Zorze polarne. Błyskawica jako cud natury

Wśród wielu zjawisk atmosferycznych piorun zajmuje niewątpliwie szczególne miejsce. Jest niezwykle piękna i efektowna, a niesamowita siła jej ciosów do dziś przeraża wielu ludzi.

I to pomimo tego, że wszyscy uczyli się w szkole i mają pojęcie, czym jest elektryczność.

Starożytne idee dotyczące błyskawic

W starożytności piorun wywoływał w ludziach równie silne uczucia. Podziwiano ją i obawiano się, uważając ją za broń bogów. Nie bez powodu najpotężniejsze i wojownicze bóstwa prawie wszystkich narodów były uzbrojone w błyskawice: Zeus wśród starożytnych Greków, Jowisz wśród Rzymian, Perun wśród Słowian.

W starożytnym indyjskim panteonie bogów Śiwa Niszczyciel i Indra Wojownik byli uzbrojeni w błyskawice, którzy mieli nawet specjalną broń do rzucania błyskawicami - wadżrę.

Jednocześnie błyskawicę często uważano za symbol przebudzenia witalności i energii. Zatem, zgodnie z wierzeniami starożytnych Chińczyków, pogodą kontrolowała specjalna niebiańska rada czterech bogów.

Błyskawica była odpowiedzialna za boginię Dian-mu, która przybliżała i oddalała niebiańskie lustra, rozpoczynając od błyskawicy ciągły ruch życia na polach i w sercach ludzi. W chrześcijaństwie błyskawica symbolizuje Boskie objawienie i Boski sąd.

Jak powstaje błyskawica?

Dziś wszyscy wiedzą, że piorun to potężne wyładowanie elektryczne powstające pomiędzy chmurami. Ale nie wszyscy wiedzą, jak dokładnie powstaje.

Chmura burzowa to chmura pary wodnej, czasami mierząca dziesiątki kilometrów. Jego górna część może znajdować się na wysokości 6-7 km, natomiast dolna część znajduje się zaledwie pół kilometra nad ziemią.

Na wysokości 4 km zawsze panują ujemne temperatury, więc kropelki pary zamieniają się tam w kawałki lodu. Poruszając się chaotycznie, nieustannie ocierają się o siebie, dzięki czemu większość z nich nabywa ładunek elektryczny: małe są dodatnie, duże ujemne.

Pod wpływem grawitacji duże kawałki lodu wpadają do dolnych warstw chmury, gromadząc się tam, natomiast małe kawałki pozostają na górze. Stopniowo suma wartości ładunków staje się na tyle duża, że pole powstające pomiędzy nimi nabrało gigantycznego natężenia.

Kiedy odmiennie naładowane części chmury zbliżają się do siebie, pojedyncze jony i elektrony, wyrwane ze swoich miejsc w wyniku wzajemnego przyciągania, pędzą ku sobie, ciągnąc za sobą sąsiadów. Pojawia się kanał wyładowania plazmy, rozprzestrzeniający się przez sekcje chmury z prędkością setnych sekundy.

Czasami dolna krawędź chmury wisi wystarczająco nisko nad ziemią, aby doszło do przebicia elektrycznego pomiędzy chmurą a powierzchnią ziemi. Szczególnie „szczęśliwe” pod tym względem są izolowane pagórki lub drzewa, słupy i wieże linii energetycznych, które stają się katalizatorami wyładowań. Dlatego niebezpieczne jest przebywanie podczas burzy pod samotnym drzewem na wzgórzu lub pod słupem elektrycznym.

Temperatura wewnątrz kanału piorunowego sięga dziesięciu tysięcy stopni, a napięcie elektryczne sięga kilkuset milionów woltów. Jednocześnie pojemność „kondensatora” chmury jest bardzo mała - tylko około 0,15 mikrofaradów. Gorąca plazma spala powietrze wokół kanału, które następnie zapada się, powodując falę uderzeniową, którą postrzegamy jako grzmot.

