‘Elke bliksemflits bevat genoeg elektrische energie om een auto van Berlijn naar Peking te laten rijden’

In wolken ontstaan enorme bliksems, felle tornado’s en hagelkorrels zo groot als een voetbal. Maar het grootste wonder, zegt de Italiaanse natuurkundige Vincenzo Levizzani, is dat wolken überhaupt bestaan.

Op een keer werd de wolkenonderzoeker bijna zelf het slachtoffer van een wolk. Vincenzo Levizzani maakte op een zomerse dag een wandeling met zijn vrouw en een van hun kinderen in de Italiaanse Dolomieten. Als natuurkundige wist hij dat er zware onweersbuien zaten aan te komen, maar hij verwachtte ze pas over enkele uren.

‘Ik dacht dat we nog genoeg tijd hadden om rustig op de bergtop te lunchen’, vertelt Levizzani. ‘Mis gedacht. De stormen kwamen te vroeg.’

Tijdens hun afdaling pakten dreigende onweerswolken zich samen, gevolgd door felle hagelbuien en tientallen bliksemschichten, herinnert Levizzani zich. ‘We belandden midden in een apocalyptisch tafereel. We bevonden ons in een extreem gevaarlijke situatie, en dat was mijn schuld.’ Doorweekt en gehavend bereikten ze uiteindelijk via een rotsgeul de parkeerplaats.

Voor de Italiaanse wetenschapper was dat dramatische avontuur een harde les: wolken zijn onvoorspelbaar en kunnen in een oogwenk in chaotische stormen ontaarden. Het is precies dat ongrijpbare karakter van wolken dat Levizzani altijd al heeft gefascineerd.

‘We staan nog steeds ver af van een volledig begrip van wolken’, zegt hij. Over dit eeuwenoude mysterie, dat mensen al millennia proberen te doorgronden, schreef hij Il libro delle nuvole, een handboek om ‘wolken te leren lezen’. Een vleugje poëzie had het wetenschappelijke werk hier en daar misschien goedgedaan, maar welke natuurkundige kan zijn eigen aard ontkennen?

‘Veel mensen beseffen niet dat we het grootste deel van ons leven onder wolken doorbrengen’, zegt Levizzani. Sommige mensen kunnen urenlang naar de hemel staren en wolkenformaties observeren. Dichte, grijze wolken kunnen de stemming bederven, of zo’n immense kracht ontketenen dat ze levens eisen.

Aerosolen

Hoewel Levizzani al tientallen jaren wolken bestudeert, blijft voor hem het grootste wonder dat ze überhaupt bestaan. Hun vorming lijkt simpel genoeg om door een schoolkind begrepen te worden: de zon verwarmt water uit rivieren, zeeën en meren, waardoor het verdampt. De vochtige lucht stijgt op, koelt af en condenseert in minuscule druppeltjes, die samen enorme wolken vormen. ‘Klopt dat?’ vraagt Levizzani. ‘Nee, helemaal fout!’

Om druppeltjes te vormen, zou de atmosfeer eigenlijk drie- tot viermaal vochtiger moeten zijn dan ze werkelijk is. Daarom zijn er microscopische deeltjes nodig waaraan waterdamp kan condenseren, zelfs bij een lage luchtvochtigheid. Die deeltjes zijn niets anders dan het alom aanwezige vuil in de atmosfeer.

Ontelbare hoeveelheden van deze zogenaamde aerosolen zweven in de atmosfeer. Dat kunnen stofdeeltjes uit woestijnen zijn, roet uit bosbranden, of zoutkristallen die door opgezweept zeewater in de lucht terechtkomen.

Wereldwijd wordt jaarlijks meer dan tien miljard ton zeezout in de atmosfeer gebracht – veertig keer meer dan de hoeveelheid zout die mensen uit zoutmijnen en -pannen winnen. Bovendien wordt jaarlijks ongeveer tien miljoen ton aerosolen aangevoerd door meteoroïden die in de atmosfeer verbranden.

Zonder die aerosolen zou het nergens op aarde regenen – alleen dankzij het vuil in de lucht blijft de waterkringloop in stand. Toch is dit proces verrassend inefficiënt: slechts elf procent van de verdampte waterdamp keert als regen naar de aarde terug; de rest verdampt opnieuw. ‘Geen enkele regendruppel is puur water’, zegt Levizzani. ‘Alleen door vervuiling ontstaan regenwolken: is dat niet magisch?’

