is een bijzonder heftig atmosferisch verschijnsel, dat wordt gekenmerkt door het overslaan van electrische vonken, de bliksem, en dat gepaard gaat met een rommelend geluid, de donder. Indien het onweer zo ver van de waarnemer is verwijderd, dat de donder niet meer hoorbaar is, maar wel de bliksem nog kan worden waargenomen, dan spreekt men van lichten; is slechts het telkens oplichten van de wolken zichtbaar zonder dat de bliksem zelf kan worden onderscheiden, dan noemt men het verschijnsel weerlicht.
Onweer is een zo opvallend verschijnsel, dat men reeds vroeg zijn aard en oorzaak heeft trachten op te sporen. In 1708 merkte men voor het eerst de overeenkomst tussen de bliksem en de toen uit het laboratorium bekende electrische ontladingen op, terwijl in 1752 Franklin bewees dat hier inderdaad sprake is van een geweldig electrisch verschijnsel. Sedert die tijd heeft men dikwijls getracht het onweer (speciaal de bliksem) in het laboratorium zo goed mogelijk na te bootsen om op deze wijze het atmosferische verschijnsel beter te leren begrijpen. In de laatste decennia heeft men op het natuurlijke onweer zelf steeds meer het onderzoek gericht, op grote schaal laatstelijk in de V.S., waarbij men behalve op de mechanische, thermodynamische en electrische eigenschappen van het onweer vooral ook op de mogelijkheden en moeilijkheden van het vliegen bij onweersachtige toestanden de aandacht heeft geconcentreerd (Thunderstorm Project). Inmiddels blijft er nog veel dat niet of niet volledig is verklaard.
Onweer ontstaat uitsluitend in buien (z bui). Het eenvoudigste geval doet zich voor bij het zgn. warmte-onweer. Dit kan in Nederland ontstaan op een warme zomerdag met weinig wind. Allereerst ontwikkelen zich dan als gevolg van de verhitting van de benedenste luchtlagen cumulus -wolken. Deze groeien in de loop van de dag uit tot de cumulonimbus, waarin zich dan veelal het onweer ontwikkelt. De plaats waar het onweer ontstaat, is sterk afhankelijk van de bodemgesteldheid. Hoe sterker de bodem nl. door de zonnestraling wordt verhit, hoe krachtiger de ter plaatse stijgende luchtstromingen zullen zijn, hoe groter ook de kans, dat zich de voor onweer noodzakelijke cumulonimbus zal ontwikkelen.
Dit is de reden waarom in de zomer onweer boven zandgronden frequenter is dan bijv. boven natte veengrond. Hierdoor worden tevens de populaire inzichten gerechtvaardigd, volgens welke rivieren, heuvels e.d. als hinderpalen voor het voorttrekken van onweders zijn te beschouwen.
Naast de warmte-onweders onderscheidt men lijn- of frontonweders, die voorkomen langs koufronten met cumulonimbusbewolking, en kou-onweders, die (vooral in voor- en najaar) optreden bij een kou-inval in de bovenlucht (bijv. in een „trog”). Een onweersfront verplaatst zich vaak met een min of meer constante snelheid, in Nederland vaak van Z.W. naar N.O.
Het belangrijkste probleem, dat zich bij de bestudering van het onweer voordoet, ligt in de wijze waarop de scheiding van de negatieve en positieve ladingen in de wolk tot stand komt. Er bestaan twee klassieke verklaringen voor deze ladingsscheidingen. De eerste, de zgn. influentietheorie, stamt van Wilson. Volgens deze opvatting worden de in de bui vallende druppels en grotere wolkenelementjes door het normale aardelectrische veld (z luchtelectriciteit) gepolariseerd: een positieve lading aan de onderzijde, een negatieve aan de bovenzijde. Daardoor vangt de vallende druppel aan z’n voorzijde negatieve ionen in en krijgt in totaal een negatieve lading. Aangezien de grootste druppels de sterkste negatieve lading krijgen en deze in het onderste deel van de wolk terecht komen, krijgt dit onderste deel een negatieve lading terwijl de positieve ionen, die niet worden ingevangen, door de opwaartse stroming naar het bovenste gedeelte van de wolk worden gevoerd.
Uiteindelijk krijgt de wolk dus een negatieve lading in de onderste lagen en een positieve in het bovenste gedeelte. De tweede verklaring, de watervaltheorie van Simpson, gaat uit van het door Lenard ontdekte verschijnsel, dat een vallende druppel die plotseling weerstand ondervindt of met de grond in contact komt uiteen pleegt te vallen in een grote druppel en een aantal kleinere, waarbij de eerste positief is geladen en de kleine druppels een negatieve lading krijgen. In het geval van een krachtige bui met zeer sterk wisselende verticale snelheden van de lucht mag worden ondersteld dat dergelijke druppelsplitsingen optreden. Aangezien de grote druppels het makkelijkst vallen in de stijgende luchtstroom die een cumulonimbus kenmerkt, terwijl de kleine druppeltjes mee omhoog worden gevoerd, moet zich volgens deze theorie de positieve lading beneden bevinden, de negatieve in het bovenste gedeelte van de wolk.
