Hagel (De), een natuurverschijnsel, dat dikwijls groote schade veroorzaakt, behoort tot de vochtige neêrslagen van den dampkring (hydrometeoren). Hij onderscheidt zich van de sneeuw, doordien hij geene losse vlokken, maar digt bevrozene, harde ijsmassa’s vormt van verschillende grootte en gedaante.
De hagelkorrels zijn wel eens zoo groot als eene walnoot, ja, zelfs als een hoender- of gans-ei en vertoonen eene ondoorzigtige kern, door gelijkmiddelpuntige ijslagen omgeven. De buitenste oppervlakte is doorgaans half of geheel met wratachtige verhevenheden bedekt, welke niet zelden nog al puntig zijn. De gedaante dier hagelkorrels is somtijds nagenoeg bolvormig, somtijds afgeplat of ellipsoïdisch, en ook wel onregelmatig; slechts in enkele gevallen hebben zij een symmetrischen vorm. Gemelde ijslagen zijn óf alie doorzigtig óf afgewisseld door sommigen, welke mat zijn, evenals de kern. Doorgaans vindt men in de korrel kleine luchtbelletjes, die van de kern naar den omtrek straalvormig gerangschikt zijn.
De verschijnselen in den dampkring vóór en gedurende eene hagelbui zijn zeer verschillend. Zulke buijen vallen betrekkelijk het meest in het voorjaar, — somtijds ook in den winter. Zij ontstaan veelal plotselijk en zijn kort van duur, vergezeld door een vrij sterken wind. Groote hagelsteenen vormen zich alleen in de zomermaanden en vertoonen zich in den regel niet later dan tot aan de herfstevening. De verschijnselen bij de komst van eene hagelbui zijn gewoonlijk dergelijke als wij bij een onweder opmerken. Eene drukkende warmte gaat gewoonlijk vooraf.
Dan verheffen zich plotselijk donker-grijze wolken met uitgescheurde randen; zij rijzen met groote snelheid omhoog, terwijl felle bliksemschichten het sombere gevaarte klieven. Een geweldige wind doet de stofwolken op den aardbodem wervelend opstijgen en stuwt tevens de hagelbui over het bedreigde gewest. Onmiddellijk daarna volgt de uitbarsting van het onweder, en in eene zeer schuinsche rigting vallen de hagelsteenen op den grond. De warmte daalt tevens plotselijk ten bedrage van 5 of 6 graden C. Het geraas der in den dampkring tegen elkander kletterende hagelsteenen overstemt zelfs het gerommel van den donder, en in weinige minuten is gewoonlijk de verwoestende bui voorbijgesneld. Zelden duurt hij 15, — hoogst zelden 30 minuten.
Daarna echter is de bui geenszins vernietigd, maar naar elders getrokken, en zij beschrijft gedurende haren loop, evenals de orkaan, meestal eene kromme lijn. Zij is gewoonlijk smal, maar heeft bij eene gemiddelde breedte van slechts 2000 tot 7000 Ned. el eene lengte, die geogr. mijl bedraagt. De verwoesting, die zij veroorzaakt, is afhankelijk van de grootte der hagelsteenen. Verschrikkelijk was onder anderen de hagelbui, die den 27sten October 1860 over Leipzig trok. Van hagelsteenen, die toen nederdaalden, geven wij hierbij afbeeldingen in natuurlijke grootte. Fig. 1 is die van een hagelsteen, welke door Rosmäszler werd waargenomen. Fig. 2 a vertoont ons de bovenste oppervlakte van een der grootste hagelsteenen volgens eene teekening van Thieme.
Hij was van onderen glad en gewelfd, zooals blijkt uit de loodregte doorsnede in flg. 2 b. In fig. 2 c zien wij de horizontale doorsnede van den hagelsteen, en men ontwaart hier duidelijk de inwendige kern van het uitwendig omhulsel, alsmede den straalvormigen bouw. De puntige verhevenheden op de oppervlakte ontdekte men bij de meeste steenen, welke bij die gelegenheid nederdaalden. Zonderling is voorts de gedaante van den steen, in figuur 3 door den schilder W. Georgy afgebeeld. Hij onderscheidt zich zoowel door zijne grootte als door zijne symmetrische gedaante. Ook hier vinden wij de puntige verhevenheden slechts op de ééne helft der oppervlakte, en de andere is niet glad, zooals die van figuur 2, maar door insnijdingen in 9 regelmatige deelen verdeeld.
