Hoe werkt GPS?

UPDATE december 2017

Tegenwoordig hebben veel mensen de beschikking over GPS: in de auto als navigatie-systeem, op de boot, telefoon of op de traditionele GPS-apparaten. Het werkt meestal feilloos en heeft zeker bijgedragen aan de veiligheid van zowel het autoverkeer als voor klimmers en wandelaars in de bergen. Maar wat is GPS eigenlijk en hoe werkt het? GPS is de afkorting van Global Positioning System en werkt met behulp van satellieten, zeker 24 stuks, die continu rondom de aarde cirkelen. Deze satellieten zenden radiogolven uit, die een GPS-apparaat op kan vangen. Deze satellieten beschrijven hun baan om de aarde in 12 uur. Door de positionering van de satellieten is er op ieder moment van de dag, op vrijwel elke plaats op aarde voldoende ontvangst om de positie uit te rekenen.

Maar hoe weet mijn GPS-ontvanger waar ik ben?

In tegenstelling tot wat veel mensen denken, berekent het GPS-apparaat (de ontvanger) waar jij je bevindt. Hij geeft dus niet door aan de satelliet waar jij bent. De GPS-ontvanger berekent een 3-tal variabelen: de positie van de satelliet, de afstand tussen de satelliet en de ontvanger en voegt de afstanden samen. Hiervoor zijn minimaal 3 satellieten nodig.

Positie van de satelliet

De satelliet zendt radio-golven uit en daarmee een bepaalde identificatie-code. Omdat de omstandigheden op aarde overal verschillen en van dag tot dag wijzigen (denk aan het weer en politieke omstandigheden) zijn er enkele grondstations op aarde die de positie van de satelliet vergelijkt met de doorgegeven positie en de werkelijke positie. Als er afwijkingen zijn dan berekent het grondstation een correctiefactor, welke hij terugstuurt naar de satelliet. Deze stuurt de correctiefactor mee naar de ontvanger.

Afstand tussen de satelliet en de ontvanger

De satelliet zendt de tijd mee wanneer het signaal is verzonden. Omdat de snelheid waarmee het radiosignaal reist bekend is (namelijk die van het licht), kan de GPS-ontvanger uitrekenen hoe ver de satelliet verwijderd is van zijn positie. Hierbij dient aangemerkt te worden dat de klok van de GPS-ontvanger minder nauwkeurig is dan die van de satelliet. Kleine verschillen kunnen dus ontstaan.

Afstand samenvoegen

Aan de afstand naar de satelliet op zich heb je nog niets. Dit worden pas waardevolle gegevens als je dit van meerdere satellieten weet, zodat je als het ware mogelijkheden uit kunt kruizen (trigonometrie). Bij 2 satellieten heb je al een idee waar je bent, namelijk binnen het bereik van beide satellieten, op een bepaalde lijn van gelijke afstand tussen de 2. Je hebt dus een derde satelliet nodig om exact aan te geven waar je bent: in het midden van een driehoek. Hier valt bij aan te tekenen dat geldt: hoe meer satellieten er zijn, des te nauwkeuriger is de positie berekend. Om de hoogte te bepalen heb je minimaal 4 satellieten nodig.

Nauwkeurigheid

Het satellietstelsel is eigendom van de regering van de Verenigde Staten. Het is niet in hun belang om iedereen op aarde té nauwkeurig te laten weten waar iemand zich bevindt. Hiervoor is een onnauwkeurigheid ingebouwd, die op elke plek op aarde anders kan zijn (en van moment tot moment kan verschillen). Deze onnauwkeurigheid wordt ingegeven door de grondstations die de correctiefactor meesturen aan de satelliet. Verder is de klok in de GPS ontvanger minder nauwkeurig dan die van de satellieten, waardoor de onzekerheid over de positie nog meer verschilt. Bij duurdere apparaten is de klok nauwkeuriger. Hierbij geldt dat telefoons het minst nauwkeurig zijn, gevolgd door auto, boot en traditionele GPS. Voor de meeste toepassingen maakt deze nauwkeurigheid niet veel uit. Reken op een nauwkeurigheid van je GPS van 3-5 meter in iedere richting (ook de hoogte).

Je kunt dit eenvoudig zien door ergens stil te staan met je GPS aan. Ondanks dat jij zeker weet dat je stilstaat, zal de GPS je toch op verschillende plekken neerzetten en lijk je dus te bewegen.

