Luchtdruk, temperatuur en uv-straling afhankelijk van de hoogte

1
Uitgangshoogte
meter boven zeelevel
2
Klimmen of dalen?
Hoe ver?
Hoogtemeters

Door de met hoogtemeters is te verwachten:

van de temperatuur met °C

van de luchtdruk met hPa / mbar

van de uv-straling met %

Opmerking: berekende waarden gelden alleen onder ideale omstandigheden. In de praktijk zijn er nog veel andere beïnvloedende factoren, vooral de weersituatie.

Iedere bergbeklimmer weet dat de lucht met toenemende hoogte verandert. Ze wordt 'ijler'. Maar wat betekent dit eigenlijk? En wat is de verklaring voor dit fenomeen?

Hoe verandert de luchtdruk met toenemende hoogte?

Om te begrijpen waarom de luchtdruk met toenemende hoogte daalt, stellen we ons eenvoudig een 10 m hoge glazen cilinder met een doorsnede van 10 cm voor. Nu werpen we stuk voor stuk dotten watten in de cilinder tot deze tot aan de rand gevuld is. De prop watten helemaal boven ondervindt geen enkele druk en is hierdoor nog even zacht als voorheen. Die watten in het midden worden door de watten erboven in elkaar geperst. Ze ondervinden druk en hun volume neemt af. Ze verliezen hun veerkracht. De dot watten op de bodem is onderworpen aan de druk van alle watten in de cilinder bij elkaar en wordt volledig platgedrukt. Op deze dot werkt de grootste druk en hij heeft hierdoor het kleinste volume.

Hoewel de dotten onder en boven dezelfde watten zijn, wijzigen de eigenschappen van de individuele dotten in de cilinder. Zouden we nu de cilinder in 10 cm dikke schijven snijden en per schijf het aantal dotten tellen, dan constateren we dat het aantal van onder naar boven afneemt. Dit komt doordat de dot met het kleinste volume de grootste dichtheid bezit. De dichtheid wordt anders gezegd in bovenwaartse richting steeds kleiner en daarmee neemt ook de druk die op elke laag rust almaar verder af.

Hetzelfde principe gaat op voor de lucht om ons heen. Alleen hebben we hier geen 10 m hoge cilinder, maar een ca. 100 km hoge atmosfeer. In deze atmosfeer drukt elke luchtmolecuul op de moleculen onder zich. Zowel de dichtheid als de luchtdruk van de atmosfeer neemt hierdoor toe naarmate we ons dichter bij de aardbodem bevinden. Of omgekeerd af naarmate we hoger stijgen.

Het kookpunt neemt af met hoogte.
Koken op grote hoogte verbruikt meer brandstof.

Dit leidt tot een eerste gevolg, dat zich betrekkelijk snel aandient. Omdat het volume van onze longen gelijk blijft, nemen we per ademhaling op de bodem meer luchtmoleculen en daarmee ook meer levensbelangrijke zuurstof op dan op 5000 meter hoogte. De lucht op de berg wordt ijler en we moeten, hoe hoger we komen, vaker ademen om dezelfde hoeveelheid zuurstof op te nemen.

Een ander interessant effect is dat het kookpunt van water omlaag gaat bij afnemende druk. Dit betekent niets anders dan dat het water al kookt op minder dan 100 °C. Verkijk je echter niet: hierdoor duurt het ook langer voordat spijzen koken dan op lagere hoogte en je hebt meer brandstof nodig voor je camping brander.

Hoe verandert de uv-straling met toenemende hoogte?

Maar niet alleen de druk verandert, ook de intensiteit van de uv-straling wijzigt zich met toenemende hoogte. Uv-straling wordt door de atmosfeer geabsorbeerd. Met minder atmosfeer boven ons wordt er logischerwijs minder straling geabsorbeerd. De uv-straling neemt met elke 100 hoogtemeters ca. 2% toe.

We moeten er in de bergen daarom absoluut op letten dat we voldoende tegen uv-straling beschermd zijn door gepaste zonnebrandmiddelen en kleding met geïntegreerde uv-bescherming. Zelfs bij een bewolkte hemel dringen uv-stralen tot ons door en we onderschatten gemakkelijk hoe sterk de hogere intensiteit van de straling in de bergen onze huid belast.

Hoe verandert de temperatuur met toenemende hoogte?

We komen nu bij het laatste punt: de temperatuur. Iedere bergbeklimmer zal weten dat het kouder wordt naarmate we hoger stijgen. Om preciezer te zijn: het wordt 0,65° Celsius kouder per 100 hoogtemeters (hierbij gaan we uit van bestendig weer). Maar waarom eigenlijk?

Onze planeet aarde produceert zelf nauwelijks warmte. Nagenoeg de totale thermische energie op het aardoppervlak is afkomstig van de zon. Deze energie, die de aarde bereikt in de vorm van straling, wordt door de bodem geabsorbeerd en opgeslagen als warmte. De bodem geeft de warmte weer af aan zijn omgeving (de lucht). De atmosfeer warmt op.

