Oorzaak van donder
Donder is het geluid van bliksemontladingen. Een bliksemontlading
maakt een geïoniseerd pad met plasma in de lucht, en de hoge electrische
stroom die kortstondig loopt tijdens het ontladingsproces van het
bliksemkanaal kan dit kanaal tot tienduizenden graden verhitten. De
snelle expansie van het bliksemkanaal veroorzaakt een schokgolf in de
lucht, die na een korte afstand een geluidsgolf wordt. Dit geluid
horen we als donder.
Donder is niets anders dan het geluid van een explosie, maar dan van
een uitgestrekte lijnbron in plaats van van een puntbron. Vuurwerk bijvoorbeeld
geeft een luide knal omdat het een explosie van een puntbron is, en alle
geluidsgolven komen meestal weliswaar veel later bij de waarnemer aan
maar allemaal tegelijktijdig: je hoort een knal. Bliksem is echter zo
uitgestrekt dat het geluid een meer continue explosie is van verschillende
delen van het kanaal.
Soorten donder
Als je veel onweersbuien hebt gezien heb je waarschijnlijk gemerkt dat
niet alle donder van alle buien hetzelfde klinkt. De meeste donder
van bliksems in een enkele bui kunnen redelijk hetzelfde klinken, maar
donders van verschillende buien klinken vaak ook verschillend.
Donder bestaat uit slagen, gekraak en ook dreunen. Een dreun is een
diep explosie-achtig geluid dat je vaak ook kunt voelen; een typisch
rollend geluid is een donderslag, en het redelijk hoogfrequente
geluid dat je soms hoort voor de grote donderslagen van een bliksem is
gekraak.
Wolk-aarde bliksem geeft vaak luidere donder dan bliksem binnenin een
onweerswolk. Bij bliksem zoals op de foto hoor je eerst de
donder van de vertakkingen van het kanaal die het dichtst bij je zijn
(een gekraak of zacht gerommel) alvorens je de donder van het
hoofdbliksemkanaal hoort (luide slagen of explosies)
|
De meest luide donder die we horen wordt meestal veroorzaakt door wolk-aarde
ontladingen, omdat deze zich dichtbij je kunnen bevinden en ook omdat deze
een electrische terugslag (return stroke) hebben. Deze terugslag geeft een
hoge electrische stroom.
Omdat geluidsgolven een snelheid van ongeveer 340 meter per seconde hebben
en de uitgestrektheid van veel bliksemontladingen enkele kilometers kan
bedragen, duurt de donder vaak vele seconden. Je hoort verschillende delen
van het bliksemkanaal of -kanalen terwijl de donder voortduurt. De donder
wordt na verloop van tijd ook zwakker omdat je de stukken bliksemkanaal
die verder weg zijn later hoort.
Donder van weerlicht
Bliksem binnen de wolk, ook wel weerlicht genoemd, ontstaat meestal vele
kilometers boven zeeniveau hoog in de bui, en is daarom vrijwel altijd ver
weg, ook als de bui boven je hangt. De donder van dit soort bliksem
klinkt meestal als een zacht rollende voortdurende donder. Deze donder
is vaak vrijwel niet te horen, zeker als de bui op enige afstand is. Dit
komt doordat geluid sneller gaat in lucht bij een hogere temperatuur, en
omdat de temperatuur vaak hoger is aan de grond dan op enige hoogte buigen
geluidsgolven dus naar boven af. Het geluid van de donder op afstand
bereikt je dus niet, tenzij je op grote hoogte bent, of als er een sterke
temperatuurinversie in de atmosfeer is.
Donder van wolk-aarde bliksem
Bij wolk-aarde ontladingen hoor je meestal eerst gekraak met hoge tonen,
gevolgd door luider gekraak, dan een paar rollende donderslagen, en vervolgens
een zwakker wordend gerommel.
Het gekraak ontstaat door vertakkingen van het kanaal die zich dichter
bij je bevonden dan het hoofdkanaal; het geluid van die vertakkingen
arriveert dus eerst.
Het hoofdbliksemkanaal dat de electrische terugslag heeft produceert de
luidste donder. Als het kanaal erg kronkelig is op de schaal van de
golflengte van het dominante geluid is de donder niet zo heel luid. Het
is ook niet zo luid als de bliksem kort duurt en een lage stroom heeft.
Het gerommel dat voor vele seconden doorgaat na het luidste deel van de
donder wordt veroorzaakt door delen van het bliksemkanaal die verder van
je vandaan waren, zoals bijvoorbeeld de delen hoger in de wolk. Als je
goed luistert kun je vaak horen uit welke richting het geluid komt (als
je buiten staat althans, met vrij uitzicht).
