Deel dit artikel

orkanen duiken al op in het scheppingsverhaal van de taino’s, de oorspronkelijke bewoners van de caraïben. toch heeft het tot de negentiende eeuw geduurd voor wetenschappers het fenomeen konden uitleggen. dankzij technologische innovaties hebben we nu een vrij gedetailleerd inzicht in de structuur van orkanen. hoe moeten we echter omgaan met dit geweld en wonder van de natuur?

Goddelijke wind, duivels water

Jaak Monbaliu

Het Engelse woord voor orkaan, ‘hurricane’ danken we aan de Spaanse veroveraars van de nieuwe wereld. Zij hoorden immers spreken over de god Huracán, Hunrake of Jurakan, de god van de winden. In het zuidelijke halfrond heeft men het over tyfoon. Die term is wellicht aan het Chinees ontleend en betekent zo goed als wind uit vier richtingen of schrikbarende wind. Tropische cyclonen worden orkanen of tyfoons genoemd als ze windsnelheden halen van minstens 33 m/s, dat is ongeveer 120km/h. In tegenstelling tot tyfoon klinkt ‘hurricane’ in onze oren wat exotisch, zelfs wat aantrekkelijk. Het doet ons denken aan Miami Beach of aan een cruise in de Caraïben. Zoveel luxe en glamour lijken onverenigbaar met zoveel natuurgeweld. Palmbomen, schuingebogen en met lange gestrekte haren, schuimende golfkoppen, de onvoorspelbare baan van een losgerukte metalen golfplaat bespeeld door de wind, ontwortelde bomen, afgekraakte telefoonpalen, een gekantelde bus, omvergeblazen huizen – we kijken met verstomming naar de televisiebeelden en we bewonderen de kracht. We zijn echter niet bang: het is ook zo veraf. Als buitenstaander kijken we zelfs geboeid naar dit wonderlijke natuurverschijnsel. Het spreekt tot de verbeelding, het zet aan tot kunst: Shakespeare baseerde er grotendeels zijn toneelstuk The Tempest op. Bovendien zijn we, zelfs niet zo diep in ons hart, allemaal wel een beetje ramptoerist. Toch zijn orkanen en tyfoons wellicht de meest dodelijke van alle natuurverschijnselen op deze planeet. Kerry A. Emanuel, professor aan het de department Earth, Atmospheric and Planetary Science van het Massachusetts Institute of Technology en een autoriteit op het gebied van atmosferische processen, heeft een passie voor orkanen. In Divine Wind.The History and Science of Hurricanes slaagt hij erin die passie over te brengen via een fascinerende mengeling van wetenschap, geschiedenis en kunst. Vanuit elke hoek krijgen we een kijk op hoe we met dit geweld en wonder van de natuur moeten omgaan.

De Chinezen, de Taino’s in de Caraïben en de Maya’s in Mexico hadden reeds heel wat praktische kennis over orkanen, maar de wetenschappelijke ontleding van de fysica van dit fenomeen heeft lang op zich laten wachten. Wij denken vrij automatisch aan een gigantische draaikolk of spiraal, de zogenaamde ‘vortex’, omdat we meteen een satellietbeeld voor ogen hebben met een oog en gigantische wolkenbanden. Pas in het begin van de negentiende eeuw – vele honderden jaren later dan de Taino’s – kwam William Redfield, een amateurmeteoroloog, tot het besef van een draaikolk door vast te stellen dat afgekraakte bomen afhankelijk van de plaats in een andere richting wezen. Dit circulaire patroon van winden werd iets later ook bevestigd door scheepsloggen. De horizontale afmetingen, met een typische diameter van ongeveer 200 tot 400km, zijn niet vreemd aan dit late inzicht. Het heeft tot ongeveer de jaren dertig van de vorige eeuw geduurd voor men voldoende inzicht had in de fysica om te besluiten dat de verticale afmetingen van een orkaan groot moeten zijn en zich uitstrekken over de volledige troposfeer en zelfs in de lagere stratosfeer met een totale hoogte van ongeveer 18km.