Zarnitsa

Pioruny nie pojawiają się tylko w zwykłych chmurach zbudowanych z pary wodnej. Do ich powstania konieczne jest, aby w powietrzu znajdowała się drobno rozproszona zawiesina dowolnej substancji, której cząstki będą ocierać się o siebie i zdobywać ładunek elektryczny.

Tak więc w suche lato czasami można zobaczyć „suchą burzę” - błyskawicę powstającą w ogromnych chmurach pyłu unoszonego przez wiatr. Te błyskawice nazywane są błyskawicami.

Piorun kulisty

Czasami podczas burzy pojawia się piorun kulisty - mała kulista skrzep energii. To jedno z najsłabiej poznanych zjawisk atmosferycznych, które w odróżnieniu od zwykłych piorunów nie zostało dotychczas odtworzone w warunkach laboratoryjnych.

Piorun kulisty może wyrządzić krzywdę osobie, której dotknie, jednak zdarza się, że kontakt z nim nie przyniósł żadnych nieprzyjemnych wrażeń.

BŁYSKAWICZ (zjawisko) BŁYSKAWICZ (zjawisko)

PIorun, gigantyczne wyładowanie iskrowe w atmosferze, któremu zwykle towarzyszy jasny błysk światła i grzmot (cm. GRZMOT). Najczęściej obserwuje się błyskawice liniowe - wyładowania pomiędzy chmurami burzowymi (cm. CHMURY)(wewnątrzchmurowe) lub pomiędzy chmurami a powierzchnią ziemi (naziemne) Proces rozwoju wyładowań atmosferycznych składa się z kilku etapów. W pierwszym etapie, w strefie, w której pole elektryczne osiąga wartość krytyczną, rozpoczyna się jonizacja uderzeniowa, wytworzona początkowo przez wolne elektrony, zawsze obecne w powietrzu w niewielkich ilościach, które pod wpływem pola elektrycznego nabierają znacznych prędkości w kierunku ziemię i zderzając się z atomami powietrza, jonizują je. W ten sposób powstają lawiny elektronów, zamieniając się w nici wyładowań elektrycznych - streamery, które są dobrze przewodzącymi kanałami, które po połączeniu tworzą jasny, zjonizowany termicznie kanał o wysokiej przewodności - schodkowy lider pioruna. Ruch przewodnika w kierunku powierzchni ziemi następuje w odstępach kilkudziesięciu metrów z prędkością około 5,10 7 m/s, po czym jego ruch zatrzymuje się na kilkadziesiąt mikrosekund, a blask znacznie słabnie; następnie w kolejnym etapie lider ponownie pokonuje kilkadziesiąt metrów. Jasny blask pokrywa wszystkie mijane stopnie; następnie następuje ponowne zatrzymanie i osłabienie blasku. Procesy te powtarzają się, gdy lider porusza się na powierzchnię ziemi ze średnią prędkością 2,10 5 m/s. W miarę zbliżania się lidera do ziemi natężenie pola na jego końcu wzrasta i pod jego działaniem z obiektów wystających na powierzchnię Ziemi wyrzucany jest strumień odpowiedzi, który łączy się z liderem. Ta cecha błyskawicy służy do stworzenia piorunochronu (cm. PIORUNOCHRON). W końcowej fazie wzdłuż kanału zjonizowanego przez lidera następuje wyładowanie zwrotne, czyli główne, charakteryzujące się prądami od dziesiątek do setek tysięcy A, jasnością zauważalnie przewyższającą jasność lidera i dużą szybkością postępu. , początkowo osiągając 10,8 m/s i ostatecznie malejąc do 10,7 m/s. Temperatura kanału podczas głównego rozładowania może przekroczyć 25 000 °C. Długość naziemnego kanału piorunowego wynosi 1-10 km, średnica kilku cm Po przejściu impulsu prądowego jonizacja kanału i jego blask słabną. W końcowej fazie prąd pioruna może trwać setne, a nawet dziesiąte sekundy, osiągając setki i tysiące A. Takie błyskawice nazywane są błyskawicami długotrwałymi, najczęściej powodują pożary.
Wyładowanie główne często wyładowuje tylko część chmury. Ładunki zlokalizowane na dużych wysokościach mogą dać początek nowemu (w kształcie strzałki) przywódcy poruszającemu się w sposób ciągły ze średnią prędkością 10,6 m/s. Jasność jego blasku jest zbliżona do jasności przyponu schodkowego. Kiedy zmieciony przywódca dotrze na powierzchnię ziemi, następuje drugi główny cios, podobny do pierwszego. Zazwyczaj piorun obejmuje kilka powtarzających się wyładowań, ale ich liczba może osiągnąć kilkadziesiąt. Czas trwania wielokrotnych wyładowań atmosferycznych może przekraczać 1 sekundę. Przemieszczenie przez wiatr wielokanałowego pioruna tworzy błyskawicę „wstęgową” – świetlisty pas.
Błyskawica wewnątrz chmury zwykle obejmuje tylko etapy lidera; ich długość waha się od 1 do 150 km. Udział wyładowań wewnątrzchmurowych wzrasta w miarę przemieszczania się w kierunku równika, zmieniając się z 50% w umiarkowanych szerokościach geograficznych do 90% w strefie równikowej. Przejściom piorunów towarzyszą zmiany pól elektrycznych i magnetycznych oraz emisji radiowej – atmosfery (cm. ATMOSFERA). Prawdopodobieństwo uderzenia pioruna w obiekt naziemny wzrasta wraz ze wzrostem jego wysokości oraz wzrostem przewodności elektrycznej gruntu na powierzchni lub na pewnej głębokości (od tych czynników zależy działanie piorunochronu). Jeśli w chmurze występuje pole elektryczne wystarczające do podtrzymania wyładowania, ale niewystarczające, aby do niego doszło, długi metalowy kabel lub samolot może zadziałać jako inicjator pioruna – zwłaszcza jeśli jest silnie naładowany elektrycznie. W ten sposób czasami pioruny są „prowokowane” w nimbostratusach i potężnych chmurach cumulusowych.
Specjalny rodzaj błyskawicy – błyskawica kulista (cm. BŁYSKAWICZ KULOWY), świecąca sferoida o wysokiej energii właściwej, często powstająca po liniowym uderzeniu pioruna.

