Wetenschappers volgen bliksem ‘vervuiling’ in real time met behulp van NASA-satelliet

Een naderende storm vastgelegd door atmosferische wetenschappers van de Universiteit van Maryland.

Stel je voor: je zit vast in het verkeer op een zomermiddag, terwijl je de weerapp op je telefoon controleert en donkere stormwolken zich aandienen. Je denkt misschien aan stroomuitvallen of mogelijke overstromingen, maar je denkt waarschijnlijk niet na over het feit dat elke bliksemflits die door de lucht schiet ook een gas uitstraalt, stikstofoxide (NO), dat ook vrijkomt in de uitlaatgassen van de motor van je auto.

Toch is dat precies wat er gebeurt tijdens een onweersbui. Voor het eerst waren wetenschappers van de Universiteit van Maryland in staat om bliksem en de impact ervan op de luchtkwaliteit te detecteren met behulp van hoge-frequentie satellietwaarnemingen. Dit biedt waardevolle inzichten in hoe stormen zowel vervuiling als belangrijke chemische stoffen produceren die helpen om de atmosfeer van de aarde te reinigen.

Tijdens een paar dagen eind juni 2025 gebruikten Kenneth Pickering, professor in de atmosferische en oceanische wetenschappen, en Dale Allen, onderzoekswetenschapper, data die verzameld was door NASA’s instrument voor Troposferische Emissies: Monitoring of Pollution (TEMPO) om onweersbuien zorgvuldig te volgen terwijl deze zich over het oosten van de Verenigde Staten bewogen. TEMPO, gelanceerd in 2023, volgt doorgaans luchtverontreinigende stoffen in Noord-Amerika elk uur vanuit een hoogte van 22.000 mijl boven de aarde. Het experiment van Pickering en Allen stelde hen in staat om snel metingen te doen van stikstofdioxide die met elke storm geassocieerd was, met intervallen van 10 minuten. Dankzij de geavanceerde mogelijkheden van het instrument konden ze complexe processen bestuderen terwijl ze zich in de lucht voordeden, in plaats van aanwijzingen achteraf te verzamelen.

“Dit is de eerste keer dat dit soort onderzoek op zo’n hoge temporele frequentie is uitgevoerd,” zei Pickering. “Onweersbuien ontwikkelen zich snel. Ze bouwen vaak op, intensiveren en sterven binnen een uur weer af. Deze korte intervalwaarnemingen geven ons betere snapshots van wat er daadwerkelijk gebeurt tijdens een storm.”

“Met dit experiment kunnen we het aantal bliksemflitsen tellen terwijl ze plaatsvinden met behulp van data van de Geostationary Lightning Mapper satellietinstrumenten van NOAA, en zo een nauwkeuriger idee krijgen van hoeveel stikstofdioxide elke bliksemflits tijdens een storm produceert en hoe lang het daarna in de lucht blijft,” voegde Allen toe. “Deze informatie zal onderzoekers helpen bestaande klimaatmodellen te verbeteren en ons begrip van hoe bliksem de lucht die we inademen kan beïnvloeden te vergroten.”

Bliksem vastleggen in een model

Wanneer bliksem inslaat, produceert het extreem hoge temperaturen die stikstof- en zuurstofmoleculen in de lucht opsplitsen. Dit leidt tot de creatie van stikstofoxiden, hetzelfde type luchtvervuilende stoffen dat door auto’s of andere bronnen van brandstofverbranding wordt uitgestoten en bijdraagt aan ozonvervuiling.

“Bliksem is wereldwijd verantwoordelijk voor 10% tot 15% van de totale stikstofoxiden die in de atmosfeer worden vrijgegeven,” zei Pickering. “Menselijke vervuiling is veel groter, maar het is belangrijk om te overwegen dat bliksem stikstofoxiden op veel hogere hoogten vrijgeeft, waar het efficiënter kan zijn in het katalyseren van de productie van ozon.”

