Regendruppel-mysterie opgehelderd

Inzet: vallende regendruppels platten af tot een pannenkoek, worden een zakje en spatten tenslotte uit elkaar ReutersNature Physics A boy runs for cover under heavy rain during a music festival in Berlin August 11, 2007. REUTERS/Fabrizio Bensch (GERMANY) REUTERS

Weer is onderzoek gepubliceerd waaruit blijkt dat het gedrag van vallende regendruppels tot dusver verkeerd is begrepen. Franse onderzoekers tonen in Nature Physics (20 juli) aan dat de waargenomen spreiding van veel kleine en weinig grote druppels in een regenbui het gevolg is van het uiteenvallen van grote druppels, kort nadat die de wolk verlaten. Altijd is aangenomen dat het een gevolg was van onderlinge botsingen. Vorige maand schreven Mexicaanse onderzoekers in Geophysical Research Letters al dat veel druppels met heel andere snelheden op de grond arriveren dan altijd gedacht.

De grootteverdeling van druppels in regenbuien van verschillend kaliber is in 1904 voor het eerst bepaald door Wilson A. Bentley. Hij ving de druppels op in een open bakje met een losse laag tarwebloem dat iedere druppel omhulde en zo voor onderzoek bewaard bleef. Filtreerpapier bleek, na kalibratie met standaarddruppels, ook te werken.

Altijd domineerden de fijne druppels (diameter minder dan 1 mm) in aantal, maar nooit ontbraken middelgrote en grote druppels (tot 5 mm diameter en meer). De grootteverdeling voldeed verrassend goed aan een heel eenvoudig formule. In zware buien is de spreiding van klein naar groot het wijdst, daar is ook de gemiddelde druppeldiameter het hoogst. De gevestigde theorie zegt dat een groot deel van de spreiding nog vorm krijgt als de druppels hun wolk al hebben verlaten. Ze vloeien samen of slaan op elkaar kapot omdat ze heel verschillende snelheden hebben. Grote druppels bereiken een hogere eindsnelheid dan kleine.

Emmanuel Villermaux en Benjamin Bossa van de Aix-Marseille Université realiseerden zich dat de trefkans tussen de vallende druppels onder een regenwolk eigenlijk te klein is om de waargenomen grootteverdeling te kunnen verklaren. In het laboratorium filmden zij waterdruppels die tegen een omhoog blazende luchtstroom in naar beneden vallen en – dankzij deze truc – in absolute zin maar langzaam daalden. Druppels boven een kritische diameter bleken zich al vallend af te platten tot een pannekoek die vervolgens van onderaf werd volgeblazen tot een zakje met een zware donut-achtige rand. In het laatste stadium spatte het zakje uiteen, waarbij de donut als de grootste druppel achterbleef. Met aanvullende berekeningen maken zij aannemelijk dat dit mechanisme precies de verdeling van druppelgroottes oplevert die in praktijk gevonden wordt. Essentieel is dat deze verdeling volgens de Fransen al heel dicht onder de wolkenbasis ontstaat. Hun vermoeden stemt niet overeen met de uitkomst van het genoemde Mexicaanse onderzoek. De Mexicanen ontdekten dat grote regendruppels vaak met lagere, en kleine juist met hogere snelheid bij de grond arriveren dan aangenomen doordat ze pas op het laatste moment uit onderlinge botsingen ontstaan.

    • Karel Knip