Fabrikanten van GPS

Van oudsher waren het vooral de fabrikanten die aan de diverse legers mochten leveren en de traditionele apparaten bouwen: denk hierbij aan Garmin (wereld marktleider) en Suunto. Later kwamen hier de fabrikanten voor autonavigatie bij: TomTom, Navteq, Magellan, VDO Dayton en opnieuw Garmin, hoewel de meeste systemen tegenwoordig ingebouwd zitten in de auto.

Een andere categorie apparaten die de beschikking heeft gekregen over GPS zijn de telefoons. Door de enorme aantal smartphones die verkocht worden met GPS behoort de smartphone tegenwoordig tot het populairste GPS-apparaat.

De laatste categorie zijn horloges. De smartwatches en GPS horloges kunnen tegenwoordig vrijwel hetzelfde als je telefoon. Het scherm is uiteraard kleiner en de batterijlevensduur valt vaak tegen.

Hoe snel smelt sneeuw?

Voor (alpiene) buitensporters is dit in ieder seizoen een relevante vraag: in de winter wil je dat sneeuw blijft liggen, in de zomer wil je niet dat sneeuwval je routes blokkeert. Maar hoe snel smelt sneeuw nu eigenlijk?

Dit hangt af van de volgende factoren:

  • Bodemtemperatuur
  • Luchttemperatuur
  • Luchtvochtigheid
  • Windsnelheid
  • Aanwezigheid van wolken (in de nacht)
  • Zonneschijn
  • Hellingshoek
  • Temperatuur van de sneeuw
  • Hoe vers is de sneeuw en welk type sneeuw

Bodemtemperatuur

Wanneer de eerste sneeuw valt, valt deze direct op de grond. Indien de grond bevroren is voor reeds langere tijd, blijft de sneeuw direct liggen. Indien de grond nog niet bevroren is, zal de sneeuw in eerste instantie smelten. Het smelten van sneeuw onttrekt enorm veel energie aan de omliggende omgeving: de lucht koelt af, maar ook de bodem koelt af. Door het smelten van de sneeuw zal de temperatuur van de omliggende objecten richting het vriespunt dalen. Pas dan stopt de sneeuw met smelten en blijft langere tijd liggen.

Stel je nu voor dat het een heldere nacht is geweest en de bodem is reeds bevroren. De sneeuw valt in de ochtend op deze bevroren bodem. De nu vers gevallen sneeuw vormt een isolerende deken op de bodem, waardoor restwarmte uit de bodem niet kan ontsnappen. Hierdoor kan de sneeuw van onderaf smelten. Deze smelt is afhankelijk van hoe snel het smeltwater weg kan stromen of zakken (poreuze bodem). Als het water snel verdwijnt stopt het proces relatief snel. Indien het water niet weg kan (omdat de sneeuw bijvoorbeeld op een bevroren moeras of meer is gevallen), zal het smelten lange tijd doorgaan en een papperig dek achterlaten.

Luchttemperatuur

Sneeuw smelt in principe pas bij een temperatuur boven de 0 graden, afhankelijk van de luchtvochtigheid. Indien de temperatuur hoger is, zal het smelten sneller gaan. De temperatuur is echter niet zuiver bepalend; indien de afgekoelde lucht (immers, smelten onttrekt warmte aan de lucht) niet afgevoerd wordt, zal de sneeuw steeds minder snel smelten. In tegenstelling tot wat je zou denken is luchttemperatuur op zichzelf dus niet doorslaggevend.

Luchtvochtigheid

Sneeuw smelt bij een temperatuur boven de 0 graden. Zou je denken. Echter, dat is niet per se het geval. In zeer droge lucht is de zogenaamde dauwpuntstemperatuur lager. Hierdoor kan het voorkomen dat sneeuw niet smelt bij temperaturen ruim boven het vriespunt. Andersom zul je zien dat bij een temperatuur iets onder nul en met een waterig zonnetje in combinatie met een hoge luchtvochtigheid het wel degelijk begint te druppelen. IJs (en dus ook sneeuw) is echter een apart goedje: bij een lage luchtvochtigheid zal het sneeuwdek afnemen, ook als het niet dooit. IJs kan namelijk overgaan in waterdamp zonder eerst vloeibaar te worden. Dit proces heet sublimatie en is (afgezien van de wind en luchtdruk) een belangrijke oorzaak van de zogenoemde dry-valleys op Antarctica.

