Natural Wonders and How They Work

Some things in nature look so strange that they feel like magic, even when you know the science behind them. Green curtains of light ripple across Arctic skies. Waves glow bright blue on a dark beach. Smooth, saucer-shaped clouds hang perfectly still above a mountain. In one California desert, heavy stones slide across a dry lakebed and leave long tracks behind them.

Sommige dingen in de natuur zien er zo vreemd uit dat ze als toverij aanvoelen, ook als je de wetenschap erachter kent. Groene lichtgordijnen golven langs de poolhemel. Golven lichten felblauw op aan een donker strand. Gladde, schotelvormige wolken hangen doodstil boven een berg. En in een woestijn in Californië glijden zware stenen over een opgedroogde meerbodem en laten ze lange sporen achter.

None of this is a miracle. Every one of these events follows the same laws of physics, chemistry and biology as the rest of nature. Knowing how they work doesn't spoil them, though. For many people it makes them even more impressive. Here are some of the most spectacular natural phenomena on Earth and what causes them.

Niets hiervan is een wonder in de echte zin van het woord. Elk van deze verschijnselen volgt dezelfde wetten van natuurkunde, scheikunde en biologie als de rest van de natuur. Weten hoe ze werken, maakt ze toch niet minder mooi. Voor veel mensen worden ze er juist nog indrukwekkender door. Hier volgen enkele van de spectaculairste natuurverschijnselen op aarde en hun oorzaken.

The aurora borealis, or northern lights, is probably the most famous light show in nature. Waves of green, pink and violet light ripple across the night sky in a wide ring around the North Pole, over places like northern Norway, Iceland, Alaska and northern Canada. For centuries the lights have shaped local legends, and today thousands of tourists travel north every winter just to see them.

De aurora borealis, het noorderlicht, is waarschijnlijk de beroemdste lichtshow van de natuur. Golven van groen, roze en paars licht trekken over de nachthemel in een brede ring rond de Noordpool, boven plekken als Noord-Noorwegen, IJsland, Alaska en Noord-Canada. Al eeuwenlang inspireren de lichten plaatselijke legenden, en tegenwoordig reizen elke winter duizenden toeristen naar het noorden alleen om ze te zien.

The aurora begins with the Sun, which constantly sends out a stream of charged particles called the solar wind. Earth's magnetic field steers some of these particles toward the polar regions. There they crash into gases high in the atmosphere, mostly 100 to 300 kilometers up, and make them give off light. Oxygen glows green or red, while nitrogen adds blue and purple. When the Sun is very active, the aurora spreads much farther from the poles: in May 2024, people saw it as far south as Italy and Texas. The Southern Hemisphere has its own version, the aurora australis, or southern lights.

Het poollicht begint bij de zon, die voortdurend een stroom geladen deeltjes uitstoot: de zonnewind. Het magnetisch veld van de aarde leidt een deel van die deeltjes naar de poolgebieden. Daar botsen ze hoog in de atmosfeer, meestal op 100 tot 300 kilometer hoogte, op gassen en laten die licht uitstralen. Zuurstof geeft groen of rood licht, stikstof voegt blauw en paars toe. Als de zon erg actief is, reikt het poollicht veel verder van de polen: in mei 2024 was het zelfs in Italië en Texas te zien. Het zuidelijk halfrond heeft een eigen versie, de aurora australis of het zuiderlicht.

On some nights, the waves breaking on a beach glow an electric blue-green. Move your hand through the water and it leaves a trail of cold, ghostly light. This is bioluminescence, light made by living things. It is far more common than most people realize, but most of it happens where nobody sees it, in the darkness of the deep ocean.

Op sommige nachten lichten de golven die op het strand breken elektrisch blauwgroen op. Beweeg je hand door het water en er blijft een spoor van koud, spookachtig licht achter. Dit is bioluminescentie, licht dat door levende wezens wordt gemaakt. Het komt veel vaker voor dan de meeste mensen denken, maar het meeste gebeurt waar niemand het ziet: in het donker van de diepzee.

The glowing waves are usually caused by dinoflagellates, tiny single-celled plankton that flash blue when the water around them moves. The light comes from a chemical reaction: a molecule called luciferin reacts with oxygen, helped by an enzyme called luciferase. Jellyfish, squid and many deep-sea fish make light too, and so do fireflies on land. A 2017 study off the coast of California found that about three quarters of the animals living in the open ocean can glow. They use light to find food, attract mates and confuse predators. Mosquito Bay in Puerto Rico and Vaadhoo Island in the Maldives are famous for their glowing water.

