Waarom hebben wolken soms zulke scherpe randen?

Elke week zoekt de redactie wetenschap het antwoord op een veelgestelde vraag. Vandaag: waarom hebben sommige wolken scherpe randen?

Salomon van Ruysdael, Zicht op Deventer (1657) Collectie National Gallery, Londen

Als een kind wolken tekent zijn het vaak bolle, bloemkoolachtige vormen. Er is geen diffuus gebied waar de wolk langzaam overgaat in de lucht. Er is een duidelijk en strak onderscheid tussen wolk en lucht. In werkelijkheid hebben veel wolken vage contouren. Toch, wolken met een omlijning die net zo scherp is als die op een kindertekening bestaan wel. Deze wolken heten cumulus of stapelwolken. (In tegenstelling tot in de meeste tekeningen zijn wolken wit of grijs en zeker niet blauw. Zover ik weet is nog nooit een blauwe wolk over komen drijven. Maar dat is voor een andere keer.) Wat we nu willen weten is: waarom hebben stapelwolken zulke scherpe randen en zo veel andere wolken niet?

Warme lucht

„Stapelwolken ontstaan doordat warme lucht vanaf het zee- of aardoppervlak opstijgt”, vertelt Pier Siebesma van de TU Delft aan de telefoon. Hij is ook verbonden aan het KNMI. De warme lucht stijgt op, zoals een gasbubbel in een pan kokend water. Hoger in de atmosfeer zijn druk en temperatuur lager waardoor de lucht in de bel afkoelt en de luchtvochtigheid toeneemt. Als de luchtbel hoog genoeg gestegen is – en de temperatuur dus ver genoeg gedaald – condenseert de aanwezige waterdamp tot kleine druppeltjes en vormt een bloemkoolvormige wolk. In het Nederlandse klimaat vindt die condensatie plaats op ongeveer een kilometer hoogte. Siebesma: „De onderkant van wolken is meestal plat omdat de waterdamp overal op dezelfde hoogte begint te condenseren.”

Stapelwolken hebben heldere, scherpe randen door het grote verschil in luchtvochtigheid binnen en buiten de wolk. De lucht rondom de wolk is zo droog, dat een waterdruppel die zich buiten de wolk waagt meteen verdampt. Als de omringende lucht vochtiger is, overleeft zo’n zwerfdruppel veel langer en zijn de randen van wolken wel vaag en pluizig. Op een heiige of mistige dag zie je geen stapelwolken. Aan de wolken zie je dus hoe vochtig de lucht daar is.

Kleine waterdruppels

Maar er is meer aan de hand met stapelwolken: ze bestaan enkel uit lichte en kleine waterdruppels van ongeveer 0,03 millimeter. Dit in tegenstelling tot andere regenwolken waar vaak ook ijsdeeltjes en grotere druppels voorkomen. „Daardoor bewegen ze mee met de warme opstijgende lucht en mengen ze niet met de koudere omgeving”, legt Siebesma uit. De scherpe randen blijven bestaan zolang de wolk stijgt. Zodra de wolk dezelfde temperatuur heeft als de omgeving stopt hij en dooft hij langzaam uit. „Als je de tijd zou nemen om naar wolken te kijken zie je dat het ongeveer een halfuur duurt totdat een stapelwolk is opgelost in zijn omgeving.”

Soms stijgen wolken door tot een hoogte van 10 tot 12 kilometer. Dan bevriezen de druppeltjes en kleuren de wolken grijs. „Die ijsdeeltjes zijn zwaarder waardoor ze naar beneden vallen”, vertelt Siebesma. „Daardoor worden de randen pluizig.” Als de ijsdeeltjes naar beneden zakken en verwaaien, ontstaat er een cirrus uncinus, die de vorm heeft van een langgerekte komma.

Vliegtuig

Héél scherp zijn de randen van stapelwolken niet. Als je er met een vliegtuig doorheen vliegt, kom je nergens een scherpe overgang tegen tussen wolk en lucht. De randen lijken scherp doordat je er vanaf een afstand van ruim een kilometer naar kijkt. „Vergelijk het met een krijtlijn die je op een muur tekent”, zegt Siebesma. „Van dichtbij zijn de randen niet strak, maar van een afstandje lijkt de lijn een stuk scherper.”