Suikerspinnen

Het blijft verbazingwekkend hoe een en hetzelfde mechanisme zo’n enorme verscheidenheid aan wolken kan voortbrengen, zegt de natuurkundige. Geen enkele wolk is identiek aan een andere. Cumuluswolken lijken op gigantische suikerspinnen, terwijl cirruswolken eruitzien als fijn geschilderde penseelstreken. Stratuswolken daarentegen bedekken de hemel als een verstikkend laken. En dan zijn er nog de indrukwekkende cumulonimbuswolken, die als dreigende wolkenkastelen tot vijftien kilometer hoog in de atmosfeer reiken.

Wanneer zich voldoende elektrische lading in deze onweerswolken opbouwt, beginnen ze bliksems te genereren, waarbij elke bliksemflits meerdere miljarden joules aan elektrische energie bevat – genoeg om een elektrische auto van Berlijn naar Peking te laten rijden. De regenval uit een enkele onweerscel kan miljoenen kubieke meters water omvatten, wat overeenkomt met de inhoud van een klein meer.

Volgens Levizzani spelen onweerswolken ook een cruciale rol in de afkoeling van de aarde, omdat ze als gigantische spiegels fungeren en grote hoeveelheden zonnestraling de ruimte in reflecteren. Maar als klimaatverandering ervoor zorgt dat deze wolken zich verder naar het noorden en zuiden verplaatsen – waar minder zonlicht aanwezig is – zal hun verkoelende effect afnemen. ‘Deze verschuiving kan de opwarming van de aarde verder versterken’, waarschuwt hij.

Onzekerheid over wolken maakt klimaatverandering nog erger dan eerst gedacht

IJsbommen

In onweerswolken ontstaat ook hagel, maar hoe dat exact gebeurt, weten we nog altijd niet precies. ‘We weten verbazingwekkend weinig over ijskristallen, hagel en andere hydrometeoren,’ zegt Levizzani. Vast staat dat hagelstenen in wolken zo groot kunnen worden als een voetbal. Dergelijke ijsbommen kunnen vliegtuigrompen doorboren of motoren vernietigen, wat verklaart waarom piloten nooit bewust in onweerswolken vliegen.

Onder specifieke omstandigheden kunnen de gevaarlijkste atmosferische verschijnselen ontstaan in cumulonimbuswolken: tornado’s. Een van de vernietigendste ‘hemelmonsters’, zoals Levizzani ze noemt, woedde op 3 mei 1999. Op die dag trokken meer dan 70 tornado’s over de Amerikaanse staat Oklahoma.

Tornado ‘Nummer zeven’ verwierf trieste bekendheid omdat hij de stad Moore volledig verwoestte. Anderhalf uur lang raasde hij over het land, verwoestte duizenden huizen en slingerde auto’s kilometers ver door de lucht. 36 mensen kwamen om het leven. Binnen in de tornado werd de hoogste windsnelheid ooit gemeten op aarde geregistreerd: 484 kilometer per uur. ‘Sinds die ramp is men zich veel bewuster geworden van de gevaren van tornado’s’, aldus Levizzani.

Oceaangolven

Meestal zijn wolken ongevaarlijk, zelfs als ze dreigend ogen. Pas enkele jaren geleden werd een nieuw type wolken, de zogenaamde Fluctus-structuren, toegevoegd aan de wolkenatlas van de Wereld Meteorologische Organisatie (WMO). Die wolken zien eruit als gigantische oceaangolven die over de hemel rollen, of als reusachtige haarlokken.

‘Die natuurlijke fenomenen ontstaan door turbulenties tussen atmosferische luchtlagen’, legt Levizzani uit. ‘Maar sommige mensen dachten dat het om een bezoek van buitenaardse wezens ging of geheime militaire experimenten.’

Sommige mysterieuze wolken, zoals de zogeheten ‘lochwolken’ met een groot gat in het midden, worden zelfs voor UFO’s aangezien. ‘Maar ook hier betreft het geen buitenaards mysterie’, zegt de natuurkundige. ‘Een verkeersvliegtuig heeft simpelweg de wolkendoorbraak veroorzaakt.’

En welk fenomeen verbaast hem zelf nog steeds? ‘Hoe wolken op andere planeten ontstaan’, zegt Levizzani. ‘Daar weten we nog ontzettend weinig over.’ Hij vindt vooral de kleurrijke wolkenpatronen op Jupiter en Saturnus fascinerend, waar ammoniakwolken zich met elkaar vermengen. ‘Kunt u zich dat voorstellen? Dat zijn wolken die zonder water bestaan!’