maar
in de vorm van een bol.
Spektaculair
De bolbliksem is nog steeds een van
de meest raadselachtige en spektaculai-
re natuurverschijnselen die we kennen.
Zó spectaculair dat het bestaan ervan in
wetenschappelijke kringen lange tijd
ontkend werd. Meestal wordt een bol
bliksem waargenomen als een fel lich
tende bol, die gewoonlijk weinig schade
aanricht en zowel geruisloos als met een
zware knal pleegt te verdwijnen. Hij ver
schijnt soms op de onmogelijkste plaat
sen en dan nog op een even spookachti
ge als angstaanjagende manier.
Daar kan een Amerikaans gezin over
meepraten. In het begin van de jaren
zestig, terwijl buiten een hevig onweer
opkwam, hadden de gezinsleden zich
binnen rond een tafel geschaard waarop
een pan met verleidelijk dampende soep
stond. Na een geweldige bliksemflits,
onmiddellijk gevolgd door een oorver
dovende donderslag, zag men in de ka
mer hoe plotseling een felgloeiend,
blauwwit bolletje verscheen op de plaats
waar de stroomdraad van de boven de
eettafel hangende lamp in het plafond
verdween.
Binnen een halve minuut groeide het
bolletje uit tot een kleine voetbal met
een verblindende gloed. Tot afgrijzen
van de toeschouwers maakte de bol zich
op zeker moment los van het plafond en
huppelde vrolijk langs de draad en de
lampekap naar beneden. Er was iets als
een knisperend geluid te horen en er
hing een doordringende ozonlucht in
het vertrek. Als verlamd zagen de ge
zinsleden toe hoe de bol vlak boven de
pan met soep bleef hangen en daarin
met een luide plof verdween.
Hoe een bolbliksem zo lang kan blij
ven bestaan is nog steeds onderwerp
van geavanceerd wetenschappelijk on
derzoek. Duidelijk is in elk geval wel dat
een bolbliksem bestaat uit een zeer heet,
geïoniseerd gas: een plasma. De omstan
digheden die in zo'n plasmabol moeten
heersen, hebben sommige onderzoekers
ertoe gebracht te veronderstellen dat
zich in draadvormige gebieden in de bol
kernfusieprocessen afspelen. Daar ko
men zeer grote hoeveelheden energie bij
vrij die, zo denkt men, op een of andere
manier verantwoordelijk zijn voor het
ongewone bestaan van de bol.
Ontginnen
Als die processen inderdaad in bol
bliksems voorkomen dan zou het, zeker
gezien de uitputting van fossiele brand
stoffen in de nabije toekomst, alleszins
de moeite waard zijn om te onderzoeken
of we de bolbliksemenergie kunnen ont
ginnen. We hoeven dan ook niet meer te
wachten tot rond het jaar 2040 wanneer
men, volgens de huidige verwachtingen,
technisch in staat zal zijn de ontzagwek
kend hoge temperaturen, die in een
kernfusiereactor moeten heersen, te
controleren. De natuur reikt ons de op
lossingen in feite al aan in de vorm van
(zeldzame) bolbliksems.
Er is echter één probleem: hoe houd je
zo'n 'klein zonnetje' lang genoeg in
stand om de fusie-energie 'af te tappen'?
Het lijkt simpel: veroorzaak een vonk en
koester die zodanig dat hij vonk blijft.
Gewone lichtschakelaars vertonen, bij
het onderbreken van de stroom, ook een
vonkje; een piepklein bliksempje dus.
Een deel van de oplossing lijkt dus te
liggen in het gebruik van een massieve
schakelaar en een zo groot mogelijke
stroomsterkte. Bij het afschakelen komt
nu een enorme vonk (meer een bol) vrij,
maar hoe houd je die nu lang genoeg
'aan' om er wat mee te kunnen doen?
Met dat probleem houdt de in 1983 op
gerichte Rotterdamse vennootschap
Convectron NV zich bezig. Vonden de
proefnemingen aanvankelijk vooral in
een met honderden zware onderzeeboot
accu's volgepakte hangar plaats, sedert
medio juli van dit jaar experimenteert
men in het De Zoeten Laboratorium van
de KEMA te Arnhem, waar nog veel ho
gere spanningen en stroomsterkten kun
nen worden bereikt. De eerste resultaten
zijn dermate bemoedigend dat het prak
tische en theoretische onderzoek met al
le mogelijke middelen wordt voortgezet.
Aan het eind van de zomer van 1986 be
reikte men een stroomsterkte van niet
minder dan 150.000 ampère. Filmbeel
den bleken inderdaad vuurbollen te ver
tonen met een middellijn van tien centi
meter en een levensduur van een secon
de.
Schoner
Als de volgende onderzoeksfasen suc
cesvol worden afgesloten en de nu nog
futuristisch aandoende energie-ontgin-
ning van kunstmatig opgewekte bolblik
sems goed van de grond is gekomen,
dan kan, volgens de onderzoekers van
Convectron. elektriciteit 60 tot 80 pro
cent goedkoper worden geproduceerd
dan thans En ook vele malen schoner.
Volgens het door Convectron, op basis
van zeer recente physische binnen- en
buitenlandse resultaten ontwikkelde
bolbliksem-modcl waarvan gedeelten
zijn gepubliceerd in vooraanstaande
vakbladen als 'Nature' en 'Journal of
Applied Physics', moet het mogelijk zijn
om een eerste kernfusie-bolbliksem-
reactor rond het jaar 1992 operationeel te
hebben.
Maar tot die tijd is de bliksem nog
geen zegen voor de mensheid, al is het
schitterend om ernaar te kijken.