słownik encyklopedyczny. 2009 .

Zobacz, co „Błyskawica (zjawisko)” znajduje się w innych słownikach:

Błyskawica: Błyskawica jest zjawiskiem atmosferycznym. Piorun kulisty jest zjawiskiem atmosferycznym. Zamek błyskawiczny to rodzaj zapięcia przeznaczonego do łączenia lub oddzielania dwóch kawałków materiału (zwykle tkaniny). Sieć handlowa Molniya, popularna... ... Wikipedia

Naturalne wyładowanie dużych nagromadzeń ładunku elektrycznego w dolnych warstwach atmosfery. Jednym z pierwszych, który to ustalił, był amerykański mąż stanu i naukowiec B. Franklin. W 1752 roku przeprowadził eksperyment z papierowym latawcem, do którego sznurka przyczepiono... ... Encyklopedia geograficzna

Zjawisko naturalne w postaci wyładowań elektrycznych pomiędzy chmurami a ziemią. M. jest jednym z czynników ryzyka w ubezpieczeniach. Słownik terminów biznesowych. Akademik.ru. 2001... Słownik terminów biznesowych

Termin ten ma inne znaczenia, patrz Błyskawica (znaczenia). Piorun Piorun to gigantyczne wyładowanie iskrowe w atmosferze, które zwykle może wystąpić… Wikipedia

Jest to nazwa wyładowania elektrycznego pomiędzy dwiema chmurami, pomiędzy częściami tej samej chmury lub pomiędzy chmurą a ziemią. Istnieją trzy typy M.: liniowe, niejasne lub płaskie i kuliste. 1) Linear M. wygląda olśniewająco jasno... ... Słownik encyklopedyczny F.A. Brockhausa i I.A. Efrona

