NIEUW MODEL KAN UIT DE VOETEN MET DRUPPELS IN MIEZERREGEN

Twee Amerikaanse fysici hebben een model ontwikkeld waarmee zij de vorming van fijnere druppeltjes tijdens een miezerbui kunnen verklaren. In de oude modellen duurt de vorming van dergelijke druppeltjes zo lang dat de wolken al zijn opgelost eer ze eraan toekomen. Het nieuwe model, dat het probleem op atomair niveau aanpakt, verklaart niet alleen hoe miezerregens ontstaan, maar ook waarom het boven zee vaker regent dan boven land (Physical Review Letters, 10 jan).

Tot nu toe werd aangenomen dat de vorming van regendruppels in twee stappen verloopt: eerst ontstaan er druppeltjes met een maximale afmeting van vierhonderdste millimeter door condensatie van waterdamp uit de lucht. Zodra de druppeltjes deze kritische grootte bereiken, beginnen ze te vallen. Daarbij groeien ze verder doordat ze botsen en samensmelten met andere druppeltjes. Uiteindelijk vallen ze als regendruppels van een paar millimeter op de grond. Dat alles neemt al gauw een uur in beslag, maar door turbulente luchtstromingen (kenmerkend voor regenbuien) neemt het aantal onderlinge botsingen toe, zodat regendruppels feitelijk veel sneller aangroeien (Nature, 12 sept 2001).

Een miezerregen ontstaat echter in veel rustiger atmosferische omstandigheden. Daardoor zou de vorming van voldoende grote druppeltjes langer duren dan de gemiddelde levensduur van de wolken waar ze uit ontstaan. Om die paradox te kunnen verklaren besloten Robert McGraw en Yangang Liu van het Brookhaven National Laboratory in New York eens op een heel andere manier naar de vorming van druppeltjes te kijken. Zij leenden de statistische methoden waarmee het gedrag van grote aantallen moleculen kan worden verklaard voor de beschrijving van de druppelgroei. In dit model vormen watermoleculen als gevolg van willekeurige bewegingen grotere eenheden (nucleatie) die veelal net zo snel weer uiteenvallen. Maar wanneer bij toeval een kritische grootte wordt overschreden, is het energetisch gunstiger voor de moleculen om aan elkaar te blijven plakken. McGraw en Liu laten zien dat kleine regendruppels op basis van dit model veel sneller ontstaan, ruim binnen de levensduur van een miezerwolk.

Het model verklaart ook het paradoxale effect van stofdeeltjes in de lucht. Doordat die als condensatiekernen fungeren, versnellen ze (volgens het oude model) de eerste fase van druppelvorming aanmerkelijk. Desondanks blijft regen boven land, waar de concentratie aan stofdeeltjes in de lucht in het algemeen groter is als gevolg van luchtvervuiling, vaker uit dan boven zee. Het nieuwe model verklaart dat uit het gegeven dat de talloze kleine druppeltjes met elkaar strijden om de schaarse watermoleculen uit de omgeving, voorwaarde om te kunnen groeien. Daardoor duurt het al met al toch langer (en soms zelfs te lang) voor ze `volwassen' afmetingen hebben bereikt en blijft regen uit.

    • Rob van den Berg