Terwijl autobezine de lucht vlak bij de grond vervuilt, vindt bliksemvervuiling hoog in de atmosfeer plaats, waar de resulterende ozon het meest effectief is voor de verwarming van de atmosfeer. Bliksemvervuiling en de resulterende ozon kunnen soms naar de oppervlakte worden getransporteerd, waardoor de luchtkwaliteit honderden kilometers van de oorspronkelijke storm wordt beïnvloed. Allen merkte op dat dit effect in de zomer verergerd wordt, omdat de temperaturen stijgen en de ozonproductie toeneemt.

“De effecten van bliksem op het klimaat tijdens het zomerseizoen zijn vergelijkbaar met antropogeen geproduceerde stikstofoxiden, wat de reden is waarom we stormen in juni wilden bestuderen,” verklaarde Allen.

Maar bliksem creëert niet alleen vervuiling; het stimuleert ook de vorming van hydroxylradicalen, belangrijke moleculen die helpen om de atmosfeer van de aarde te reinigen door gassen zoals methaan af te breken, een belangrijke bijdrager aan de opwarming van de aarde en de achtergrondniveaus van ozon. Het bliksemsamenwerkingsproject gaf de onderzoekers cruciale inzichten in deze door bliksem veroorzaakte kettingreactie, waarbij de productie van stikstofoxiden werd verbonden met hydroxylradicalen, wat hen hielp om de atmosferische samenstelling en de complexe moleculaire dynamiek die zich tijdens onweersbuien voordoen in kaart te brengen.

“Uit eerdere studies van onze groep en anderen geloven we dat elke bliksemflits gemiddeld ongeveer 250 mol stikstofoxiden in de lucht creëert,” zei Allen. “Echter, die waarde is onzeker en de productie door individuele flitsen varieert met minstens een orde van grootte. We geloven dat wanneer stormen intenser worden, bliksemflitsen korter worden en minder stikstofoxide per flits produceren. Deze studie zal ons de kans geven om dat te bewijzen. Begrijpen hoe de impact van bliksem zal veranderen in een wereld met steeds extremere weersomstandigheden is essentieel om klimaatmodellen voor de toekomst te formuleren.”

Het ontcijferen van weersextremen en het verbeteren van luchtkwaliteitsvoorspellingen

Pickering en Allen geloven dat hun TEMPO-experiment mogelijke gevolgen voor het dagelijks leven heeft. Gassen die door bliksem worden geproduceerd, kunnen zich op lange “transportbanden van bewegende lucht” verplaatsen en de luchtkwaliteit beïnvloeden, ver weg van waar de stormen oorspronkelijk plaatsvonden, merkte Allen op. Af en toe draagt bliksem ook bij aan ozon op de grond, een belangrijke component van smog die astma en andere ademhalingsproblemen bij mensen kan veroorzaken.

“Voor mensen die in bergachtige gebieden zoals Colorado wonen, kan deze informatie heel belangrijk zijn, omdat bliksem een aanzienlijke bijdrage levert aan oppervlakteozon op hogere hoogtes,” zei Pickering. “Het kan een verschil maken in hoe meteorologen de luchtkwaliteit voorspellen tijdens en na stormen in zulke gebieden.”

Hoewel Pickering en Allen nog steeds hun vroege gegevens van TEMPO analyseren, geloven ze dat hun experiment wetenschappers zal helpen evalueren hoeveel van de vervuilende gassen in de atmosfeer van de aarde kan worden toegeschreven aan menselijke activiteiten versus natuurlijke processen. Momenteel zijn atmosferische wetenschappers onzeker over de hoeveelheid vervuiling die elke bliksemflits genereert, maar het TEMPO-experiment levert de ruwe gegevens die de basis leggen voor het begrijpen van hoe variërende graden van bliksemintensiteit de lokale en mondiale luchtkwaliteit kunnen beïnvloeden. Het experiment biedt ook inzicht in de capaciteit van de atmosfeer om op natuurlijke wijze verontreinigende stoffen, zoals methaan en andere schadelijke koolwaterstoffen af te breken.

“We willen deze hoge frequentie data gebruiken om de belangrijkste onzekerheden in onze huidige klimaatmodellen te verkleinen,” zei Allen. “Met betere gegevens komen betere voorspellingen en mogelijk betere manieren om onze gezondheid en het milieu te beschermen tegen zowel natuurlijke als door de mens veroorzaakte vervuiling.”