Terwijl het zo goed als windstil is in het oog van de storm, kan de windsnelheid nabij het wateroppervlak klimmen tot ruim boven de 200km/h

Dankzij satellieten, radars en verkenningsvluchten met vliegtuigen hebben we vandaag een vrij gedetailleerd inzicht in zowel de horizontale als de verticale structuur van een orkaan. Ook andere cijfers zijn indrukwekkend. Orkanen zuigen zo’n enorme warmte uit de oceaan dat de temperatuur in het centrum en meer bepaald dicht bij de top ongeveer 15 graden hoger is dan in de verre omgeving. En terwijl het zo goed als windstil is in het oog van de storm, kan de windsnelheid nabij het wateroppervlak klimmen tot ruim boven de 200km/h. Naast de vele metingen hebben ook computermodellen bijgedragen tot de kennis van orkanen. Die modellen lossen numeriek de differentiaalvergelijkingen op die het gedrag van de atmosfeer beschrijven. Die differentiaalvergelijkingen zijn gebaseerd op de wet van Newton, de eerste wet van de thermodynamica en het behoud van water in zijn verschillende fases. De krachtigste computers laten momenteel echter hooguit een numerieke discretisatie toe in de grootteorde van één tot enkele kubieke kilometer, nog te grof om echt de details van het systeem te kunnen modelleren. Die dienen dan ook sterk te worden geschematiseerd en geparameteriseerd. De vrij goede overeenkomsten tussen de berekeningen en de werkelijke metingen echter geven toch enig vertrouwen in de juistheid van die modellen.

Eigenlijk is een orkaan een gigantische stoommachine. Door de verdamping van water aan het wateroppervlak, die het meest effectief is nabij de oogwand waar de grootste windsnelheden heersen, wordt een enorme hoeveelheid warmte aan de oceaan onttrokken. Dit manifesteert zich vooral in een toenemende luchtvochtigheid of met andere woorden in een latente warmte (isothermale expansie). Die latente warmte wordt door condensatie voelbare warmte als die vochtige lucht langs de oogwand omhoog wordt gestuwd (adiabatische expansie). Hoog in de troposfeer zakt de lucht terug naar beneden tot aan de tropopauze terwijl hij warmte afgeeft door straling en waarbij de temperatuur ongeveer constant blijft (isothermale compressie). Uiteindelijk vindt de lucht zijn weg terug naar het wateroppervlak waarbij de warmte die verloren gaat gecompenseerd wordt door het feit dat geen warmte nodig is voor het verdampen van water gezien dit als regen naar beneden valt (adiabatische compressie). In tegenstelling echter tot een klassieke stoommachine wordt de toegevoegde warmte hier niet gebruikt om een andere machine aan te drijven, maar wel om zijn eigen machine – de wind – verder aan te wakkeren. Die winden moeten door wrijving hun gewonnen energie verliezen. In orkanen gebeurt die wrijving echter vooral aan het wateroppervlak waardoor ze nog meer warmte vrijmaken. Eenmaal het proces op gang is gebracht, wordt het vanzelf gevoed en dit geeft de orkanen hun enorme kracht. Het wordt meteen ook duidelijk waarom orkanen eenmaal aan land gekomen snel hun kracht verliezen. Ze worden afgesneden van hun energiebron (warm water) en de stormwind raakt uitgeraasd. Iets minder evident maar toch heel logisch is dat orkanen heel veel aan kracht kunnen winnen wanneer ze dicht bij land in ondiep water komen. Hier bestaat de volledige waterkolom uit warm water in tegenstelling tot in diep water. Hoewel in diep water de toplaag warm is, wordt door de onstuimigheid van de zee het koude water uit de diepere delen gemengd met het oppervlaktewater waardoor de temperatuur in de toplaag zakt. Er zit dus een inwendige rem op het systeem. Dit spoor van koudere oppervlaktetemperatuur is heel goed zichtbaar op satellietbeelden van de temperatuur van de oceaanoppervlakte.