Windsnelheid

Al eerder stelde ik dat lucht verplaatst moet worden om de opgenomen koude af te voeren. En op zijn beurt weer ruimte te maken voor verse zachte lucht. Hoe harder het waait, des te sneller dit gebeurd. Bij een flinke föhn wind is er sprake van warme, droge lucht die door dalende luchtstromen wordt opgewarmd. Vooral een zuidföhn in heldere lucht en dus veel zonneschijn en een lage luchtvochtigheid kan zorgen voor een enorm snelle afsmelting tot tientallen centimeters per dag. Overigens zijn bepaalde dalen (noord-zuid georienteerd) aanzienlijk gevoeliger voor föhn, evenals de hogere pieken. In het dal kan het windstil zijn en zeker in zijdalen kan er een poel van koude lucht blijven hangen.

Aanwezigheid van wolken

Overdag beschermen wolken tegen de instraling van de zon. Echter, in de nacht voorkomt de aanwezigheid van bewolking de uitstraling. Hierdoor kan een sneeuwdek geen IR-straling afgeven en kan het in de nacht zelfs opwarmen.  Een wolkenloze nacht is dus het beste voor het behoud van een sneeuwdek. Dit kun je zelf ervaren in de winter: nadat er een vers sneeuwdek gevallen is en het klaart op, koelt het snel af. Dit veroorzaakt ook in de Lage Landen nog zeer lage temperaturen in de winter.

Zonneschijn

De zon verwarmt de atmosfeer en daarmee de lucht. Dat doet de zon echter met name door infraroodstraling op objecten te laten vallen, die de warmte opnemen en uitstralen. Deze lucht stijgt op, zet uit en koelt daardoor af. Ieder object neemt IR tot zich: het is het gevoel van een lekker warm lente-zonnetje. Ook het sneeuwdek neemt deze straling tot zich, echter slechts 10%. De rest wordt weerkaatst. Dit relatieve getal noemt men albedo. Deze 10% is echter wel relevant, maar wordt pas echt relevant als sneeuw verouderd of wanneer er objecten doorheen steken. Denk hierbij aan rotsen, bomen, huizen etc. De sneeuw zal het snelst smelten rondom deze uitstekende objecten. Deze worden namelijk warm en versnellen het smelten.

Hellingshoek

Een steile noordhelling ontvangt nauwelijks zonnestralen in de winter. Een zuidhelling daarentegen heeft de zon er wel op staan. Hoe rechter de hoek wordt, deze te meer straling ontvangt het sneeuwdek per vierkante meter.

De zon staat in de winter op de meeste plekken in de Alpen ongeveer 23° boven de horizon. Een helling met een hoek van ongeveer 67° staat dan loodrecht op de zon en ontvangt dus veel instraling. In het dal is het slechts 23 graden, waardoor veel meer straling wordt weerkaatst. Naarmate het seizoen verandert, verandert ook deze ongunstige hoek: steile hellingen ontvangen steeds minder straling.

Op hellingen in de schaduw speelt dit nauwelijks een rol, zeker niet in de winter.

Temperatuur van de sneeuw

De temperatuur van sneeuw is geen 0°C. De temperatuur zal in veel gevallen lager liggen. Voordat het begint te smelten, moet de sneeuw eerst opwarmen tot 0°C. Doordat sneeuw relatief weinig massa heeft, kan dit wel snel gaan en het wegstromende water zal het proces versnellen.

Hoe vers is de sneeuw en welk type sneeuw?

Verse sneeuw is de perfectie van wit. Het weerkaatst 90% van al het zonlicht en helpt ’s nachts de afkoeling. Hoe ouder de sneeuw is, des te meer “witheid” het verliest en dus des te meer warmte het opneemt. En dan smelt het sneller.

Welk type sneeuw er gevallen is, is ook belangrijk. Verse sneeuw bevat veel lucht en dus weinig massa. Er is relatief weinig energie nodig om dit te laten verdampen of sublimeren. Het kan dus snel verdwijnen. Als het er langer ligt gaat het inklinken en wordt het compacter en minder gevoelig. Ook als er meer sneeuw valt, klinkt de onderste laag verder in totdat het ijs of firn is na een jaar (zo ontstaan gletsjers). Als de sneeuw al gevallen is als compacte, nattere sneeuw, klinkt het veel sneller in en wordt het sneller ijs. Dit smelt minder snel weg.

Conclusie: hoe snel smelt sneeuw?

Uiteindelijk hangt het dus van veel factoren af. Een flinke föhnstorm kan meer dan 20cm verse sneeuw binnen enkele uren laten verdwijnen. Een flink pak sneeuw van bijvoorbeeld een meter zal echter behoorlijk inklinken en het vrij lang volhouden. Hoog in de Alpen valt op sommige plekken meer dan 10 meter sneeuw, en het duurt vaak tot eind augustus voordat de laatste sneeuw weg is (afhankelijk van de hoogte en ligging van de helling). Aan de hand van de weersverwachting en ligging van het gebied kun je nu wellicht wel een betere inschatting maken.