Błyskawica- ▲ zjawisko naturalne wyładowania elektryczne w gazach, (które mają być) w atmosferze, błyskawice, gigantyczne iskrowe wyładowania atmosferyczne (między chmurami lub między chmurami a powierzchnią ziemi), objawiające się w postaci jasnego błysku światła, któremu towarzyszy grzmot .… … Słownik ideograficzny języka rosyjskiego

Zjawisko fizyczne dobrze znane wszystkim, zwłaszcza na Wschodzie, a często wspominane przez św. Pismo Święte, czasami jako symbol sądu i gniewu Bożego na niegodziwych (Ps. 10:6), czasami jako obraz niezwykłego oświecającego światła (Mt 28:3), czasami jako podobieństwo... ... Biblia. Stary i Nowy Testament. Tłumaczenie synodalne. Encyklopedia biblijna arch. Nikifora.

Błyskawica- BŁYSKAWICZ, i, g Zjawisko optyczne, które jest jasnym błyskiem na niebie spowodowanym silnym wyładowaniem iskrowym elektryczności atmosferycznej pomiędzy chmurami lub między chmurami a ziemią. W nocy podczas burzy piorun uderzył w samotną starą sosnę... ... Słownik objaśniający rzeczowników rosyjskich

Naturalnie pojęcie naukowo-metaforyczne, często wykorzystywane w ramach opisów mechanizmów tworzenia świata i działania Logosu, a także kojarzone ze światłem i oświeceniem. W większości religii i mitów bóstwo jest ukryte przed ludzkimi oczami, ale... ... Historia filozofii: encyklopedia

Już 250 lat temu słynny amerykański naukowiec i osoba publiczna Benjamin Franklin ustalił, że piorun to wyładowanie elektryczne. Ale nadal nie udało się w pełni ujawnić wszystkich tajemnic, jakie skrywa błyskawica: badanie tego naturalnego zjawiska jest trudne i niebezpieczne.

(20 zdjęć błyskawicy + wideo Błyskawica w zwolnionym tempie)

Wewnątrz chmur

Chmury burzowej nie można pomylić ze zwykłą chmurą. Jego ponury, ołowiany kolor tłumaczy się dużą grubością: dolna krawędź takiej chmury wisi w odległości nie większej niż kilometr nad ziemią, natomiast górna krawędź może osiągnąć wysokość 6-7 kilometrów.

Co się dzieje w tej chmurze? Para wodna tworząca chmury zamarza i występuje w postaci kryształków lodu. Wznoszące się prądy powietrza pochodzące z nagrzanej ziemi unoszą w górę małe kawałki lodu, zmuszając je do ciągłego zderzenia z dużymi, które osiadają.

Nawiasem mówiąc, zimą ziemia nagrzewa się mniej i o tej porze roku praktycznie nie powstają żadne silne przepływy w górę. Dlatego burze zimowe są zjawiskiem niezwykle rzadkim.

Podczas zderzeń kawałki lodu ulegają naelektryzowaniu, podobnie jak ma to miejsce w przypadku ocierania się o siebie różnych przedmiotów, np. grzebienia na włosach. Co więcej, małe kawałki lodu zyskują ładunek dodatni, a duże - ujemny. Z tego powodu górna część chmury tworzącej błyskawice zyskuje ładunek dodatni, a dolna część ładunek ujemny. Na każdym metrze odległości powstaje różnica potencjałów rzędu setek tysięcy woltów – zarówno pomiędzy chmurą a ziemią, jak i pomiędzy częściami chmury.

Rozwój piorunów

Rozwój pioruna rozpoczyna się od tego, że w jakimś miejscu chmury pojawia się ośrodek ze zwiększonym stężeniem jonów – cząsteczek wody i gazów tworzących powietrze, z których elektrony zostały zabrane lub do których elektrony zostały dodane.

