Op 22 oktober 2017 verspreidden onweerswolken boven de centrale Verenigde Staten een bliksemflits die zo groot was dat het de lucht boven Texas, Oklahoma en Kansas verlichtte. Met een horizontale overspanning van meer dan 310 mijl (500 kilometer) in deze drie staten was de schok zo ongekend dat een groep onderzoekers er een studie over schreef en het beschreef als een "megaflash": het was een van de langste bliksemschichten ooit geregistreerd.
Normaal gesproken meten normale bliksemflitsen tussen de 1 en 20 km lang. Maar zoals steeds geavanceerdere kaarttechnieken hebben onthuld, kraken sommige echt kolossale bouten boven ons hoofd. Deze recente ontdekkingen roepen een interessante vraag op: hoe groot kan bliksem eigenlijk worden? En moeten we ons zorgen maken over deze atmosferische zwaargewichten?
Bliksem ontstaat in onweerswolken wanneer sterke positieve lading zich ontwikkelt in het ene gebied van de wolk en sterke negatieve lading zich ontwikkelt in een ander gebied, waardoor er elektrische krachten tussen ontstaan. "Een bliksemflits ontstaat in een regio waar de elektrische krachten extreem sterk zijn. Ze worden zo sterk dat de lucht de elektrische kracht niet meer kan weerstaan en afbreekt", zegt Don MacGorman, natuurkundige en senior onderzoeker aan de Nationale Oceaan en Atmospheric Administration (NOAA), en een auteur van de paper over de megaflash van 2017.
Dat betekent dat naarmate de elektrische kracht toeneemt, het de isolerende kracht van de lucht afbreekt, waardoor gebieden met verschillende ladingen meestal van elkaar gescheiden blijven. Onderzoekers denken dat dit gebeurt omdat de opbouw van de buitensporige elektrische kracht de vrije elektronen in de lucht begint te versnellen - die niet aan een atoom of een molecuul zijn bevestigd - waardoor op hun beurt andere elektronen van hun atomen en moleculen worden losgemaakt, legde MacGorman uit. Dit gaat door en versnelt steeds meer elektronen: "Wetenschappers noemen dit proces een elektronenlawine, en dat is wat we bedoelen als we zeggen dat de lucht kapot gaat", vertelde MacGorman aan WordsSideKick.com.
Dit creëert uiteindelijk een zeer heet kanaal in de lucht dat werkt als een draad, waarvan de uiteinden naar buiten groeien in de richting van de positieve en negatieve ladingen die de storing veroorzaakten. Het groeiende kanaal verbindt uiteindelijk de positieve en negatieve ladingen en als dat het geval is, veroorzaakt het de immense elektrische stroom die we kennen als een bliksemflits.
'Zie het als een gigantische vonk die door de wolk is gegroeid', zei MacGorman.
Soms heeft het lagere deel van een wolk, dat meestal een positieve lading bevat, niet genoeg lading om het kanaal te stoppen. Dus de bliksemschicht blijft groeien en strekt zich naar beneden uit naar de grond. Terwijl het dit doet, trekt het een opwaartse vonk uit de grond om het te ontmoeten - het veroorzaakt een bliksemflits met enorme elektrische stromen die een deel van de stormlading naar de grond transporteren. Deze cloud-to-ground-kanalen zijn wat de meesten van ons zich gewoonlijk voorstellen als we denken aan bliksem; die levendige vorken die de aarde raken.
Maar welke factoren beperken de grootte van deze enorme bouten?
Onderzoekers proberen deze vraag al tientallen jaren te beantwoorden. Verticaal wordt de omvang van een flits beperkt door de hoogte van een onweerswolk, of de afstand van de grond tot de top - die op zijn hoogst ongeveer 12 mijl (20 km) is. Maar horizontaal biedt een uitgebreid cloudsysteem veel meer speelruimte.
In 1956 demonstreerde een meteoroloog genaamd Myron Ligda dit toen hij radar gebruikte om de langste bliksemflits te detecteren die iemand ooit op dat moment had geregistreerd: een bout die 100 kilometer overspande.
In 2007 braken onderzoekers het record door een flits te identificeren over de staat Oklahoma die 321 kilometer lang was. De recente studie van MacGorman en zijn collega's heeft dat aantal uit het park geslagen. Het licht van deze flitser was zo sterk dat het een grondoppervlak van 67.000 vierkante kilometer verlichtte, berekenden de onderzoekers. Maar zelfs die flits is nu overtroffen: een ander recent onderzoek in het tijdschrift JGR Atmospheres beschreef een flits van 418 mijl (673 km).