Sneeuwsmelt in Nederland; een praktijkvoorbeeld

Afgelopen zondag (10 december 2017) viel er in mijn woonplaats in het noorden van Limburg 15cm sneeuw uit een actief lagedrukgebied. Aan de achterzijde van het lagedrukgebied stroomde zachte lucht binnen, zowel op hoogte als aan de grond. Dit resulteerde in regen en temperaturen tot bijna 7 graden Celsius.

Al tegen 17 uur lag er nog slechts 9cm sneeuw. Enerzijds was het dek sterk ingeklonken, anderzijds ook veel afgesmolten. In de avond waaide het stevig met temperaturen rond de 4°C. Windstoten tot meer dan 90km/h zorgde er voor dat de lucht snel werd ververst, waardoor er geen koude plaklaag kon bestaan boven de sneeuw.  ‘s Avonds tegen 23 uur lag er nog slechts 2cm sneeuw. In de winter, zonder zonneschijn, kan er dus ruim 10cm sneeuw verdwijnen in een halve dag.

Wat is “Nordstau”

Je hoort het wel eens in het weerbericht: Nordstau. In Oostenrijk, Zwitserland en het zuiden van Duitsland is dit een ingeburgerde term voor een bepaalde weerssituatie. Nordstau kan zich op verschillende manieren manifesteren, maar de uitwerking is hetzelfde: een noorden – of noordwestenwind brengt koude en meestal vochtige lucht met zich mee. Deze wordt naar het zuiden getransporteerd.

Op onderstaande afbeelding zie je een lagedrukgebied boven het noorden van Duitsland en een hogedrukgebied boven het kanaal. Dankzij de wet van Buys-Ballot draait de wind op het noordelijk halfrond met de wijzers van de klok mee bij een hogedrukgebied en andersom bij een lagedrukgebied. In onderstaande afbeelding wordt dus vochtige lucht van de Noordzee naar het zuiden getransporteerd.

In ons land levert dit weer meestal felle buien op, afgewisseld met felle opklaringen.

Op een gegeven moment komen de bergen in beeld: eerst de Ardennen en Vogezen, later de Jura en dan de Alpen. De buien worden aan de achterkant nog steeds aangevuld, maar aan de zuidzijde lopen ze tegen de bergen op. Door stuwing (vandaar “Stau”) neemt de hoeveelheid neerslag toe en halen de nieuwe buien de oude in. Zware neerslag kan het gevolg zijn: dit zijn de klassieke sneeuwdumps die je ziet in de winter en soms tot meer dan een meter sneeuw per dag opleveren.

Als het lagedrukgebied een diepere aanvoer heeft vanaf de Noordpool, dan is de bovenlucht kouder. Hierdoor zijn de buien zwaarder en de sneeuwgrens zakt dieper. Hetzelfde geldt idem dito voor het hogedrukgebied. Ook de vorm van het lagedrukgebied heeft invloed.

Des te verder het lagedrukgebied naar het oosten ligt, des te oostelijker komt de neerslag uit. Gebieden typisch gevoel voor Nordstau is het zuid-Duitse hoogland rondom Garmisch-Partenkirchen, de bergen rondom Innsbruck en het Berner Oberland.

Aan de zuidkant van het Alpenmassief is het doorgaans zonnig en warm weer: de wolken zijn leeg gesneeuwd of geregend en de dalende luchtbewegingen uitten zich in een nord-föhn.

Nordstau - schematisch weergegeven
Nordstau – schematisch weergegeven

Hoe ontstaat en groeit een gletsjer?

Gletsjers komen voor op alle continenten, mits Nieuw-Zeeland en Nieuw-Guinea tot het continent Oceanië gerekend worden. Gletsjervorming hangt af van specifieke omstandigheden in het lokale klimaat: de hoeveelheid neerslag, temperatuur en de aanwezigheid van een accumulatiezone. Alpiene gletsjers bestaan uit deze accumulatiezone, ablatiezone en firn-zone.

De accumulatiezone is het gebied waarin sneeuw valt en op de gletsjer terecht komt. Dit kan komen door bijvoorbeeld de wind, maar ook door lawines. Waar deze sneeuw terecht komt en vervolgens omgezet wordt in “firn” (samengeperste sneeuw) en later tot ijs, is de firnzone. Firn is nog open en poreus, maar compacter dan sneeuw. IJs is niet meer poreus.