De atmosfeer warmt nu van beneden naar boven op. Hoe dichter we ons bij de bodem bevinden, hoe meer thermische energie, dus warmte, er beschikbaar is en hoe warmer het is. In tegenstelling tot druk, die gelijkmatig afneemt tot aan de rand van de atmosfeer, volgt temperatuur een grilliger verloop door de atmosfeer. De buitenste lagen, op ca. 100 kilometer hoogte, worden direct door de zon opgewarmd en zijn zeer heet. Het temperatuurverloop is hierdoor niet-lineair.

Op de voor bergsport relevante hoogtes, dus tussen zeeniveau en tegen 9000 meter, is het verloop anderzijds betrekkelijk lineair. Onze calculator geeft hiervoor dan ook betrouwbare uitkomsten.

We moeten echter ook letten op gevolgen die niet rechtstreeks met de natuurkundige eigenschappen van de atmosfeer samenhangen. De lucht is continu in beweging. Er treden hogedruk- en lagedrukgebieden op.

Stuit een hogedrukgebied (hoge luchtdichtheid, hogere luchtdruk) op een lagedrukgebied (lage luchtdichtheid, lagere druk), dan voltrekt zich automatisch een drukvereffening. Dit betekent dat de lucht uit het hoge- naar het lagedrukgebied stroomt. Gebeurt dat vlak bij de grond, dan merken we dit als wind.

Het ontstaan van deze gebieden met hoge en lage druk hangt af van veel, voor een deel zeer lokale factoren. Bewegen grote luchtmassa's naar een zeer hoog gebergte toe en kunnen ze hier niet eenvoudig over heen glijden, dan hoopt de lucht zich voor het gebergte op. De luchtdruk stijgt.

Ook de temperatuur van de atmosfeer is bepalend voor de dichtheid van de lucht. Grofweg geldt: een hoge temperatuur betekent een hoge luchtdruk, een lage temperatuur een lage luchtdruk.

Wat betekent dit nu voor ons alpinisten en outdoor sporters?

Principieel zijn we allemaal gesteld op een onbewolkte, blauwe hemel. Stabiele hogedrukgebieden zijn dus precies wat we nodig hebben, want nu stromen er koude luchtstromen van grotere hoogte richting de bodem en warmen gaandeweg op. Wolken lossen zich op en de hemel is helder.

In lagedrukgebieden stromen omgekeerd luchtmassa's van de bodem naar grote hoogten. Ze koelen hierdoor af en er vormen zich wolken, waaruit regen valt.

Nu treden hoge- en lagedrukgebieden niet alleen maar naast elkaar op. De luchtmassa's met hun verschillende druk kunnen ook gelaagd op elkaar liggen. We hebben eerder al gezien dat de luchtdruk met toenemende hoogte daalt. Bij een bepaald weersverschijnsel gebeurt dit echter juist niet.

Inversielagen als speciaal geval

Inversielaag in de Boven-Rijngraben, gefotografeerd vanuit Kandel
Inversielaag: nevel en rook blijven dicht bij de aardbodem

Bijv. wanneer een hoge- zich boven een lagedrukgebied bevindt. Dit verschijnsel doet zich meestal zeer lokaal voor en wordt inversielaag genoemd. De warme luchtlaag verhindert hierbij dat de koude lucht opstijgt.

Vlak bij de grond vormen zich meestal sterke wolken en nevel. Vaak bestaat er een duidelijk herkenbare grens, waar de wolken schijnbaar abrupt ophouden. Hier begint het hogedrukgebied. Boven deze wolkendeken kun je bij heldere lucht heel ver kijken, terwijl in de wolken het zicht zeer beperkt is en de temperatuur sterk daalt. Hier verlopen de temperatuur en druk in de atmosfeer lokaal omgekeerd ten opzichte van wat we natuurkundig zouden verwachten. Druk en temperatuur nemen af naarmate we verder dalen.

De grenzen van de berekenbaarheid

In principe kunnen we betrekkelijk goed voorspellen hoe druk, temperatuur en dichtheid veranderen met toenemende hoogte. Dit gaat echter alleen op bij bestendig weer zonder weerswisselingen, d.w.z bij constante luchtvochtigheid. Doordat de atmosfeer echter continu in beweging is, wijzigt ook de luchtvochtigheid deels zeer snel. De temperatuur en luchtdruk gedragen zich dan niet zoals ons vereenvoudigd model voorspelt. Het onderwerp luchtvochtigheid voert op deze plaats echter te ver.

Belangrijk is: wie langere tijd onderweg is in de bergen, en dan vooral op grote hoogten, zou zich vooraf absoluut op de hoogte moeten stellen van de actuele weersituatie en zo nodig van de weersvoorspelling voor de komende dagen!

€ 5 onmiddellijk
Voor je volgende bestelling
Nee, dank u.

Houd er a.u.b. rekening mee dat we op onze website cookies inzetten om je gebruikservaring te verbeteren. Wanneer je op de website verdersurft, ga je akkoord met het gebruik van cookies.