Hoe dik kunnen druppels van de regen worden?

Durf te vragen

Wekelijks zoekt de wetenschapsredactie het antwoord op een veelgestelde vraag. Vandaag: Regendruppels die op de grond vallen zijn niet groter dan zes millimeter.

Illustratie Rik van Schagen

Dikke regendruppels maken donkere vlekken op de uitgedroogde aarde. Na een lange, droge zomer was het verdorde grasveldje blij met de regen. Als je goed keek, zag je dat de druppels verschillende groottes hebben. Uit metingen blijkt dat de diameter van de regendruppels tussen 0,1 en 6 millimeter ligt. Zelden vallen er druppels groter dan 6 millimeter neer. Waar komt die bovengrens vandaan?

Regen ontstaat in wolken, die uit piepkleine waterdruppeltjes (of ijskristalletjes) bestaan. „Die druppels groeien doordat omringende lucht condenseert of doordat druppeltjes samensmelten”, vertelt hoogleraar Emmanuel Villermaux van Aix-Marseille Université aan de telefoon. Als ze groot en zwaar genoeg zijn, vallen ze naar beneden in de vorm van regen. In wolken met sterke stromingen, zoals onweerswolken, kunnen druppels die naar beneden vallen weer omhoog geduwd worden, waardoor ze verder groeien. „In een wolk kunnen druppels erg groot worden, soms wel 10 centimeter in diameter. Tijdens het naar beneden vallen, spatten die grote druppels uit elkaar.”

Het is meer dan een eeuw bekend dat er een grote variatie is in regendruppelgrootte. De meeste druppels zijn klein: minder dan twee millimeter in doorsnee. Hoe groter de druppels, hoe minder ervan uit de lucht vallen. „Wetenschappers dachten dat de grootteverdeling tot stand komt door ingewikkelde processen in de lucht”, vertelt vloeistoffysicus Hanneke Gelderblom van de TU Eindhoven aan de telefoon, „waarbij druppels in de lucht op elkaar botsen en vervolgens samenvloeien of juist uit elkaar spatten.”

In 2009 vonden Villermaux en een collega een simpeler verklaring. Door een enkele, grote druppel te laten vallen, konden ze het hele scala aan druppelgroottes verklaren. Ze legden de val van de druppel vast met hogesnelheidscamera’s.

Op de foto’s zagen ze dat er met druppels die 6 millimeter of groter zijn iets bijzonders gebeurt. Door de luchtstromen rondom wordt de druppel vervormd. Eerst wordt hij afgeplat tot een soort pannenkoek. Daarna verandert hij in een opgeblazen zakje met een donutvormige rand. Uiteindelijk zorgt de kracht van de luchtstromen ervoor dat het zakje opbreekt en de druppel uiteenspat in allemaal kleine druppeltjes. De grootte van die overgebleven druppels komt overeen met de grootteverdeling in regenbuien.

Alleen druppels met een diameter van 6 millimeter of meer worden door luchtstromen afgeplat en opgebroken. In kleinere druppels is de oppervlaktespanning sterk genoeg om de druppel bij elkaar te houden. In zeldzame gevallen kunnen regendruppels op aarde ook groter worden dan 6 millimeter. Twintig jaar geleden werden de grootste regendruppels ooit gemeten in Brazilië en de Marshalleilanden. Sommige druppels hadden een diameter van bijna 1 centimeter groot. „Die druppels werden gemeten door vliegtuigen”, vertelt Villermaux. „Die vlogen onder de wolk. Daar komen nog grote druppels voor. Pas na een tijdje vallen, stabiliseren ze tot de bekende verdeling van groottes.”

Hoe groter de regendruppel hoe sneller die valt, tot wel 30 km/u. Het kan behoorlijk pijn doen als je door zo’n grote druppel geraakt wordt. Maar natter wordt je van (dezelfde hoeveelheid) fijne motregen, met druppels van 0,5 millimeter of minder. „Dat komt doordat ze zachtjes neerkomen”, vertelt Gelderblom. „Daardoor spreiden de druppeltjes zich uit over je huid of jas. Grote druppels spetteren meer als ze landen, waardoor er minder water op het oppervlak blijft liggen.”

    • Dorine Schenk