Op de afbeelding hieronder zie je de door mij getrokken zwarte lijn op de Glacier de Saleina in Italië. Deze lijn geeft min of meer de accumulatiezone aan: sneeuw valt bijvoorbeeld op de Aiguille d’Argentiere en valt als lawine op deze gletsjer. De blauwe lijn geeft de firnzone aan: hier blijft de sneeuw in principe het hele jaar liggen en veranderd dus in firn. Als er meerdere jaren sneeuw op valt, wordt het door de toegenomen druk ijs en gedraagt het zich als een vloeistof en stroomt het naar beneden.

Door het naar beneden stromen komt het ijs in de ablatie-zone. Deze begint bij de gele pijl en is de lijn waar het ijs niet meer bedekt wordt door firn.

Deze scheiding vindt plaats op de “equilibrium-lijn”. Dit is dus de lijn waar de jaarlijkse hoeveelheid sneeuw net zo groot is als het verlies door smelt of verdamping. Een gletsjer groeit als er meer sneeuw valt dan er in de ablatie-zone afsmelt. De grootte van het firnbekken bepaald in belangrijke mate hoe lang een gletsjer kan worden: er is een groot aanbod van ijs wat kan ontstaan en verder naar beneden kan vloeien. Ook de hoeveelheid neerslag is uiteraard sterk bepalend voor de hoeveelheid ijs welke ontstaat, evenals de temperatuur in de zomer. In jaren waarin veel sneeuw valt in de winter en met een koele zomer, kan een gletsjer groeien (zowel in lengte als in massa).

Grafische weergave van het ontstaan van een gletsjerHet ontstaan van een gletsjer

Frostbite (bevriezing)

Frostbite, ofwel bevriezing, is een verschijnsel wat bij extreme koude kan voorkomen: bij temperaturen lager dan -15°C kan dit verschijnsel snel optreden, maar ook bij hogere temperaturen is er gevaar. Hierbij kunnen uitstekende lichaamsdelen zoals neus, oren, vingers en tenen beschadigd raken door de vorst. Deze lichaamsdelen hebben weinig spieren en bevinden zich op ruime afstand van het hart, waardoor er minder bloed stroomt. Door de lage temperaturen vernauwen de bloedvaten zich, waardoor er nog minder bloed deze lichaamsdelen kan bereiken.
Omdat de term frostbite beter de lading dekt van het verschijnsel, zullen wij deze term hier ook hanteren.

Wat veroorzaakt frostbite?

De belangrijkste veroorzaker is uiteraard vorst: het moet vriezen om van frostbite te kunnen spreken. Daarbij is er een aantal versterkende factoren:

  • Wind: als het harder waait, kan er meer warmte afgevoerd worden van het lichaam. Hierdoor koelt het lichaam en de genoemde lichaamsdelen sneller en verder af. Dit vergroot het risico op frostbite aanzienlijk.
  • Hoogte: Op grote hoogte maakt het lichaam extra rode bloedlichaampjes aan, als reactie op de kleinere hoeveelheid zuurstof in de lucht. Hierdoor wordt het bloed stroperiger en stroomt het minder makkelijk door de bloedvaten. In combinatie met de eerder genoemde vernauwing van de bloedvaten door de lage temperaturen kan dit leiden tot een snelle intrede van frostbite.
  • Roken: Roken vernauwt de bloedvaten en maakt ze minder flexibel. Dit vergroot de kans op frostbite. Ook een hoog cholesterol kan leiden tot soortgelijke problemen.
  • Natte kleren: Natte kleren bevorderen de afgifte van warmte aan de omgeving en koelen een lichaam dus sneller af.
  • Slechte bloedcirculatie: Het dragen van strakke kleding beperkt de bloedcirculatie.

Gevolgen van frostbite

Er zijn diverse stadia in frostbite. De meeste mensen in Nederland hebben de eerste fase al zelf ervaren: de huid wordt wit en begint te tintelen. Dit merken we al wanneer we bijvoorbeeld fietsen door de regen bij een temperatuur net boven 0°C: er is veel wind (rijwind) en de natte handen verliezen snel warmte. Wanneer we lang door fietsen gaat het echt pijn doen en worden de handen gevoelloos en rood: de tweede fase is bereikt. Wanneer de handen nog verder afkoelen (tot onder 0°C) kom je in de derde fase: het weefsel raakt beschadigd en zenuwen kunnen afsterven. Behandeling moet onmiddelijk volgen, anders ontstaat droog gangreen. Dit is het afsterven van weefsel door bevriezing. De huid wordt zwart en sterft af. Het kan noodzakelijk zijn om lichaamsdelen te amputeren.

