nieuwsgierige kinderen: hoe blijven de wolken in de lucht?

het gesprek vraagt kinderen om vragen in te sturen die ze willen dat een expert beantwoordt. Samson uit Londen wil weten hoe wolken in de lucht blijven. Een expert in atmosferische wetenschap legt uit.

Bedankt voor de vraag, Samson. Geloof het of niet, ik woog ooit een wolk en niet veel mensen kunnen zeggen dat ze dat gedaan hebben! Mijn vrienden van de wetenschapper en ik vlogen de lucht in in een gigantisch luchtschip, en gingen helemaal door een pluizige, witte wolk. Eigenlijk was het daar erg nat, want wolken bestaan uit miljarden kleine waterdruppeltjes.

toen we door de wolk vlogen, gebruikten we lasers en andere speciale wetenschappelijke apparaten om te meten hoe groot de wolk was en om te tellen hoeveel kleine druppeltjes water er in zaten. Toen deden we wat berekeningen en ontdekten we dat deze wolk – die eigenlijk vrij klein was, voor een wolk – vier ton woog. Dat is hetzelfde als twee olifanten! Je vraagt je dus terecht af hoe zo ‘ n zwaar ding in de lucht kan blijven.

er zijn drie stukjes in deze puzzel, en de eerste is zwaartekracht. Zoals alles op deze planeet, worden de kleine druppeltjes die een wolk vormen naar de aarde getrokken door de zwaartekracht. Maar deze druppels zijn zo klein dat het moeilijk voor hen is om langs alle lucht onder hen te duwen. Dit betekent dat ze niet erg snel vallen – in feite slechts ongeveer een centimeter per seconde. En elke wind die omhoog waait kan de druppels weer omhoog dragen.

om in het tweede stukje van de puzzel te passen, moeten we wat goede chemie leren; niet te veel, echter, net genoeg voor ons verhaal. Laat me het periodiek systeem introduceren: een kaart van alle elementen die wij mensen kennen. Elementen zijn de bouwstenen van alle dingen – net als de kleinste stukjes Lego, die je gebruikt om grotere en meer complexe objecten te bouwen.

het periodiek systeem is zo georganiseerd dat het lichtste element van elke rij altijd links is. Waterstof is de lichtste van alle elementen, dus je vindt het linksboven. Als je langs elke rij van links naar rechts beweegt, worden de elementen zwaarder en zwaarder.

Klik hier voor een grotere, interactieve versie.

droge lucht bestaat voornamelijk uit twee gassen, stikstof en zuurstof, plus een klein beetje argon en kleine hoeveelheden andere gassen. Nu kunnen we ons concentreren op stikstof en zuurstof. Zoals je kunt zien op het periodiek systeem, is het gewicht van een enkel stikstofatoom 14, terwijl zuurstof bijna 16 weegt.

maar stikstof – en zuurstofatomen willen niet alleen zijn, dus gaan ze bijna altijd in paren-twee atomen in een molecuul, zoals twee erwten in een peul. Hierdoor weegt een stikstofmolecuul meestal 28 en een zuurstofmolecuul 32.

zodra we water (Hoo) aan de lucht toevoegen, wordt het interessant. Een watermolecuul bestaat uit twee waterstofatomen en één zuurstofatoom. Weet je nog hoe waterstof het lichtste element is? Een enkel watermolecuul weegt slechts 18. Het is dus lichter dan een molecuul stikstof of zuurstof. Daarom is vochtige lucht lichter dan droge lucht.

het volgende puzzelstukje is temperatuur. In de regel stijgt warme lucht op, terwijl koude lucht zakt. Als het water in de lucht warmer is, is het eerder een gas. Als het koeler is, neemt het de voorkeur aan een vloeibare vorm, zoals wolkendruppels, regen, hagel of sneeuw.

als warme, vochtige lucht stijgt, wordt het koeler en koeler. Als het afkoelt, ontstaan er meer kleine waterdruppeltjes. Je zou kunnen verwachten dat de waterdruppels gewoon naar beneden vallen als regen, maar in plaats daarvan, gebeurt er iets leuks. Weet je hoe zweet onze huid afkoelt als het droogt en verandert van vloeistof in gas? Als gas vloeibaar wordt, gebeurt precies het tegenovergestelde: het geeft warmte af.

dit betekent dat de wolkendruppels nu omgeven zijn door een kleine deken van warme lucht. En wat doet warme lucht? Het stijgt! Niet ver, want de lucht zal weer afkoelen als het omhoog gaat.

nu is onze puzzel compleet: wolken bestaan uit kleine druppeltjes water, die nauwelijks door de zwaartekracht worden beïnvloed, ingebed in vochtige lucht, die lichter is dan droge lucht. Ze zijn omgeven door kleine warme dekens van lucht, die ze naar de hemel tillen. Zo kunnen wolken met een gewicht van miljarden tonnen boven in de lucht blijven drijven.

Hallo, nieuwsgierige kinderen! Als u een vraag wilt beantwoorden die door een expert moet worden beantwoord, vraag dan aan een VOLWASSENE om deze te sturen naar [email protected]. Zorg ervoor dat ze uw naam, leeftijd (en, als je wilt, in welke stad je woont). Alle vragen zijn welkom-serieus, raar of MAF!

Jim McQuaid, universitair hoofddocent Atmosferische compositie, Universiteit van Leeds. Dit artikel werd oorspronkelijk gepubliceerd over het gesprek. Lees het originele artikel.
Afbeelding 1: windy_sydney / Flickr, CC BY-NC