In tegenstelling tot de enorme windsnelheden nabij de oogwand van een orkaan, beweegt het oog zelf veel trager. Het meest eenvoudige model van de beweging van een orkaan is niets meer dan een vortex die ingebed ligt en daardoor meegevoerd wordt door de achtergrondstroming. Denken dat het daardoor een fluitje van een cent is om te voorspellen in welke richting de storm zich gaat voortbewegen, is al te simplistisch. Er zijn bepaalde patronen van achtergrondstroming die een bijna willekeurige koerswending kunnen veroorzaken. In Divine Wind haalt Emanuel als voorbeeld een stagnatiepunt in de achtergrondstroming aan dat gevormd wordt door de luchtstroming rond twee hogedrukgebieden. Zo’n stagnatiepunt is een punt van labiel evenwicht. Een kleine verschuiving in één of andere richting kan de koers totaal veranderen en dat maakt hun eigenlijke koers vrij onvoorspelbaar. Bovendien is het superpositiebeeld van een achtergrondstroming en een vortex op zich al te beperkt. In werkelijkheid is er een interactie tussen de vortex en de achtergrondstroming. Daarbij worden secundaire vortices gevormd die ervoor zorgen dat orkanen in het noordelijke halfrond noordwest worden gestuwd (zuidwest in het zuidelijke halfrond). Er is ook een aanzienlijk verschil tussen de windsnelheden dicht bij het oppervlak en hogerop (verticale verschuiving) en twee cyclonale depressies kunnen zo dicht bij elkaar komen dat ze elkaar beïnvloeden en aan de opvoering van een cyclonaal ballet beginnen. Zo begrijpt men de zo goed als willekeurige koers die een orkaan kan voeren. Desalniettemin slaagt men erin de beweging van een orkaan op korte termijn (minder dan 24 uur) redelijk goed te voorspellen door haar op de voet te volgen en die metingen via systematische correcties te assimileren in de computermodellen.

Even indrukwekkend, maar nog verwoestender is het water dat gepaard gaat met die tropische stormen

Even indrukwekkend, maar nog verwoestender is het water dat gepaard gaat met die tropische stormen. Het water verschijnt in drie vormen: golven, stormopzet en regen. De eerste vorm kan men proberen te ontwijken. Er zijn echter historische voorbeelden van niet weten en niet willen weten. De gevolgen waren meestal desastreus, zoals in 1502 toen een vloot van ongeveer dertig schepen vol goud en slaven uit de Nieuwe Wereld, bijna volledig zonk. Don Nicolas de Orvando, de gouverneur van het toenmalige Hispaniola en niet meteen de beste vriend van Columbus, had diens vraag voor beschutting en diens waarschuwing voor een naderende vreselijke storm op hoongelach onthaald en compleet genegeerd. Soms waren de gevolgen eerder een zegen, zoals toen de Mongoolse invallers bij hun twee pogingen om Japan te veroveren niet door de Japanse verdediging, maar wel door het natuurgeweld werden teruggeslagen. Dat het er soms bijzonder woest aan toe gaat, bewijzen foto’s van scheepsboegen die geplooid zijn alsof het om papieren exemplaren gaat. Zij laten alleen vermoeden hoe groot een golf met dergelijke impact moet zijn geweest.

Stormopzet is veel moeilijker te ontwijken. Lokaal – en dat is vrij ruim te interpreteren – kan onder invloed van de sterke wind het water worden opgestuwd. Die opstuwing kan variëren van een tiental centimeter tot vele meters. Het aantal slachtoffers in de Gangesdelta in Bangladesh, zelfs als we slechts naar de laatste vijftig jaar kijken, is bij benadering niet te tellen. De schattingen voor de grote storm van 1970 liggen tussen de 300.000 en 500.000 slachtoffers. De gelijkenis met de tsunami van eind 2004 is pijnlijk. Er was geen waarschuwingssysteem. De mensen waren compleet verrast. Ongeveer een vierde van het huidige Bangladesh stond onder water. Zelfs met een waarschuwingssysteem en met een evacuatie van verschillende miljoenen mensen kwamen in 1991 bij een bijzondere krachtige tyfoon weer meer dan 100.000 mensen om. Velen die de storm overleefden, kwamen nadien om van honger, dorst of ziekte.