Według jednej z hipotez, takie centrum jonizacji uzyskuje się w wyniku przyspieszenia w polu elektrycznym wolnych elektronów, zawsze obecnych w powietrzu w małych ilościach, i ich zderzenia z cząsteczkami obojętnymi, które ulegają natychmiastowej jonizacji.

Według innej hipotezy początkowy szok powodowany jest przez promienie kosmiczne, które stale przenikają przez naszą atmosferę, jonizując cząsteczki powietrza.

Zjonizowany gaz jest dobrym przewodnikiem prądu elektrycznego, więc prąd zaczyna płynąć przez zjonizowane obszary. Co więcej: przepływający prąd podgrzewa obszar jonizacji, powodując powstawanie coraz większej liczby cząstek o wysokiej energii, które jonizują pobliskie obszary - kanał pioruna rozprzestrzenia się bardzo szybko.

Podążanie za liderem

W praktyce proces rozwoju pioruna przebiega w kilku etapach. Po pierwsze, przednia krawędź kanału przewodzącego, zwana „liderem”, porusza się skokami o długości kilkudziesięciu metrów, za każdym razem nieznacznie zmieniając kierunek (przez to piorun wydaje się kręty). Co więcej, prędkość awansu „lidera” może w niektórych momentach osiągnąć 50 tysięcy kilometrów w ciągu jednej sekundy.

Ostatecznie „lider” dociera do ziemi lub innej części chmury, ale nie jest to jeszcze główny etap dalszego rozwoju błyskawicy. Po tym, jak zjonizowany kanał, którego grubość może sięgać kilku centymetrów, zostanie „pęknięty”, naładowane cząstki pędzą przez niego z ogromną prędkością – do 100 tysięcy kilometrów w ciągu zaledwie jednej sekundy – to jest właśnie błyskawica.

Prąd w kanale wynosi setki i tysiące amperów, a temperatura wewnątrz kanału osiąga jednocześnie 25 tysięcy stopni - dlatego błyskawica daje tak jasny błysk, widoczny z odległości kilkudziesięciu kilometrów. A chwilowe zmiany temperatury rzędu tysięcy stopni powodują ogromne różnice w ciśnieniu powietrza, rozprzestrzeniające się w postaci fali dźwiękowej – grzmotu. Ten etap trwa bardzo krótko – tysięczne części sekundy, ale uwolniona energia jest ogromna.

Finałowy etap

W końcowym etapie prędkość i intensywność ruchu ładunku w kanale maleje, ale nadal pozostaje dość duża. To właśnie ten moment jest najbardziej niebezpieczny: ostatni etap może trwać tylko dziesiąte (lub nawet mniej) sekundy. Tak dość długotrwałe oddziaływanie na obiekty na ziemi (np. suche drzewa) często prowadzi do pożarów i zniszczeń.

Co więcej, z reguły sprawa nie ogranicza się do jednego wyładowania – nowi „liderzy” mogą poruszać się po utartej ścieżce, powodując powtarzające się wyładowania w tym samym miejscu, których liczba sięga kilkudziesięciu.

Pomimo tego, że błyskawica jest znana ludzkości od czasu pojawienia się samego człowieka na Ziemi, do dziś nie została ona jeszcze w pełni zbadana.

Plan:

1. Historia
2 Właściwości fizyczne błyskawicy
- 2.1 Formacja Błyskawicy
- 2.2 Piorun naziemny
- 2.3 Błyskawica wewnątrzchmurowa
- 2.4 Błyskawica w górnych warstwach atmosfery
  - 2.4.1 Elfy
  - 2.4.2 Dysze
  - 2.4.3 Duszki
3 Oddziaływanie pioruna z powierzchnią ziemi i obiektami na niej znajdującymi się
- 3.1 Ludzie i błyskawice
- 3.2 Ofiary piorunów
- 3.3 Interesujące fakty
- 3.4 Drzewa i błyskawice
- 3.5 Instalacje oświetleniowe i elektryczne
- 3.6 Błyskawica i lotnictwo
- 3.7 Błyskawice i statki nawodne