Merkwaardig is vooral de navelvormige verdieping op de plek, waar die 3 deelen zich vereenigen. Toen de bui afgetrokken was, had zij Leipzig als een tooneel van verwoesting achtergelaten. Niet alleen bladeren en twijgen, maar vrij dikke takken waren van de boomen geslagen, de ruiten en dakpannen der huizen in stukken geslagen, en ook de leijen daken doorboord, — ja, zelfs vele menschen waren gewond en paarden ter aarde gestort.
Voorheen was men van meening, dat des nachts nooit hagelbuien ontstonden, doch de ondervinding heeft het anders geleerd. De aardgordel, waarop hagel valt, is ongeveer tusschen 30 en 60° N. B. gelegen. Moeijelijk is het voorzeker, eene voldoende verklaring te geven van het ontstaan van den hagel. Hierbij vereischen in de eerste plaats vooral 2 zaken onze aandacht, welke aanleiding geven tot de vragen: Welke is de oorzaak van de plotselijke en aanmerkelijke daling der warmte in de dampkringslagen, waar de hagel ontstaat? — en: Hoe is het mogelijk, dat de hagelsteenen in een betrekkelijk korten tijd zulk een aanmerkelijken omvang kunnen bekomen? Of liever, wanneer zij hiertoe lang genoeg in den dampkring blijven — welke is de kracht, die hen aldaar zwevende houdt?
Eene merkwaardige proef met betrekking tot laatstvermelde aangelegenheid is die van Volta. Het feit, dat de hagelbuijen steeds van onweders vergezeld gaan, bragt dezen natuurkenner op de gedachte, dat de electriciteit de voornaamste oorzaak der hagelvorming is. Volgens zijn gevoelen bestaan de wolken uit kleine belletjes of blaasjes, met waterdamp gevuld. Die blaasjes worden door de electriciteit afgestooten en naar hoogere, koudere luchtgewesten opgestuwd. Hier vereenigen zij zich tot kleine waterdroppels, welke gedeeltelijk verdampen, daarbij hunne electriciteit verliezen, alsdan door de daaronder aanwezige wolk aangetrokken worden, daarna wederom opklimmen enz. Door de verdamping wordt volgens Volta de temperatuur zoo aanmerkelijk verlaagd, dat de droppels bevriezen en bij het gedurig dalen en klimmen telkens met nieuwe ijslagen bedekt worden, totdat zij eindelijk zoo groot worden, dat zij door de onderste wolkenlaag heen op den aardbodem vallen.
Hij gaf aan deze theorie eene groote mate van waarschijnlijkheid door 2 boven elkaar gelegene wolkgevaarten aan te nemen, van welke het ééne positief- en het andere negatief-electrisch moest zijn. De hagelkorrels werden alzoo tusschen die beiden gestadig heen en weder gestooten, totdat zij eene voldoende grootte hadden bereikt. De tegenwerping, dat de beide wolken elkander moesten aantrekken, zocht Volta te ontzenuwen door de opmerking, dat de onderste wolk door de aarde en de bovenste door nog hoogere wolken werd aangetrokken en vastgehouden. Men zou dus het verschijnsel der hagelvorming kunnen vergelijken met den electrischen poppendans.
Intusschen heeft men later ingezien, dat de verklaring van Volta onvoldoende is. In de eerste plaats is het niet alleen onwaarschijnlijk, maar zelfs onmogelijk, dat door verdamping in eene luchtlaag, die gewone wolken bevat, de temperatuur beneden het vriespunt zou dalen. Voorts kan men de wolken niet vergelijken met electrische vaste ligchamen, die genoegzamen wederstand bieden, om het doorvallen der hagelsteenen te verhinderen.
Immers zelfs de kleinste hagelsteenen zouden onder dergelijke omstandigheden door de onderste wolkenlaag heen den aardbodem bereiken. Er moet derhalve nog eene andere kracht bestaan, welke de hagelsteenen in den dampkring doet zweven totdat zij zulk een aanmerkelijken omvang bezitten. Anders toch zouden er zulke groote ijsklompen niet kunnen ontstaan.