Andere vormen

Behalve bevriezing zijn er nog meer voorbeelden van schade die kan ontstaan door lage temperaturen. Een voorbeeld hiervan zijn wintertenen. De tenen of vingers zwellen op en jeuken behoorlijk. Het is echter vrij onschuldig en meestal niet chronisch. Met het aantrekken van juiste kleding zijn de belangrijkste preventieve maatregelen vaak al genomen.

Een ernstiger aandoening zijn loopgraafvoeten. Loopgraafvoeten (trench foot) zijn obekend geworden in de Eerste Wereldoorlog, toen tienduizenden soldaten dag in dag uit met hun natte laarzen in de natte loopgraven stonden. Voeten worden rood of blauw, zwellen op en vertonen blaren en open wonden. In feite beginnen de voeten te rotten, terwijl ze nog aan het lichaam vastzitten. Gangreen kan ontstaan en de voeten rest vaak nog slechts amputatie, om de dood te voorkomen. In tegenstelling tot frostbite hoeft het voor loopgraafvoeten niet te vriezen: temperaturen onder de 16°C zijn laag genoeg om te leiden tot loopgraafvoeten.

Hoogteziekte

Hoogteziekte kan ontstaan op hoogtes boven de 2000m en kan iedereen treffen. De kans op hoogteziekte is het grootst bij een slechte acclimatisatie (gewenning), maar ook zeer goed geacclimatiseerde personen kunnen getroffen worden.
Hoogteziekte ontstaat door een gebrek aan zuurstof in de lucht. Naarmate je hoger in de atmosfeer komt, daalt de luchtdruk en daarmee het aantal deeltjes zuurstof per liter lucht. Bij iedere ademteug die je neemt, krijg je minder zuurstof binnen dan op zeeniveau. Als reactie hierop zal het lichaam extra rode bloedlichaampjes aanmaken: deze transporteren de zuurstof naar de overige cellen in het lichaam.

Hiervoor is tijd nodig: Om een berg als de Mont Blanc (als laagland-bewoner) te beklimmen met een sterk gereduceerde kans op hoogteziekte ben je enkele dagen verder. Hierbij geldt veelal het devies: overdag zo hoog mogelijk komen en laag overnachten. Dit zou het proces bespoedigen. Belangrijk hierbij is om veel te drinken: de lucht in de bergen is vaak droog, de lichamelijke activiteit hoog en door het aanmaken van de extra rode bloedlichamen wordt het bloed dikker. Water is hiervoor de beste verdunner.
Boven de 7500m kan het lichaam zich niet langer aanpassen en zal men steeds vermoeider worden: dit noemt men de Zone des Doods

Symptomen

Hoogteziekte treed in de meeste gevallen zeer acuut op, maar niet altijd even intens. Er zijn milde symptomen ernstige symptomen. De milde symptomen bestaan uit slapeloosheid, verhoogde hartslag, verminderde eetrust en hoofdpijn. De volgende fase brengt meer ongemak met zich mee: misselijkheid, diarree en/of braken. De ernstige symptomen ontstaan bij langdurige blootstelling aan het zuurstofgebrek en meestal op extreme hoogte (hoger dan 5000m). De ernstige symptomen zijn zware hoofdpijn, oververmoeid zijn (ondanks de genoten rust), onverschilligheid, oedeem, verlies van coördinatie en het ophoesten van bloederig slijm. Als er niet wordt afgedaald zal de dood volgen, ofwel door hartstilstand, danwel door de verschillende soorten oedeem. Bij longoedeem bijvoorbeeld stik je in het vocht in je longen, bij hersenoedeem (symptoom: zware hoofdpijn) krijg je een hersenbloeding.

Hoogteziekte is vooral gevaarlijk in combinatie met frostbite. Door het dikker wordende bloed is het moeilijker om alle lichaamsdelen te bereiken. Hierdoor is het risico op frostbite groter.

Remedie

Eigenlijk is er tegen hoogteziekte maar 1 werkende remedie: afdalen. Veel water drinken kan verlichtend werken, evenals het gebruiken van bepaalde medicijnen. Beide bieden echter geen structurele oplossing. Hoe hoogteziekte precies ontstaat is tot op heden onbekend, en dus zijn ook de beste remedies nog slechts die remedies waarnaar we het beste kunnen gissen.

Hoogteziekte kan ontstaan op hoogtes boven de 2000m en kan iedereen treffen. De kans op hoogteziekte is het grootst bij een slechte acclimatisatie (gewenning), maar ook zeer goed geacclimatiseerde personen kunnen getroffen worden.
Hoogteziekte ontstaat door een gebrek aan zuurstof in de lucht. Naarmate je hoger in de atmosfeer komt, daalt de luchtdruk en daarmee het aantal deeltjes zuurstof per liter lucht. Bij iedere ademteug die je neemt, krijg je minder zuurstof binnen dan op zeeniveau. Als reactie hierop zal het lichaam extra rode bloedlichaampjes aanmaken: deze transporteren de zuurstof naar de overige cellen in het lichaam.