En dan is er de regen, regen en nog eens regen. Nog vrij recent in het geheugen ligt de orkaan Mitch, die in 1998 over Centraal-Amerika trok. In enkele dagen tijd viel toen bijna 2.000mm regen (ter vergelijking: de iets meer dan 100mm van vorige zomer in delen van Oost-Vlaanderen werden als een ramp beschouwd). De schade en het menselijke leed waren niet te overzien. Meer dan 10.000 mensen kwamen om bij de overstromingen en modderlawines. De infrastructuur van Honduras werd volledig verwoest. Aan de regen is echter geen ontsnappen aan. De topografie van Centraal-Amerika met een bergachtig binnenland dwingt de orkaan om al zijn balast te laten vallen om over de bergen te geraken. 2006 was een uitermate kalm jaar op het gebied van orkanen – El Niño zit er blijkbaar voor iets tussen – maar jammer genoeg kan niet hetzelfde worden gezegd over de tyfoons. De orkaan Katrina uit 2005 ligt echter nog vers in het geheugen.

De orkaan Katrina uit 2005 ligt nog vers in het geheugen

Emanuels boek was gedrukt voor Katrina New Orleans verwoestte. Toch komen alle kenmerken van de ramp die Katrina was aan bod. De toenemende bevolkingsdruk in kustgebieden, niet aangepaste constructiemethoden en – we kunnen daaraan toevoegen, zeker als men al vele jaren ontsnapt aan de dans – het steeds opnieuw uitstellen om welke andere belangrijke reden dan ook van het hoogstnodige onderhoud of de versterking van dijken – dit alles is vragen om rampen. Mensen vergeten snel en leren slechts langzaam uit het verleden. Rampen gebeuren meestal ergens anders. En door lange periodes tussen echte schade op dezelfde plaats verslapt onze aandacht en verwatert het rampenplan. We vergeten ‘details’ zoals de mogelijkheid, zelfs grote waarschijnlijkheid van overstromingen vanuit het binnenland door slecht onderhoud en/of ontwerp van dijken. Er is ook enige politieke onwil en/of onmacht om beslissingen te nemen die electoraal weinig opleveren. Geen ramp heeft tenslotte geen nieuwswaarde. En als er zich dan een ramp voordoet, geraakt men relatief makkelijk, soms zelfs beter weg. Klasseer het als een ‘ramp’ en je wordt als een weldoener bekeken. Bovenal is er de onmacht en de armoede van heel veel mensen die nergens anders heen kunnen. Dit is nu eenmaal waar zij (gedwongen worden te) leven en alternatieven zijn er voor hen zo goed als niet. Wat de toekomst ons zal brengen, weten we niet. De opwarming van de aarde en de mogelijke gevolgen ervan halen bijna dagelijks het nieuws.

In tijden van onwetendheid en onzekerheid doen goden en profeten het echter goed. Dit was al zo in het scheppingsverhaal van de Taino’s, de originele inwoners van de Caraïben. De godin Atabei schiep eerst de aarde, de lucht en de sterren. Om haar werk voort te zetten baarde zij twee zonen, Yucaju en Guacar. Yucaju schiep de zon en de maan om licht te geven en schiep daarna de planten en de dieren. Guacar was jaloers op het indrukwekkende scheppingswerk van zijn broer Yucaju en veranderde zijn naam in Juracan: hij werd een slechte god van wind en verwoesting. Daarop schiep Yucaju Locuo, een halfgod om in vredevolle harmonie op aarde te leven. Locuo schiep op zijn beurt de eerste man en vrouw. Of dit scheppingsverhaal wetenschappelijk juist is, kunnen we zeker betwijfelen. Ook het verdere verloop is mij niet gekend. Het staat echter wel vast dat de slechte god er nog steeds is, misschien wordt hij alleen maar slechter. En we begrijpen al lang niet meer waarom hij zo jaloers zou zijn op ons, verre nakomelingen van Yucaju, en op de vruchten van onze schepping. Of zijn wij zijn bondgenoten geworden?

Kerry Emanuel, Divine Wind.The History and Science of Hurricanes (Oxford: Oxford University Press 2005).

Jaak Monbaliu is als bouwkundig ingenieur verbonden aan de KU Leuven.

Deel dit artikel
Gerelateerde artikelen