De lichtgevende golven worden meestal veroorzaakt door dinoflagellaten, piepklein eencellig plankton dat blauw oplicht als het water eromheen beweegt. Het licht ontstaat door een chemische reactie: een molecuul dat luciferine heet, reageert met zuurstof, geholpen door een enzym dat luciferase heet. Kwallen, inktvissen en veel diepzeevissen maken ook licht, net als vuurvliegjes op het land. Een onderzoek voor de kust van Californië liet in 2017 zien dat ongeveer driekwart van de dieren in de open oceaan licht kan geven. Ze gebruiken het om voedsel te vinden, partners te lokken en roofdieren in verwarring te brengen. Mosquito Bay in Puerto Rico en het eiland Vaadhoo op de Malediven staan bekend om hun lichtgevende water.

Ball lightning is the strangest and least understood event in our weather. For centuries, people have described glowing balls of light, anywhere from the size of a golf ball to the size of a beach ball, that appear during thunderstorms. They float through the air for a few seconds, sometimes drift into rooms or even pass through windows, and then either fade quietly or disappear with a loud bang.

Bolbliksem is het vreemdste en minst begrepen verschijnsel in ons weer. Al eeuwenlang beschrijven mensen lichtgevende bollen, van het formaat van een golfbal tot dat van een strandbal, die tijdens onweer verschijnen. Ze zweven een paar seconden door de lucht, drijven soms een kamer binnen of gaan zelfs door een raam, en doven dan stil uit of verdwijnen met een harde knal.

Because it is rare and lasts only seconds, ball lightning was very hard to study, and some scientists doubted that it existed at all. Then, in 2012, Chinese researchers who were studying ordinary lightning on the Tibetan Plateau happened to record a glowing ball with their cameras and instruments. It shone for about a second and a half, and its light showed silicon, iron and calcium, elements found in soil. This supports a popular theory: a lightning strike turns soil into hot vapor, and that cloud glows as it burns. Other theories involve plasma or microwaves, and scientists still don't agree on the cause.

Omdat bolbliksem zeldzaam is en maar een paar seconden duurt, was hij erg moeilijk te onderzoeken, en sommige wetenschappers twijfelden of hij wel bestond. Toen filmden Chinese onderzoekers die op het Tibetaans Plateau gewone bliksem bestudeerden in 2012 toevallig een lichtgevende bol met hun camera's en meetinstrumenten. De bol gloeide ongeveer anderhalve seconde, en in zijn licht waren silicium, ijzer en calcium te zien, elementen die in de bodem voorkomen. Dat ondersteunt een populaire theorie: een blikseminslag verandert aarde in hete damp, en die wolk gloeit terwijl hij verbrandt. Andere theorieën gaan uit van plasma of microgolven, en wetenschappers zijn het nog steeds niet eens over de oorzaak.

During some volcanic eruptions, lightning flashes through the huge cloud of ash rising from the volcano. Scientists sometimes call this a “dirty thunderstorm.” It is one of the most frightening sights in nature, and one of the oldest on record: the Roman writer Pliny the Younger described flashes like lightning in the dark cloud over Mount Vesuvius in AD 79.

Bij sommige vulkaanuitbarstingen schieten bliksemschichten door de enorme aswolk die uit de vulkaan opstijgt. Wetenschappers noemen dit soms een „vuil onweer”. Het is een van de angstaanjagendste taferelen in de natuur en een van de oudst beschreven: de Romeinse schrijver Plinius de Jongere beschreef in 79 na Christus flitsen als bliksem in de donkere wolk boven de Vesuvius.

The lightning comes from electric charge. Inside the ash cloud, bits of rock and ash rub and crash into each other, and if the cloud rises high enough, ice forms in it too. These collisions build up positive and negative charges in different parts of the cloud, much as in an ordinary thunderstorm, until the charge is released as lightning. Volcanic lightning has been seen over Eyjafjallajökull in Iceland in 2010, over Mount Etna in Sicily and over Sakurajima in Japan. The 2022 eruption of Hunga Tonga in the Pacific produced the most intense lightning ever recorded, with hundreds of thousands of flashes in less than a day.

De bliksem ontstaat door elektrische lading. In de aswolk wrijven en botsen stukjes gesteente en as tegen elkaar, en als de wolk hoog genoeg komt, ontstaat er ook ijs in. Door die botsingen hopen zich in verschillende delen van de wolk positieve en negatieve ladingen op, net als in een gewone onweersbui, tot de lading vrijkomt als bliksem. Vulkanische bliksem is gezien boven de Eyjafjallajökull op IJsland in 2010, boven de Etna op Sicilië en boven de Sakurajima in Japan. De uitbarsting van de Hunga Tonga in de Grote Oceaan in 2022 zorgde voor de heftigste bliksem die ooit is gemeten, met honderdduizenden flitsen in minder dan een dag.