Vele onderzoekingen hebben aangetoond dat de ladingsverdeling volgens de eerste theorie (— beneden, + boven) vrijwel in iedere onweerswolk voorkomt. Een enkele maal wordt echter in het benedenste gedeelte van de wolk een positieve lading aangetroffen, wat er op zou kunnen wijzen, dat ook het watervaleffect werkzaam is. De laatste jaren begint de overtuiging post te vatten, dat de overgang van ijskristallen in waterdruppels, die plaatsvindt wanneer vallende sneeuw of korrelhagel bij het 0 gr. C.-niveau smelt, eveneens aanleiding tot electrische ladingen geeft. Verschillende experimenten in het laboratorium wijzen in die richting, terwijl ook het frequent voorkomen van blikseminslag in vliegtuigen die nabij het 0 gr. C.-niveau vliegen een aanwijzing vormt. Geheel uitgewerkt is de op dit verschijnsel gebaseerde theorie echter nog niet.
De ladingen in onweerswolken bedragen meestal enige tientallen coulombs.
Als gevolg van de ladingsscheiding in de cumulonimbus ontstaan krachtige electrische velden. Er werden wel potentiaal-grachënten tot 3400 V/cm waargenomen. Gradiënten van 200 V/cm komen regelmatig bij onweersachtige toestanden voor. (Ter vergelijking diene dat de normale atmosferische veldsterkte ca 1 V/cm bedraagt.) Als gevolg van de grote veldsterkten in onweerswolken springen van tijd tot tijd vonken over tussen de ladingen. De tijd die verloopt tussen twee ontladingen, dat is dus de tijd die nodig is om het door een voorgaande ontlading teniet gedane veld te herstellen, bedraagt van enige tientallen seconden tot enige minuten, afhankelijk van de intensiteit van het onweer.
De duur van een enkele ontlading hangt af van haar gecompliceerdheid. Een ontlading kan langer dan 1 sec. duren, maar gewoonlijk is de tijdsduur veel korter.
Het verloop van een ontlading is o.a. onderzocht met behulp van de camera van Boys, die voorzien is van twee objectieven die op een draaiende schijf zijn geplaatst, symmetrisch t.o.v. de rotatieas. Men verkrijgt op deze wijze beelden, die zich in tegengestelde richting snel verplaatsen, zodat de dicht opeenvolgende phasen van het verschijnsel naast elkaar worden afgebeeld. Bij de moderne, op dit principe geconstrueerde apparaten verplaatst zich de film (in plaats van het beeld), en wel met een snelheid van ca 100 m/sec.
Uit opnamen met een dergelijke camera blijkt, dat een bliksemontlading een gecompliceerd geheel is. Bij een ontlading tussen een wolk en de aarde ontstaat eerst, uitgaande van de wolk, een baan van ca 50 m lengte die zich in de richting van het aardoppervlak uitbreidt. Deze baan verdwijnt weer na ca 100 microseconden (millioenste sec.), waarna een nieuwe electriciteitsstroom ontstaat, die aanvankelijk dezelfde baan volgt, maar verder naar het aardoppervlak doordringt, enz. Op het moment dat deze getrapte voorontladingen het aardoppervlak hebben bereikt, schiet de hoofdontlading langs de door de voorontladingen gemaakte baan van de aarde naar de wolk omhoog. De voortplantingssnelheid van de afzonderlijke voorontladingen is gemiddeld van de orde van 10 000 km per seconde, de gemiddelde snelheid waarmee het eindpunt der voorontladingen de afstand tussen de wolk en de aarde aflegt is natuurlijk veel kleiner en wel ca 200 km per seconde. Bij een bliksemlengte van 2 km is de tijd, die verloopt voordat de voorontladingen de aarde hebben bereikt, dus 1/100 sec.
De snelheid in de hoofdontladingen is groter 100 dan die in de individuele voorontladingen en bedraagt ca 20 000 km per seconde. Ook de hoofdontlading kan uit verschillende individuele ontladingen bestaan, die elkaar dan opvolgen met tussenpozen van enige tientallen tot enige honderdtallen microseconden. Het is bekend, dat veel bliksemstralen vertakkingen vertonen. De doorsneden van bliksemstralen variëren sterk. Men kan deze ongeveer afleiden uit de doorsneden van gaten, die door de bliksem in voorwerpen worden geslagen. Naast gaten met een diameter van enige mm komen er ook met een van vele centimeters voor.
Belangrijk is in dit verband de bestudering van de zgn. fulgurieten , die bijv. veel in de Sahara zijn gevonden. De glasachtige fulguriet of bliksembuis ontstaat bij blikseminslag in de grond, doordat het zand onder invloed van de hoge temperatuur smelt. Uit dit smelten kan de conclusie worden getrokken dat deze temperatuur meer dan 1470 gr. G. moet bedragen.
