UTRECHT – Zware onweersbuien gaan soms gepaard met hagel. Juist in de zomer kunnen deze hagelstenen centimeters groot worden en veel schade veroorzaken. Hoe dat ijs in de betrekkelijk warme wolken vormt is nog slecht begrepen. Amerikaanse microbiologen denken nu dat zwevende bacteriën er een grote rol in kunnen hebben.

Buien vormen in de zomer wanneer de zon de bodem opwarmt en vocht verdampt. De warme, vochtige lucht stijgt op en koelt in hogere luchtlagen weer af, waarbij het water condenseert tot zeer fijne druppeltjes en de bekende witte stapelwolken vormen.

Wanneer deze wolken verticaal voldoende blijven uitgroeien, raakt de lucht op grote hoogte verzadigd met water. De druppels die dan vormen zijn te zwaar om te blijven zweven en bereiken ons als een zomers buitje.

‘Omhoogvallende regen’

Bij hagelbuien is de opwaartse thermiek veel sterker. Dit kan bijvoorbeeld het geval zijn in zomerse onweersbuien, die tot 10 kilometer hoogte kunnen reiken. De opstijgende lucht binnenin deze wolken is soms zo krachtig, dat deze regendruppels weer mee naar boven voert. De druppels komen dan in koudere luchtlagen en bevriezen tot hagel.

Grotere hagelstenen kunnen meerdere keren kilometers op en neer zijn gegaan in de wolk. Elke keer dat de ijsklompjes opnieuw naar boven worden gebracht, groeit dan een nieuwe ijslaag aan.

Niet vanzelfsprekend

Maar uit eerdere experimenten is gebleken dat deze ijsvorming niet zomaar geschiedt bij temperaturen onder het vriespunt. In schone lucht kunnen regendruppels een onderkoelde toestand bereiken, zonder te veranderen in ijs.

Pas wanneer de temperatuur daalt tot waarden onder -40 graden Celsius, verandert al het vocht in ijs, zegt Brent Christner van de Universiteit van Louisiana, tijdens zijn lezing op de jaarlijkse bijeenkomst van de American Society for Microbiology.

Hoewel het op grote hoogte ook in de zomer onder nul is, worden zulke koude temperaturen in onweersbuien vrijwel nooit bereikt.

Bacteriën

IJskristallen kunnen echter sneller vormen, wanneer het water in de lucht kan hechten aan zogeheten aerosolen. Dit zijn microscopische zwevende deeltjes. Maar lang niet alle aerosolen zijn daarin even effectief. Hoe groter het deeltje, hoe sneller een waterdruppel er tegen bevriest.

De Amerikanen vroegen zich daarom af of bacteriën, die in zomerse onweerswolken omhoog worden gevoerd, soms de verklaring kunnen zijn voor winterse neerslag, zo ver buiten het ‘logische’ seizoen. Deze microorganismen zijn namelijk een stuk groter dan de meeste niet-levende aerosolen en zouden de bevriezingstemperatuur in theorie dus kunnen verhogen.

Smeltwater

Om dit te onderzoeken pelden de onderzoekers 5 centimer grote hagelstenen die ze na een onweersbui in juni 2010 op de campus van de Universiteit van Montana hadden gevonden. Ze scheidden de verschillende laagjes ijs en smolten deze. Het smeltwater uit de kern van de hagelsteen bleek veel meer bacteriën te bevatten dan het smeltwater van de ijslagen er omheen.

Volgens Christner kunnen sommige bacteriën er zelfs voor zorgen dat hagelstenen al bij temperaturen van slechts 2 graden onder het vriespunt vormen. En dan kan zelfs op een broeierige augustusdag de bodem wit kleuren.