On Racetrack Playa, a dry lakebed in a remote corner of Death Valley in California, rocks sit at the ends of long tracks in the cracked mud. Some of the tracks are straight, others curve or zigzag, and some of the rocks weigh more than 300 kilograms. The tracks clearly showed that the stones moved, but for decades nobody had ever seen one move.

Op Racetrack Playa, een opgedroogde meerbodem in een afgelegen hoek van Death Valley in Californië, liggen rotsblokken aan het eind van lange sporen in de gebarsten modder. Sommige sporen lopen recht, andere maken bochten of zigzaggen, en sommige stenen wegen meer dan 300 kilo. De sporen bewezen duidelijk dat de stenen bewogen, maar tientallen jaren lang had niemand er ooit een zien bewegen.

Geologists puzzled over the stones for more than 60 years. The answer finally came in December 2013, when a team using GPS trackers and time-lapse cameras caught the rocks in motion. In winter, rain and melting snow sometimes form a shallow pond on the playa. On cold nights its surface freezes into a sheet of ice only a few millimeters thick. On a sunny day the ice breaks into large floating panels, and a light wind pushes them across the water. The panels push the rocks ahead of them, a few meters per minute, and the stones leave tracks in the soft mud underneath. So the stones don't move by themselves, and they don't float: thin, almost invisible ice pushes them.

Geologen braken zich ruim zestig jaar het hoofd over de stenen. Het antwoord kwam eindelijk in december 2013, toen een team met gps-trackers en timelapsecamera's de rotsen in beweging vastlegde. In de winter vormen regen en smeltsneeuw soms een ondiepe plas op de vlakte. In koude nachten bevriest het oppervlak tot een ijslaag van maar een paar millimeter dik. Op een zonnige dag breekt het ijs in grote drijvende platen, die door een zachte wind over het water worden geduwd. De platen duwen de stenen voor zich uit, een paar meter per minuut, en de stenen trekken sporen in de zachte modder eronder. De stenen bewegen dus niet vanzelf en ze drijven ook niet: dun, bijna onzichtbaar ijs duwt ze vooruit.

Lenticular clouds, known to scientists as altocumulus lenticularis, look like something from another world. They are smooth, lens-shaped discs that hang over or just behind mountain peaks, sometimes stacked like a pile of plates. Strong winds blow all around them, yet they stay in the same place for a long time. Not surprisingly, people often report them as UFOs.

Lenswolken, door wetenschappers altocumulus lenticularis genoemd, zien eruit alsof ze uit een andere wereld komen. Het zijn gladde, lensvormige schijven die boven of net achter bergtoppen hangen, soms opgestapeld als een stapel borden. Overal om hen heen waait een harde wind, en toch blijven ze lang op dezelfde plek. Geen wonder dat mensen ze vaak als ufo melden.

They form when a steady, moist wind blows over a mountain. The mountain pushes the air up and sets off a series of waves in the air behind it, a bit like the ripples in a stream behind a rock. Where the air rises to the top of a wave, it cools and its moisture turns into cloud. Where it sinks again, it warms up and the cloud disappears. Air keeps flowing through the cloud, but because the cloud keeps forming on one side and disappearing on the other, it seems to stand still. Lenticular clouds are often seen over lone mountains such as Mount Fuji in Japan, Mount Rainier in the United States and the Matterhorn in the Alps.

Ze ontstaan als een gestage, vochtige wind over een berg waait. De berg duwt de lucht omhoog en zet achter zich een reeks golven in de lucht in gang, een beetje zoals de rimpelingen in een beek achter een steen. Waar de lucht naar de top van een golf stijgt, koelt ze af en wordt het vocht erin een wolk. Waar ze weer daalt, warmt ze op en verdwijnt de wolk. De lucht blijft door de wolk heen stromen, maar omdat de wolk aan de ene kant steeds opnieuw ontstaat en aan de andere kant oplost, lijkt hij stil te staan. Lenswolken zie je vaak boven alleenstaande bergen zoals de Fuji in Japan, Mount Rainier in de Verenigde Staten en de Matterhorn in de Alpen.

Every fall, hundreds of millions of monarch butterflies fly south from Canada and the northern United States. Some travel more than 4,000 kilometers to reach the fir forests in the mountains of central Mexico. There they spend the winter packed together on the trees in such huge numbers that their weight can bend the branches.

Elke herfst vliegen honderden miljoenen monarchvlinders vanuit Canada en het noorden van de Verenigde Staten naar het zuiden. Sommige leggen meer dan 4000 kilometer af om de dennenbossen in de bergen van Midden-Mexico te bereiken. Daar overwinteren ze dicht op elkaar in de bomen, in zulke enorme aantallen dat hun gewicht de takken kan doen doorbuigen.

