Wetenschap - 22 oktober 1998

Atmosferische elektriciteit meten

Atmosferische elektriciteit meten

Atmosferische elektriciteit meten
Roel Janken, Meteorologie
Een wolkbreuk, hevige onweersbuien en een modderstroom in Zuid-Limburg. Veel Nederlanders zullen het weer van 6 juni 1998 liefst zo snel mogelijk vergeten. Voor Roel Janken, zesdejaars Bodem, water en atmosfeer, was het echter een van de hoogtepunten van zijn afstudeeronderzoek naar atmosferische elektriciteit. Janken kreeg die dag een opgewonden mailtje van een Meteorologie-medewerker. Die had zojuist een bezoek gebracht aan het meteoveld aan de Haarweg en daarbij een blik geworpen op Jankens meetapparatuur. Janken kreeg het advies snel zijn data uit te lezen, want de meetgegevens waren spectaculair
Janken heeft voor zijn onderzoek een verbeterde methode getest om atmosferische elektriciteit te meten. Bij de klassieke methode om spanningsverschil tussen de aarde en de atmosfeer te meten, gebruikt een onderzoeker een koperen emmer. Die bevindt zich, gevuld met water, geisoleerd op een plastic buis 1,8 meter boven de grond. Voor elke meting moet de onderzoeker naar het veld om het spanningsverschil te bepalen tussen de emmer en een koperen pen in de grond. Handiger is het om de emmer te vervangen door een koperen draad van vijftien meter, die tussen twee houten palen wordt gespannen
De methode met de koperen draad is onlangs aan de universiteit van Reading verder verfijnd. Het is nu mogelijk om met een apparaat continu het spanningsveld te meten. De verbeterde meetapparatuur houdt continu de elektrische veldsterkte bij en slaat deze op in een datalogger. De onderzoeker hoeft slechts af en toe zijn data uit te lezen. Janken bijvoorbeeld bracht ongeveer een keer in de twee dagen een bezoek aan het meteoveld. Alleen bij mooi weer was hij iedere dag op het meteoveld te vinden. Dan verrichte hij metingen met de klassieke methode met de koperen emmer, om ze als referentiekader te gebruiken
Een spanningsveld tussen de aarde en de atmosfeer is er altijd. Onweer en bliksem zorgen voor het opladen van de atmosfeer. Op ongeveer 55 kilometer hoogte bevindt zich een laag die sterk geladen is, de ionosfeer. Op een mooie, zonnige dag met weinig wolken en weinig wind zijn er weinig deeltjes in de lucht die elektriciteit kunnen geleiden, en zo de spanning tussen het aardoppervlak en de atmosfeer kunnen verminderen. Op zo'n dag is er een sterk elektrisch veld in de lucht. Een automobilist merkt het soms als hij uit zijn auto stapt. Hij maakt contact tussen zijn auto en de aarde en voelt een tik
Janken is zijn hele leven al gefascineerd door onweer en bliksem. Tijdens een excursie maakte het onderzoek naar atmosferische elektriciteit van de universiteit van Reading dan ook veel indruk op hem. Later las hij een artikel over de in Reading ontwikkelde nieuwe meetmethode. Daar wilde Janken ook wel mee aan de slag. Meteorologie reageerde enthousiast, want daar was lang niets meer met atmosferische elektriciteit gedaan. Afgesproken werd dat Janken, net als in Reading was gebeurd, de klassieke emmermethode met de nieuwe methode zou vergelijken
Met behulp van het artikel en veel faxverkeer tussen Reading en Wageningen werd duidelijk hoe de proefopstelling in elkaar moest worden gezet. Daarbij kreeg Janken steun van de technische medewerkers van Meteorologie. Ik hoefde niet zelf te solderen. Wel moest hij helpen de twee houten palen de grond in te slaan. Geen eenvoudige klus. Het kostte een dag om de 2,5 meter lange palen stevig in de drassige grond van het meetveld te verankeren
Hoewel de uitleg uit Reading duidelijk was, ondervond Janken toch de nodige moeilijkheden bij zijn onderzoek. Het gaat bij het meten om heel kleine spanningsverschillen. Een elektriciteitsmast kan de metingen al verstoren. De meetapparatuur hing eerst niet op de juiste plaats. Eind februari werd begonnen met het opstellen van de apparatuur; pas half april had Janken zijn opstelling in orde
Tijdens het mooie weer in mei kon Janken bruikbare metingen doen. Vervolgens liet de zomer hem echter in de steek. Afgesproken was dat Janken zijn metingen op mooie dagen zou vergelijken met metingen op soortgelijke dagen in Engeland. De resultaten op beide plaatsen zouden dan eenzelfde grafiek moeten opleveren. Het lukte Janken echter slechts om negen mooi-weer-metingen te doen. Niet genoeg om zijn resultaten met die uit Reading te kunnen vergelijken. Ik heb echt last gehad van de slechte zomer, constateert Janken gelaten. Wel komt uit zijn onderzoek naar voren dat de resultaten van de nieuwe methode en de klassieke methode duidelijk overeenkomen
De meteorologen waren enthousiast over het onderzoek van Janken en hebben de resultaten op Internet gezet. De grafiek die is gemaakt met de data van 6 juni heeft bovendien lang bij Meteorologie op het prikbord gehangen. In die grafiek zijn duidelijk de vele ontladingen te zien die plaatsvonden tijdens de twee onweersbuien die die dag over Wageningen trokken. Inmiddels heeft Janken gehoord dat een andere student waarschijnlijk verdergaat met zijn onderzoek. Ook willen de meteorologen de opstelling in de toekomst gebruiken voor demonstraties, bijvoorbeeld aan eerstejaarsstudenten
Tevreden meldt Janken nog dat ook de sectie Luchtverontreiniging belangstelling heeft voor de meetapparatuur. Zij willen de opstelling gebruiken om onderzoek te doen naar de samenhang tussen luchtverontreiniging en de opbouw van een elektrisch veld in de atmosfeer

Re:ageer