Hoogst belangrijk zijn de proeven van den hoogleeraar Dufour te Lausanne, daar het hem gelukt is, de omstandigheden te doen ontstaan, bij welke zich hagel kan vormen, zoodat er bevrozen watermassa’s ontstonden, die op hagelsteenen geleken. Het is namelijk een bekend feit, dat het water niet altijd bevriest, wanneer het tot het vriespunt is afgekoeld. Onder zekere voorwaarden blijft het nog vloeibaar tot ver beneden het vriespunt. Wanneer men bijvoorbeeld een fleschvormigen bak met een langen, naauwen hals geheel met water vult,en hem daarna blootstelt aan eene felle koude, dan kan de temperatuur van het water tot — 6, ja tot — 10° C. dalen, zonder dat er zich eenig spoor van ijsvorming vertoont. Daarna is een kleine schok veelal voldoende om de geheele massa plotselijk te doen verstijven. Dufour nam nu de proef, om water, dat niet in aanraking was met vaste ligchamen, tot beneden het vriespunt af te koelen en volbragt haar zonder moeite.
Het middel waarvan hij zich bediende, om de aanraking met vaste ligchamen te beletten, bestond uit een mengsel van chloroform en olie. Aan zulk een mengsel kan men de digtheid van water geven, en daar het zich niet met water vermengt, blijven de waterdeeltjes, die men er bijgiet, er in zweven. Die bolvormige deeltjes kan men met de waterbolletjes vergelijken, welke in den dampkring drijven. Het bleek, dat die waterbolletjes eene afkoeling konden verduren tot —10° C. zonder hunne vloeibaarheid te verliezen, doch zij verstijfden tot een ijsbolletje, zoodra men ze met een vast ligchaam, bijvoorbeeld met een ijzerdraad, aanraakte, terwijl deze ijskegeltjes andere waterdroppels bij aanraking deden bevriezen. Het is gebleken, dat bij eene niet al te lage temperatuur die bevriezende bolletjes zich vereenigen en aanmerkelijke ijsmassa’s kunnen vormen, welke op groote, zamengestelde hagelsteenen gelijken.
Het is dus de vraag of in de hooge dampkringslagen iets dergelijks kan plaats hebben, — of aldaar dropvormig vloeibaar water kan zweven, welks temperatuur lager is dan het vriespunt? Hiertegen is geenerlei bezwaar. De mogelijkheid bestaat alzoo, dat eene geheele wolk zich in dien toestand kan bevinden, en wij kunnen ons gemakkelijk voorstellen, dat het verstijven der daarin zwevende waterdroppels met groote snelheid kan plaats grijpen, zoodra die verstijving slechts ergens in de wolk een aanvang genomen heeft. Dat zoo iets geschiedt, blijkt mede uit den vorm der hagelsteenen. Deze hebben eene op sneeuw gelijkende, ondoorzigtige kern, door concentrische ijslagen omgeven. Volgens de proef van Dufour ontstaat de kern bij eene temperatuur van althans — 7°C., terwijl de daarop volgende lagen zich vormen bij eene warmte van — 4° tot — 1° C. Stelt men zich eene sterk afgekoelde wolk voor, welke door ijsnaalden, welke er uit hoogere gewesten in doordringen, tot verstijving komt, dan worden de eerstgevormde bolletjes bij eene temperatuur van — 7°C. ondoorzigtig.
Hierdoor echter wordt warmte ontbonden, die de temperatuur der nabijgelegene waterbolletjes verhoogt, zoodat deze bij aanraking met de kern zich met deze vereenigen en haar geheel of gedeeltelijk omhullen. Op die wijze groeit de kern aan alle kanten aan, en wanneer eindelijk de temperatuur — 3 tot — 4° C. bedraagt, kunnen op de geheele oppervlakte van den hagelsteen hoekige ijsmassa’s ontstaan, welke in deze gedaante ter aarde vallen. Dat alles kan in weinige seconden geschieden, en het spreekt van zelf, dat de hagelsteen ook op zijn weg door den vochtigen dampkring nog in grootte kan toenemen.