The strangest part is that no single butterfly makes the whole round trip. The monarchs that leave Mexico in spring lay eggs in the southern United States and die. Their young continue north, and only after three or four generations does a new generation fly all the way back. So the butterflies that arrive in Mexico each fall have never been there before: they are usually the great-great-grandchildren of the ones that left. Scientists believe they find their way with a sun compass, corrected for the time of day by a clock in their antennae, and they may also sense Earth's magnetic field. How an insect with such a tiny brain finds a small patch of forest it has never seen is still not fully understood.

Het vreemdste is dat geen enkele vlinder de hele reis heen en terug maakt. De monarchvlinders die in het voorjaar uit Mexico vertrekken, leggen in het zuiden van de Verenigde Staten hun eitjes en sterven. Hun jongen trekken verder naar het noorden, en pas na drie of vier generaties vliegt een nieuwe generatie de hele weg terug. De vlinders die elke herfst in Mexico aankomen, zijn er dus nooit eerder geweest: meestal zijn het de achterachterkleinkinderen van de vlinders die vertrokken. Wetenschappers denken dat ze de weg vinden met een zonnekompas, dat door een klok in hun voelsprieten wordt bijgesteld voor het tijdstip van de dag, en dat ze misschien ook het aardmagnetisch veld aanvoelen. Hoe een insect met zulke piepkleine hersenen een stukje bos vindt dat het nooit heeft gezien, is nog altijd niet helemaal duidelijk.

Long before science could explain them, natural phenomena found their way into stories and beliefs. In Finnish folklore, the northern lights were sparks thrown into the sky by the tail of a fox running across the snow, and the Finnish word for them, revontulet, means “fox fires.” The Sami people of northern Scandinavia treated the lights with respect and told children not to wave or whistle at them. In Mexico, the monarchs arrive around the Day of the Dead in early November, and many people believe they carry the souls of the dead.

Lang voordat de wetenschap ze kon verklaren, kregen natuurverschijnselen een plek in verhalen en geloof. In de Finse volksverhalen was het noorderlicht een regen van vonken die een vos met zijn staart de lucht in sloeg terwijl hij over de sneeuw rende, en het Finse woord ervoor, revontulet, betekent „vossenvuren”. De Samen in het noorden van Scandinavië behandelden de lichten met respect en zeiden tegen kinderen dat ze er niet naar mochten zwaaien of fluiten. In Mexico komen de monarchvlinders rond Allerzielen, de Dag van de Doden begin november, aan, en veel mensen geloven dat ze de zielen van de doden meedragen.

These events still affect us today. Psychologists who study awe, the feeling we get in front of something so vast that we can't fully take it in, have linked it to lower stress, a stronger sense of connection to other people and more generous behavior. Standing under the aurora or on a beach full of glowing waves, many people say they feel small, but in a good way.

Deze verschijnselen raken ons ook nu nog. Psychologen die ontzag bestuderen, het gevoel dat we krijgen bij iets wat zo groots is dat we het niet helemaal kunnen bevatten, koppelen het aan minder stress, een sterker gevoel van verbondenheid met anderen en meer vrijgevig gedrag. Onder het noorderlicht of op een strand vol lichtgevende golven zeggen veel mensen dat ze zich klein voelen, maar op een goede manier.

Auroras, glowing seas, sailing stones and migrating butterflies all have scientific explanations, or at least good working theories. Some, like ball lightning, still keep part of their secret, and discoveries keep coming: the sailing stones were caught moving for the first time only in 2013.

Poollicht, lichtgevende zeeën, wandelende stenen en trekkende vlinders hebben allemaal een wetenschappelijke verklaring, of in elk geval goede werkhypotheses. Sommige, zoals bolbliksem, houden nog een deel van hun geheim voor zich, en er komen steeds nieuwe ontdekkingen bij: de wandelende stenen werden pas in 2013 voor het eerst in beweging gezien.

Science has not taken the wonder out of these events. Knowing that a butterfly steers by the Sun with the help of a clock in its antennae, or that a wave glows because of billions of tiny plankton, only makes them more interesting. Many of these sights are also easy to reach. A winter trip to the far north or a dark beach on a warm night may be enough to see one for yourself.

De wetenschap heeft het wonder niet uit deze verschijnselen gehaald. Weten dat een vlinder op de zon navigeert met hulp van een klok in zijn voelsprieten, of dat een golf oplicht door miljarden piepkleine planktondiertjes, maakt ze alleen maar interessanter. Bovendien zijn veel van deze schouwspelen goed bereikbaar. Een winterreis naar het hoge noorden of een donker strand op een warme nacht kan al genoeg zijn om er zelf een te zien.