Wetenschappers achterhalen oorsprong van hagelstenen met chemische vingerafdrukken, en weerleggen decenniaoude theorieën
Wetenschappers ontrafelen het mysterie van de groei van hagelstenen
Een team wetenschappers heeft een van de blijvende mysteries in de meteorologie opgelost: hoe hagelstenen groeien in stormwolken. Dit werd bereikt met een innovatieve benadering die chemische handtekeningen in het ijs analyseert. De bevindingen, gepubliceerd in Advances in Atmospheric Sciences, dagen lang gekoesterde aannames over hagelvorming uit en kunnen leiden tot verbeterde voorspellingen van extreem weer.
Het internationale onderzoeksteam, onder leiding van wetenschappers van de Peking Universiteit, gebruikte stabiele-isotoopanalyse om de groeigeschiedenis van 27 hagelstenen te reconstrueren die waren verzameld uit negen stormen in China. Deze techniek stelde hen in staat om de precieze hoogtes en temperaturen vast te stellen waarin elke laag van de hagelstenen werd gevormd, waardoor een verticale kaart van hun reis door de stormen werd gecreëerd.
In tegenstelling tot de heersende theorie dat hagelstenen groeien door herhaaldelijk op en neer te cyklen door stormwolken, waarbij kenmerkende afwisselende lagen van helder en ondoorzichtig ijs ontstaan, bleek uit de studie dat de meeste hagelstenen veel eenvoudigere trajecten volgen. Slechts één van de 27 monsters toonde bewijs van echte recyclingbeweging. De meerderheid groeide ofwel terwijl ze gestaag daalden (10 stenen) of na een enkele opwaartse duw (13 stenen), met drie die voornamelijk horizontale beweging vertoonden.
Het onderzoek identificeerde ook belangrijke drempels voor de groei van hagel. Terwijl de meeste ontwikkeling plaatsvindt in een “sweet spot” tussen -10°C en -30°C, waar oververhit water overvloedig aanwezig is, onthulde de studie dat hagelembryo’s zich over een verrassend breed temperatuurbereik van -8,7°C tot -33,4°C vormen. Grotere hagelstenen (meer dan 25 mm) vereisen een aanhoudende opwaartse beweging om langer in optimale groeicondities te blijven, wat verklaart waarom zware hagelstormen afhankelijk zijn van sterke opstijgende lucht.
“Dit werk verandert fundamenteel hoe we de vorming van hagel begrijpen,” zei hoofdonderzoeker professor Qinghong Zhang van de Peking Universiteit. “Door verder te gaan dan aannames naar werkelijke chemische bewijzen, bouwen we een nauwkeuriger beeld op van deze destructieve weersfenomenen.”
De studie profiteerde van een ongebruikelijke bron van gegevens: hagelstenen verzameld door burgerwetenschappers in heel China via een project gecoördineerd door de Wereld Meteorologische Organisatie. Deze publiekelijk bijgedragen monsters waren cruciaal voor het vaststellen van robuuste groeipatronen over verschillende stormsystemen. De internationale reikwijdte omvat nu ook gevallen zoals Italiaanse hagelstormen, waarbij monsters van Europa naar Amerikaanse laboratoria werden overgebracht voor de uiteindelijke analyse in China. Dergelijke samenwerkingen over continenten heen versterken de vergelijkende studies van hagelvormingsmechanismen.
In de toekomst is het team van plan om hun analyse uit te breiden naar meer stormen, terwijl ze isotopische gegevens combineren met studies van de deeltjes die in hagelstenen zijn gevangen. Deze vooruitgangen kunnen leiden tot betere modellering van hagelvorming en verbeterde waarschuwingen voor extreem weer. Het onderzoek vertegenwoordigt een samenwerking tussen de Peking Universiteit, de Northwest University, het Beijing Weather Modification Office, de Chinese Academie van Meteorologische Wetenschappen en het U.S. National Center for Atmospheric Research.