Wstęp

Błyskawica- gigantyczne wyładowanie iskrowe w atmosferze, zwykle występujące podczas burzy, objawiające się jasnym błyskiem światła i towarzyszącym mu grzmotem. Błyskawice odnotowano także na Wenus, Jowiszu, Saturnie i Uranie. Prąd w wyładowaniu piorunowym osiąga 10-100 000 tysięcy amperów i 1 000 000 woltów, jednak tylko 10% ludzi umiera po uderzeniu pioruna.

1. Historia

Błyskawica 1882
(c) Fotograf: William N. Jennings, ok. 1900 1882

Elektryczną naturę błyskawicy odkryto w badaniach amerykańskiego fizyka B. Franklina, na podstawie którego przeprowadzono eksperyment mający na celu wydobycie prądu z chmury burzowej. Doświadczenie Franklina w wyjaśnianiu elektrycznej natury błyskawicy jest powszechnie znane. W 1750 roku opublikował pracę opisującą eksperyment z latawcem wystrzelonym podczas burzy. Doświadczenia Franklina zostały opisane w dziele Josepha Priestleya.

2. Właściwości fizyczne błyskawicy

Średnia długość pioruna wynosi 2,5 km, niektóre wyładowania sięgają w atmosferze do 20 km.

2.1. Formacja Błyskawicy

Piorun uderza w Wieżę Eiffla, fotografia z 1902 roku.

Najczęściej błyskawice pojawiają się w chmurach Cumulonimbus, wtedy nazywane są burzami; Błyskawice czasami powstają w chmurach nimbostratus, a także podczas erupcji wulkanów, tornad i burz piaskowych.

Typowo obserwowane są wyładowania liniowe, które należą do tzw. wyładowań bezelektrodowych, gdyż rozpoczynają się (i kończą) nagromadzeniem naładowanych cząstek. To determinuje ich pewne wciąż niewyjaśnione właściwości, które odróżniają piorun od wyładowań między elektrodami. Zatem błyskawica nie występuje krócej niż kilkaset metrów; powstają w polach elektrycznych znacznie słabszych niż pola powstające podczas wyładowań międzyelektrodowych; Zbiór ładunków niesionych przez piorun następuje w tysięcznych części sekundy z miliardów małych, dobrze odizolowanych od siebie cząstek, rozmieszczonych w objętości kilku km³. Najbardziej zbadany proces rozwoju błyskawicy w chmurach burzowych, podczas gdy błyskawica może wystąpić w samych chmurach - błyskawica wewnątrzchmurowa lub mogą uderzyć w ziemię - błyskawica ziemna. Aby doszło do wyładowania atmosferycznego, konieczne jest, aby w stosunkowo małej (ale nie mniejszej niż pewna krytyczna) objętości chmury wytworzyło się pole elektryczne (patrz elektryczność atmosferyczna) o sile wystarczającej do zainicjowania wyładowania elektrycznego (~ 1 MV/m) musi powstać, a w znacznej części chmury istniałoby pole o średnim natężeniu wystarczającym do podtrzymania rozpoczętego wyładowania (~ 0,1-0,2 MV/m). Podczas błyskawicy energia elektryczna chmury zamienia się w ciepło i światło.

2.2. Błyskawica ziemna

Błyskawica w Bostonie.

Proces rozwoju piorunów naziemnych składa się z kilku etapów. W pierwszym etapie, w strefie, w której pole elektryczne osiąga wartość krytyczną, rozpoczyna się jonizacja uderzeniowa, wytworzona początkowo przez ładunki swobodne, zawsze obecne w powietrzu w niewielkich ilościach, które pod wpływem pola elektrycznego nabierają znacznych prędkości w kierunku ziemię i zderzając się z cząsteczkami tworzącymi powietrze, jonizują je. Według bardziej współczesnych koncepcji wyładowanie jest inicjowane przez wysokoenergetyczne promienie kosmiczne, które uruchamiają proces zwany niekontrolowanym rozpadem elektronów. W ten sposób powstają lawiny elektronów, zamieniając się w nici wyładowań elektrycznych - streamery, które są wysoce przewodzącymi kanałami, które łącząc się dają jasny, zjonizowany termicznie kanał o wysokiej przewodności - wkroczył przywódca błyskawic.