Op deze wijze kan derhalve de ééne vraag, die wij met betrekking tot de hagelvorming opperden, op eene bevredigende wijze beantwoord worden, zoodat wij thans slechts eene verklaring behoeven te zoeken van de plotselijke verlaging van temperatuur in de regenwolken. Hoewel de wetenschap der dampkringskunde nog op verre na niet in alle Verborgenheden der dampkringsverschijnselen is doorgedrongen, kan men de omstandigheden, die bij eene hagelbui plaats grijpen, zeer goed in verband brengen met sommige natuurkundige wetten. Door de felle hitte der zon wordt de aarde en de aldaar aanwezige vochtigheid sterk verwarmd, zoodat er eene aanmerkelijke opstijging van met waterdamp beladene dampkringslucht plaats heeft. Heerscht er stilte, dan kan zulk eene verwarmde luchtkolom zich tot eene aanzienlijke hoogte verheffen, zonder hierbij in de lagere dampkringsgewesten zoo sterk te worden afgekoeld, dat zij haar water in de gedaante van wolken verliest. Wanneer nu de met waterdamp beladene lucht zich allengs hooger verheft, moet zij wegens de verminderende dampkringsdrukking allengs ijler worden en alzoo tot haar verzadigingspunt naderen. Is dit bereikt, dan kan zij zich niet verder uitzetten zonder dropvormig-vloeibaar water te doen ontstaan.
Geschiedt zulks, dan wordt, bij de verdigting van den waterdamp, het volumen der dampkringslucht verminderd, daar de waterdamp eene ruimte beslaat, welke 1700-maal zoo groot is als het water, dat hij vormen kan. Dientengevolge stroomen de nabijgelegen luchtmassa’s derwaarts, en daar dit alles ver boven de sneeuwgrens voorvalt, koelen de waterdroppels af zonder te bevriezen. Van onder stijgt bij voortduring de luchtstroom met zijn voorraad waterdamp omhoog, en zoo ontstaat ten laatste een groot wolkgevaarte van vloeibare, ver beneden het vriespunt afgekoelde waterdroppels, en dat wolkgevaarte wordt nog kouder, naarmate het langer in die hooge gewesten vertoeft. Voorts worden de waterbolletjes allengs grooter, en de wolk begint te dalen. Intusschen wordt door vermelde vermindering van het volumen der dampkringslucht ook de opstijgende stroom veel sterker, zoodat ook hier de aanliggende luchtmassa’s toeschieten en een wervelstroom doen ontstaan, zoodat zij langs de oorspronkelijke kolom spiraalgewijs omhoog gaan. Hoe sneller nu het water in de koude wolkenlaag tot digtheid komt, hoe meer de wervelwind in hevigheid toeneemt. De wolk bevindt zich als het ware in het midden van dien wervelstroom en komt ook zelve in eene sterke beweging, en wanneer nu slechts hier of daar eenige omstandigheid — de aanraking met een vast ligchaam, b. v. door den wervelwind medegesleept — aanleiding geeft tot verstijving, dan ontstaat de hagelvorming.
De wervelstroom beweegt zich echter niet enkel om zijne as. Even als de orkaan schrijdt hij tevens voorwaarts langs eene kromme lijn, hetgeen door onze waarnemingen omtrent den loop der hagelbuijen bevestigd wordt.
Vele meteorologen maken onderscheidt tusschen sneeuwkogel, die geene kristallijne kern bezit, uit zaâmgepakte sneeuw bestaat en veelal in den winter valt, en tusschen eigenlijken hagel. Wij behoeven naauwelijks te zeggen, dat wij bepaaldelijk over laatstgenoemden gehandeld hebben.
Over hagel-afleiders zullen wij niet spreken. Immers het blijkt — bijaldien wij omtrent de hagelvorming de theorie van Dufour aannemen —, dat zij tot de onmogelijkheden behooren. Wanneer de hagelsteenen eenmaal aan het vallen zijn, volgen zij de rigting der zwaarte zonder zich te laten afleiden. De voorstanders dier toestellen verkeeren steeds in de meening, dat de hagel in verband staat met de electriciteit.