Ongewoon luide donder
Sommige buien, met name de winterse en Maartse buien, produceren vaak
donder die erg luid klinkt. Bliksem kan luide donder veroorzaken als de
terugslagstroom hoog is of langer dan gewoonlijk duurt. Sommige soorten
bliksemontladingen die vaak luide donder produceren zijn:
-
Wolk-aarde bliksem die uit de top van de bui komt. Het bliksemkanaal
naar de grond is in dit geval vaak kilometers lang, veel langer dan dat
van bliksem die van een laag deel van de wolk naar de aarde gaat. Omdat
de bliksem zo lang is, is er ook veel lading in het kanaal aanwezig dat
daar door de voorontlading is geplaatst. Bij de terugslag, dus de ontlading
naar aarde van deze lading, ontstaat een zeer hoge stroom die het kanaal
veel sterker kan verwarmen dan normaal.
-
Aarde-wolk bliksem die soms vanaf hoge punten ontstaat en vanaf zo'n punt
omhoog de wolk in gaat. Deze bliksem heeft meestal geen terugslag, want in de wolk
wordt geen verbinding met iets geleidends gemaakt (tenzij net na de ontlading
een nieuwe voorontlading in de wolk contact maakt met het oude ontladingskanaal).
De stroom is relatief
laag, enkele honderden Ampères, maar duurt relatief zeer lang, dus het
vermogen van zulke ontladingen is erg hoog. Dit geeft ook een zeer luide,
explosieve donder.
-
Bliksem uit buien die geheel verijsd zijn zoals de Maartse buien en
winterse buien. Bij deze buien zijn de ladingsgebieden anders verdeeld
en ontbreekt soms de kleine onderste positive of negatieve lading aan de
wolkbasis die vaak een gewone wolk-aarde bliksem begint. In geheel
verijsde buien ontstaat de bliksemontlading niet gemakkelijk, maar als
deze ontstaat is er zoveel lading in de bui aanwezig dat een krachtige
algehele ontlading plaats vindt, vaak ook naar aarde.
In deze gevallen kan de donder klinken als een paar scherpe en luide
explosies, die lijken op de knallen die je hoort als de geluidsbarrière
doorbroken wordt. Elke klap van de donder wordt veroorzaakt door een
deel van het bliksemkanaal.
De vorm en mate van bochtigheid van het bliksemkanaal hebben ook invloed
op hoe de donder klinkt. Als veel geluidsgolven van verschillende delen
van het kanaal in fase met elkaar bij je oren aankomen, is het geluidsniveau
bij die frequentie hoog; als ze uit fase met elkaar aankomen is het
geluid zwak. Als het bliksemkanaal zeer kronkelig is zijn er veel delen
van het bliksemkanaal die uit fase met elkaar geluidsgolven uitzenden, en
dan klinkt de donder niet zo luid.
De spectaculaire donderslag bij heldere hemel
geeft vaak luide donder.
|
Geluiden die soms te horen zijn bij een dichtbije blikseminslag
Soms, als de bliksem zeer dichtbij inslaat, is een klikkend geluid te horen,
op het moment dat de bliksem inslaat, dus voor de donder.
Deze klikken zijn soms te horen door contactontladingen die vanaf de grond
omhoog bewegen en proberen contact te maken met de naar beneden bewegende
voorontlading. Meestal veroorzaakt de voorontlading een aantal contactontladingen
aan de grond, waarvan er meestal maar één contact met de voorontlading maakt
en de kortsluiting veroorzaakt. Als een van de overige niet-succesvolle
contactontladingen dicht bij je in de buurt was, hoor je daarvan eerst de
donder, die klinkt als een zachte klap of klik (omdat het kanaal van de
contactontlading kort is en de stroom relatief laag). Als je in een veld bent
ver van huizen en andere structuren en je hoort zo'n klik, hoorde je waarschijnlijk
zo'n contactontlading.
Bij of in huizen kun je soms ook een klikkend geluid horen op het moment
dat de bliksem dichtbij inslaat. Deze klik is electromagnetisch en ontstaat
vaak door interne bedrading in het huis die onder invloed van het electromagnetisch
veld kortstondig beweegt, of door inductief opgewekte spanningen in bedrading
die vonken veroorzaken.
Donder van dichtbije bliksem en bliksem op afstand
Donder van wolk-aarde bliksem die dichtbij inslaat klinkt vaak anders dan de
donder van wolk-aarde bliksem die op afstand is (behalve dan dat de donder
natuurlijk luider is). De donder heeft vaak een hogere frequentie (meer hoge
tonen) als de bliksem dichtbij was. Dit komt doordat donder van bliksem op afstand een langere weg door
de atmosfeer moet afleggen, waarbij de hoge tonen sterker gedempt worden door
dispersie. De lagere tonen kunnen langere wegen door de atmosfeer afleggen
alvorens sterk verzwakt te worden, dus donder van bliksem ver weg klinkt dieper
dan van bliksem dichtbij.
|