Hiervoor is tijd nodig: Om een berg als de Mont Blanc (als laagland-bewoner) te beklimmen met een sterk gereduceerde kans op hoogteziekte ben je enkele dagen verder. Hierbij geldt veelal het devies: overdag zo hoog mogelijk komen en laag overnachten. Dit zou het proces bespoedigen. Belangrijk hierbij is om veel te drinken: de lucht in de bergen is vaak droog, de lichamelijke activiteit hoog en door het aanmaken van de extra rode bloedlichamen wordt het bloed dikker. Water is hiervoor de beste verdunner.
Boven de 7500m kan het lichaam zich niet langer aanpassen en zal men steeds vermoeider worden: dit noemt men de Zone des Doods

Symptomen

Hoogteziekte treed in de meeste gevallen zeer acuut op, maar niet altijd even intens. Er zijn milde symptomen ernstige symptomen. De milde symptomen bestaan uit slapeloosheid, verhoogde hartslag, verminderde eetrust en hoofdpijn. De volgende fase brengt meer ongemak met zich mee: misselijkheid, diarree en/of braken. De ernstige symptomen ontstaan bij langdurige blootstelling aan het zuurstofgebrek en meestal op extreme hoogte (hoger dan 5000m). De ernstige symptomen zijn zware hoofdpijn, oververmoeid zijn (ondanks de genoten rust), onverschilligheid, oedeem, verlies van coördinatie en het ophoesten van bloederig slijm. Als er niet wordt afgedaald zal de dood volgen, ofwel door hartstilstand, danwel door de verschillende soorten oedeem. Bij longoedeem bijvoorbeeld stik je in het vocht in je longen, bij hersenoedeem (symptoom: zware hoofdpijn) krijg je een hersenbloeding.

Hoogteziekte is vooral gevaarlijk in combinatie met frostbite. Door het dikker wordende bloed is het moeilijker om alle lichaamsdelen te bereiken. Hierdoor is het risico op frostbite groter.

Remedie

Eigenlijk is er tegen hoogteziekte maar 1 werkende remedie: afdalen. Veel water drinken kan verlichtend werken, evenals het gebruiken van bepaalde medicijnen. Beide bieden echter geen structurele oplossing. Hoe hoogteziekte precies ontstaat is tot op heden onbekend, en dus zijn ook de beste remedies nog slechts die remedies waarnaar we het beste kunnen gissen.

Het weer in de bergen

Het weer in de bergen kan erg verraderlijk zijn. Omstandigheden veranderen razendsnel: het ene moment lijkt het bloedheet, maar zodra er wolken voor de zon schijnen kan het erg koud zijn. Een en ander hangt af van de hoogte waarop je vertoeft. Ik zal hier in het kort proberen uit te leggen wat de gevaren zijn en hoe je deze kunt herkennen. Er geldt immers: hoe sneller je een gevaar herkent, des te sneller kan je werken aan een oplossing. De grootste gevaren zijn:
– Sneeuwbuien
– Onweer
– Mist of laaghangende bewolking

Read more

Kouder naarmate de hoogte toeneemt

Lees ook de artikelen: Het weer in de bergen, Hoe snel smelt sneeuw en Frostbite

Zoals de meeste mensen wel weten, wordt het kouder naarmate de hoogte toeneemt. Zo is het op een berg van 3000m hoogte gemiddeld kouder dan op 2000m hoogte, maar warmer dan op 4000m hoogte. Maar waarom eigenlijk, en hoeveel scheelt het dan?

De tweede vraag is het gemakkelijkst te beantwoorden: de stelregel is dat het 6 graden kouder wordt met iedere 1000m stijgen, ofwel 0,6°C per 100m. In uitzonderlijke gevallen scheelt het meer dan 1.5°C per 100m, in sommige gevallen (in een inversie, zie ook: Het weer in de bergen) loopt de temperatuur op naarmate men hoger komt.

Maar waarom wordt het kouder als de hoogte toeneemt?

