Bommen en granaten in Siberië: twee kilometer ontploffingen

Alledaagse Wetenschap Wekelijks stuit Karel Knip in de alledaagse werkelijkheid op raadsels en onbegrijpelijke verschijnselen.

Deze week: Een ontploffend munitiedepot in de Russische bossen zorgt voor enorme schokgolven.

Een vuurbal stijgt op vanuit een groot Russisch munitiedepot, begin augustus.
Een vuurbal stijgt op vanuit een groot Russisch munitiedepot, begin augustus.

We blijven nog even bij de recente Russische rampen, al was het maar omdat ze op internet, qua illustratie, stelselmatig door elkaar worden gehaald. Op 8 augustus vond bij de berging van een experimentele nucleair aangedreven kruisraket in de Witte Zee een explosie plaats die een lichte hoeveelheid radioactief materiaal verspreidde. Het was een onderwaterexplosie die wel geregistreerd maar nauwelijks gehoord werd. Eerder, op maandag 5 augustus, ging ver weg in Siberië, bij Atsjinsk aan de Trans-Siberische spoorlijn, een munitiedepot de lucht in. De vuurballen en rookzuilen waren tot in de verre omtrek te zien en dat bleef zo tot vrijdag 9 augustus.

De CTBTO in Wenen, opgericht om clandestiene kernproeven te signaleren, registreerde op 5 augustus rond 12 uur UTC (19 uur lokale tijd) een explosie met een magnitude 2,3 op de schaal van Richter. Het werd vastgesteld door twee seismische stations en vier installaties die infrageluid registreren, waaronder de installatie in het Noorse Bardufoss die ook het infrageluid van de klap in de Witte Zee detecteerde. Dat had met zijn snelheid van rond de 0,35 km/s bijna een uur nodig gehad om Noord-Noorwegen te bereiken, over de tocht van Atsjinsk naar Bardufoss moet het geluid bijna drie uur hebben gedaan.

Vier dagen explosies

Uit de Witte Zee komt verder geen nieuws, daarom kijken we eens wat nauwkeuriger naar de gebeurtenissen bij Atsjinsk. Hoe kan het dat een munitiedepot niet in één keer de lucht in gaat, maar dat er vier dagen lang steeds weer nieuwe explosies zijn? Google Earth laat dat zien: wat op internet losjes een ammunition dump wordt genoemd, blijkt een terrein van twee bij twee kilometer waarop zich wel honderd munitiebunkers bevonden. Het ligt zo’n tien kilometer zuidzuidwest van het stadscentrum in beboste omgeving, met aan de zuidoostelijke flank het dorpje Kamenka (dat zware schade opliep) en drie kilometer verderop in het noordwesten het dorpje Mazulskiy.

The Siberian Timestoonde waaruit de munitie bestond: zware tot extreem zware granaten. We moeten wel aannemen dat bij elke explosie steeds één of een paar bunkers de lucht in gingen, ofwel onder invloed van de detonatie van een naburige bunker of door de inslag van weggeworpen onontplofte granaten. Satellietopnamen van Planet Labs bevestigen dit.

Herkenbare objecten

Met behulp van Google Earth, Street View en een groot aantal herkenbare objecten (spoorlijnen, markante gebouwen, hoogspanningsmasten, de aluminiumfabriek en de berg mijnpuin) is voor nagenoeg alle foto’s en filmpjes vast te stellen vanaf welke plaats ze gemaakt werden. Zo stonden de blonde meisjes met paardenstaart die zo fijn aan het volleyballen waren op maar anderhalve kilometer van de bunkers – dat ontdekte het Digital Forensic Research Lab van de Atlantic Council.

De foto’s en films die vanaf een heuvel noordelijk van Atsjinsk zijn gemaakt heten inmiddels ‘iconisch’. Rook van verre bosbranden versterkt de apocalyptische sfeer. Vanaf de heuvel is de afstand tot het munitiedepot dertien kilometer plus of min een kilometer (omdat het depot twee kilometer breed is). De secondenteller van YouTube laat zien dat het 39 seconden duurt voor de knal van een explosie de heuvel bereikt. Dat komt overeen met een snelheid van 0,31 à 0,36 km/s en valt mooi binnen de marges die voor de geluidssnelheid gelden.

Bekijk nu het fascinerende filmpje dat vanuit Mazoelskij op zo’n 3,5 km ten noordwesten van een ontploffende bunker is gemaakt. Het toont een prachtige schokgolf die met hoge snelheid wegloopt uit een vuurbal en op grote hoogte zelfs een kortlevende ‘Wilson cloud’ vormt. Dit soort beelden kennen we eigenlijk alleen van historische bovengrondse kernproeven en zelfs daarbij kwam de schokgolf lang niet altijd goed in beeld. YouTube biedt de weerslag van veel pogingen om de schokgolf van bescheiden proefexplosies zichtbaar te krijgen. In ultrasnelle opnamen manifesteert deze zich als een uiterst dun zeepvlies rond de explosie. Het vlies dankt zijn zichtbaarheid aan het feit dat de brekingsindex van lucht verandert als druk en temperatuur veranderen.

Ongewoon snel

De verrassend goede zichtbaarheid van de schokgolf bij Mazoelskij zal wel samenhangen met het hoge vocht- en rookgehalte van de lucht. Het betreffende filmpje wekt de indruk dat de schokgolf zich ongewoon snel uitbreidt en dat zou ook best kunnen, want berekeningen en metingen (sinds 1870) hebben aangetoond dat schokgolven zich sneller dan het geluid kunnen verplaatsen. Hoe zwaarder de explosie, hoe sneller de schokgolf die hij opwekt. Tien maal de geluidssnelheid komt voor, zeggen fysici. Maar de snelheid loopt tijdens de reis ook weer snel terug, daar zit de moeilijkheid. Met de schokgolf die na 39 seconden het noorden van Atsjinks bereikte, was niets bijzonders aan de hand.

Valt de snelheid van de schokgolf bij Mazoelskij te schatten? We hebben als houvast dat hij de onderkant van de wolken al binnen twee seconden bereikte. Maar hoe hoog lag de wolkenbasis? Dat valt met standaardformules af te leiden uit de temperatuur en relatieve vochtigheid in Atsjinsk op het moment van de klap. Om 16 uur waren die volgens Meteomanz.com 28,1 graad Celsius en 64 procent. Dat brengt de basis op ongeveer 920 meter en daaruit zou waarachtig een – licht – supersone snelheid volgen. Ongelukkig genoeg geeft Meteomanz.com zelf voor de basis van de laagste wolk de waarde 600 tot 1.000 meter op. Kortom: waarschijnlijk weer niets bijzonders.