Dergelijke megaflashes zijn zeldzaam. Maar nu we de technologie hebben om ze te detecteren, vinden we ze vaker. In plaats van alleen te vertrouwen op systemen op de grond die antennes en radar gebruiken om bliksem te detecteren, zijn experts begonnen het vanuit een heel ander gezichtspunt te observeren: satellieten. Beide recente recordbrekende flitsen werden gemeten met behulp van technologie die een Geostationary Lightning Mapper wordt genoemd, een sensor die aanwezig is op twee satellieten die in een baan om de aarde draaien, wat een uitgebreid beeld geeft van de stormsystemen hieronder.
'Dat systeem reageert op het licht dat wordt uitgezonden door een wolkentop, dus we zien het licht van de bliksemflitsen en kunnen het vervolgens vrijwel overal op dit halfrond in kaart brengen', zei MacGorman.
In combinatie met gegevens van een op de grond gebaseerd systeem genaamd de Lightning Mapping Array, schetsten deze visuele satellietgegevens met hoge resolutie een beeld van de enorme omvang van de bliksemflits in oktober 2017.
We zijn echter nog steeds in het duister over hoe deze enorme elektrische verlichting zo lang groeit. Onderzoekers zijn van mening dat de cloudgrootte één factor is, want hoe groter het cloudsysteem, hoe groter de kans dat er bliksemflitsen plaatsvinden. Ook vereist, voegt MacGorman toe, zijn bepaalde 'mesoschaalprocessen - grootschalige windstromen die het mogelijk maken dat dat systeem lang aan elkaar blijft zitten'.
Wat gebeurt er eigenlijk met het podium dat door deze monsterwolken wordt bepaald? "Deze megaflashes lijken op een continue opeenvolging van ontladingen die elkaar zeer snel opvolgen", zegt Christopher Emersic, een onderzoeker die onderzoek doet naar elektrificatie van onweersbuien aan de Universiteit van Manchester, in het VK ...
Hij veronderstelt dat als een wolkensysteem over een groot gebied sterk geladen is, er zich een reeks ontladingen kan voortplanten als een rij vallende dominostenen. "Als domino's allemaal zijn opgezet zonder een te grote kloof, triggert de een de ander in een grote reeks omvallen. Anders 'faalt' het en in dit geval krijg je alleen een kleinere ruimtelijke blikseminslag in plaats van een megaflash," Emersic vertelde WordsSideKick.com.
Hoe groter de bovenliggende wolk, hoe meer kans er is dat de ontlading zich blijft verspreiden. "Vandaar dat megaflashes in principe even groot kunnen zijn als de bovenliggende cloud, als de ladingsstructuur bevorderlijk is," zei Emersic.
Dat betekent ook dat er waarschijnlijk veel grotere flitsen zijn dan we al hebben gezien. 'Stormen kunnen groter worden dan', zei MacGorman.
Met andere woorden, we weten nog steeds niet precies hoe groot de grootste bliksemschicht kan zijn.
Ondanks het apocalyptische beeld dat ze schetsen, zijn megaflitsen niet per se gevaarlijker dan gewone bliksem: "Een ruimtelijk uitgebreide flits betekent niet noodzakelijkerwijs dat deze meer energie bevat", legt Emersic uit.
Dat gezegd hebbende, omdat de cloudsystemen waaruit ze afkomstig zijn zo groot zijn, kunnen megaflash-aanvallen moeilijk te voorspellen zijn.
'Dergelijke gebeurtenissen kunnen vaak leiden tot grondaanvallen ver weg van de belangrijkste blikseminslag in de convectiekern', zei Emersic. 'Iemand op de grond zou kunnen denken dat de storm voorbij is, maar wordt verrast door een van deze ruimtelijk uitgebreide lozingen die schijnbaar uit het niets komen.'
Het is ook mogelijk dat er in een opwarmende wereld een opleving is van het soort stormen dat megaflashes veroorzaakt, zei Emersic. 'En dus indirect, dat kan de omstandigheden waarschijnlijker maken, waardoor de frequentie toeneemt.'
Voorlopig zijn megaflashes echter niet zo gebruikelijk: MacGorman schat dat ze in totaal slechts ongeveer 1% van de bliksemschichten uitmaken. Niettemin zullen onderzoekers zoals hij op jacht gaan - en ongetwijfeld ontdekken - nog grotere reuzen waar we ons over kunnen verbazen.