De stroomsterkte in de bliksem is meestal aanmerkelijk minder dan ioooo amp., hoewel men ook hogere waarden heeft menen waar te nemen. De energie die bij bliksemontladingen wordt omgezet is zeer aanzienlijk. Nemen we een wolklading aan van 30 coulomb en een potentiaal verschil van 108 volt, dan komen wij tot een electrische energie van 1,5 . 108 joule, die bij de ontlading in zeer korte tijd wordt omgezet, hetgeen het geweld van de bliksem kan verklaren.
Er komen ook afwijkende vormen van ontladingen voor, de parelsnoerbliksem en de bolbliksem.
De eerste bestaat uit een reeks lichtende punten. De verklaring van het verschijnsel staat nog niet geheel vast. Ook de bolbliksem is nog niet volledig verklaard, hoewel het verschijnsel vrij vaak is waargenomen. Een bolbliksem is een bolvormige, electrische ontlading waarvan de grootte varieert van enkele tot enige tientallen cm. De bolbliksem treedt soms op na een gewone ontlading, soms zelfstandig. Hij beweegt zich langzaam en blijft soms enige seconden, soms minutenlang zichtbaar. Soms springen ze met een knal uiteen en kunnen dan vernielingen veroorzaken, soms verdwijnen ze geruisloos.
De normale ontladingen kunnen plaatsvinden tussen de wolk en de aarde, tussen twee tegengestelde ladingen in één wolk en tussen verschillende wolken. Bij de meeste ontladingen tussen wolk en aarde fungeert het onderste deel van de wolk als negatieve pool. Bij de ontlading wordt dan negatieve electriciteit naar de aarde gevoerd (hetgeen als de oorzaak moet worden beschouwd van de gemiddelde negatieve lading van de aarde).
De mechanische uitwerking van de bliksem is buitengewoon groot. Bomen worden er door gespleten of versplinterd. De hoge temperatuur veroorzaakt verbranding van gemakkelijk brandbare stoffen. Dunne stukjes metaal kunnen bij blikseminslag smelten of vervluchtigen. Boven werd reeds op het bestaan van fulgurieten gewezen. Het aantal personen dat per jaar door de bliksem wordt getroffen is aanzienlijk.
In Nederland ca 40 per jaar, waarvan de helft met dodelijke afloop. Soms treedt de dood eerst na enige tijd in en in enkele gevallen heeft kunstmatige ademhaling redding kunnen brengen.
De donder is een gevolg van de mechanische en warmtewerkingen van de bliksem. Het geluid van de donder van een enkele bliksemstraal kan soms vele seconden aanhouden. De duur hangt af van de plaats van de waarnemer ten opzichte van de richting van de ontlading. Is een horizontale bliksemstraal tussen twee ongelijk geladen gedeelten van een wolk bijv. 5 km lang en bevindt de waarnemer zich ongeveer in het verlengde van de bliksemstraal, dan duurt de donder, aangezien de bliksem zich zeer snel voortplant, het geluid echter slechts met 1/3 km per seconde, ca 15 seconden. Ook weerkaatsing van het geluid tegen de wolken speelt een rol bij het lang aanhouden van de donder. Een enkele maal is de donder op 20 tot 25 km afstand van het onweer waargenomen.
Onweer treedt niet over de gehele aarde met dezelfde frequentie op. Het meest wordt het verschijnsel waargenomen in de equatoriale gebieden. Zo heeft Bogor op Java 322 onweersdagen per jaar. Op gematigde breedte is onweer vooral een zomer verschijnsel, terwijl het maximale aantal onweders boven land in de namiddag voorkomt, boven zee in de nanacht (door afkoeling van de bovenlucht).
Onweer levert grote bezwaren op voor de luchtvaart. In de eerste plaats zuiver mechanisch als gevolg van de krachtige turbulentie die in onweerswolken heerst. Voorts levert de neerslag gevaar op voor zover deze uit hagel bestaat. Bijzondere moeilijkheden leveren de electrische ladingen in de onweerswolk. Bepaalde instrumenten worden onbetrouwbaar, terwijl blikseminslag beschadigingen kan veroorzaken, hoewel de kans hierop bij de moderne metalen vliegtuigen betrekkelijk gering is. Ook bij buien-wolken die nog geen ontladingen vertonen dient men voorzichtig te zijn. De uitlaatgassen van het vliegtuig zijn nl. geïoniseerd en kunnen gemakkelijk als baan voor de electrische ontladingen dienst doen.
Bekend zijn ook de radiostoringen, die een gevolg van bliksemontladingen zijn. Onweersstoringen op een afstand van meer dan duizend km kunnen de radio-ontvangst beïnvloeden. Omgekeerd gebruikt men deze beïnvloeding van de radio-ontvangst om met behulp van een aantal waarnemingsposten de plaats van verwijderde onweders te bepalen.
PROF. DR F. H. SCHMIDT
Lit.: Charles Maurain, La Foudre (Paris 1948); The Thunderstorm, Report of the Thunderstorm Project (Weather Bureau, Washington 1949); H. Israël e.a., Das Gewitter (Leipzig 1950); J. Clay, Atmosferische electriciteit (Den Haag 1951); Onweders en optische verschijnselen, Jaarl. publ. v. h. K.N.M.I., De Bilt.