De eerste vraag is iets moeilijker te beantwoorden, want er zijn meerdere dingen die een rol spelen. Het gaat om de volgende aspecten:
– Uitzetten van lucht
– Schaduw
– Droge lucht
– Sneeuwbedekking

Grafische weergave van temperatuursverval met de hoogte
Vertaling van EASA Part 66, module 81: https://www.slideshare.net/soulstalker/easa-part66-module-81-physics-of-the-atmosphere

Het eerste aspect is meteen het belangrijkste aspect: op zeeniveau heerst een druk van (afgerond) 1000hpa. Met iedere meter die je stijgt, neemt de luchtdruk af. Op 1500m hoogte is de luchtdruk nog maar ongeveer 850hpa. Dit betekent dat er in 1m3 lucht minder moleculen zitten: de dichtheid is kleiner. Stel nu dat er 100 eenheden warmte zaten in de lucht op zeeniveau en het luchtpakketje naar 1500m gebracht wordt. Deze 100 eenheden warmte krijgen meer ruimte om te bewegen, want de druk is lager. Er komt meer ruimte tussen de warmte-eenheden, waardoor er minder in 1m3 passen. Gevolg: het is kouder.
Het tweede aspect is schaduw. Wat we vaak zien in de bergen, met name in de herfst en winter, is dat de zon er lang over doet om boven de bergtoppen uit te komen. Dit betekent dat het dus ook langer duurt voordat de zonnestralen de bodem van het dal bereiken en deze gebieden langer in de schaduw van de bergen liggen. ´s Avonds zakt de zon vroeg weg achter de bergen, waardoor het afkoelen al snel begint.
Een derde aandachtspunt is droge lucht. De lucht hogerop in de atmosfeer is vaak erg droog. Droge lucht koelt veel sneller af dan vochtige lucht, waardoor de temperaturen hoog in de bergen snel kunnen dalen wanneer de zon verdwijnt. Hetzelfde verschijnsel doet zich voor wanneer je aan het wandelen of klimmen bent in de volle zon en daarna de schaduw in stapt. Door de droge lucht voelt het al snel heel koud aan en verdampt je zweet razendsnel.

Een gevolg van de hiervoor genoemde punten is een grotere sneeuwbedekking op grotere hoogte, totdat er zelfs gletsjers ontstaan. Deze massa´s van sneeuw en ijs zijn van zichzelf uiteraard al koud. De witte sneeuw weerkaatst veel zonlicht en het smelten van ijs en sneeuw onttrekt veel warmte aan de lucht. Hierdoor houd een gletsjer zichzelf gedeeltelijk in stand. Wanneer de zon wegzakt achter de bergen gaat dit proces door: het ijs blijft een tijdje smelten en doet de temperatuur dalen. De witte vlakt straalt veel energie uit, waardoor de temperatuur snel daalt.

Lees ook de artikelen: Het weer in de bergen en Frostbite

Uitzonderlijke situaties

Enkele jaren geleden (4 september 2009) sliep ik buiten, op 2510m hoogte bovenin het Val d´Hérens. Volgens de weersverwachting zou het vorstniveau op 2300m liggen en zou er een centimetertje sneeuw kunnen vallen. Vroeg in de avond viel er inderdaad een sneeuwbui, maar even later klaarde het weer op, voor de rest van de nacht. In de ochtend was het -5.9°C (om 07:15). Om 10 uur kwam de zon pas over de bergkam heen, waardoor de temperatuur eindelijk boven nul kwam: het was tot op dat moment niet warmer geworden dan -4.4°C.

De volgende dag stond ik op een camping in Saas Grund, waar het helemaal helder was. In het dal was het ongeveer 20°C, maar zodra de zon onderging werd het snel koud. De volgende ochtend was de tent stijf bevroren, evenals de auto´s rondom ons heen. Bij onze wandeltocht van en naar Hohsaas kwamen we bevroren watervallen tegen, tot een hoogte van 2600m. De ervaring heeft mij geleerd dat het hard moet vriezen om een waterval te doen bevriezen. Dus wat is er nu gebeurd? Door de lage temperaturen vroeg in de avond kwam het smeltproces van de gletsjers en sneeuwvelden die avond tot stilstand. Hierdoor kwam het water in de riviertjes stil te staan, waardoor ze makkelijk konden bevriezen. De volgende ochtend werd het weer warm, waardoor het water weer begon te stromen.

Toen ik als kind in Apeldoorn woonde wist ik het al: als er bij ons natte sneeuw viel, dan sneeuwde het op de nabij gelegen Veluwe. Ik pakte mijn fiets en fietste naar Hoog Soeren. Meer dan eens heb ik meegemaakt dat er daar sneeuw viel en bleef liggen, terwijl het in Apeldoorn bij natte flatsen bleef. Het hoogteverschil is slechts 80m, maar in sommige gevallen is dat genoeg.