Następuje ruch lidera na powierzchnię ziemi kroki kilkadziesiąt metrów z prędkością ~ 50 000 kilometrów na sekundę, po czym jego ruch zatrzymuje się na kilkadziesiąt mikrosekund, a blask znacznie słabnie; następnie w kolejnym etapie lider ponownie pokonuje kilkadziesiąt metrów. Jasny blask pokrywa wszystkie mijane stopnie; następnie następuje ponowne zatrzymanie i osłabienie blasku. Procesy te powtarzają się, gdy lider przemieszcza się na powierzchnię ziemi ze średnią prędkością 200 000 metrów na sekundę.

Błyskawica w Essentuki

W miarę zbliżania się przywódcy do ziemi natężenie pola na jego końcu wzrasta i pod jego działaniem przedmioty wystają z powierzchni Ziemi. streamer odpowiedziłączy się z liderem. Ta cecha błyskawicy służy do stworzenia piorunochronu.

W końcowym etapie następuje kanał zjonizowany przez lidera z powrotem(od dołu do góry) lub główny, wyładowanie atmosferyczne, charakteryzujące się prądami od dziesiątek do setek tysięcy amperów, jasnością, zauważalnie przekraczający jasność lidera, oraz dużą prędkość postępową, początkowo sięgającą ~ 100 000 kilometrów na sekundę, a pod koniec spadającą do ~ 10 000 kilometrów na sekundę. Temperatura kanału podczas głównego rozładowania może przekroczyć 25 000 °C. Długość kanału piorunowego może wynosić od 1 do 10 km, średnica może wynosić kilka centymetrów. Po przejściu impulsu prądowego jonizacja kanału i jego blask słabną. W końcowej fazie prąd pioruna może trwać setne, a nawet dziesiąte części sekundy, osiągając setki i tysiące amperów. Piorun taki nazywany jest piorunem długotrwałym i najczęściej powoduje pożary. Ale ziemia nie jest naładowana, dlatego ogólnie przyjmuje się, że wyładowanie atmosferyczne następuje z chmury w kierunku ziemi (od góry do dołu).

Wyładowanie główne często wyładowuje tylko część chmury. Ładunki zlokalizowane na dużych wysokościach mogą dać początek nowemu (przemiatanemu) liderowi poruszającemu się w sposób ciągły z prędkością tysięcy kilometrów na sekundę. Jasność jego blasku jest zbliżona do jasności przyponu schodkowego. Kiedy zmieciony przywódca dotrze na powierzchnię ziemi, następuje drugi główny cios, podobny do pierwszego. Zazwyczaj piorun obejmuje kilka powtarzających się wyładowań, ale ich liczba może osiągnąć kilkadziesiąt. Czas trwania wielokrotnych wyładowań atmosferycznych może przekraczać 1 sekundę. Przemieszczenie przez wiatr kanału wyładowań wielokrotnych tworzy tzw. błyskawicę wstęgową – pas świetlny.

2.3. Błyskawica wewnątrzchmurowa

Błyskawica wewnątrzchmurowa nad Tuluzą we Francji. 2006

Błyskawica wewnątrz chmury zwykle obejmuje tylko etapy lidera; ich długość waha się od 1 do 150 km. Udział wyładowań wewnątrzchmurowych wzrasta w miarę przemieszczania się w kierunku równika, zmieniając się z 0,5 w umiarkowanych szerokościach geograficznych do 0,9 w strefie równikowej. Przepływowi piorunów towarzyszą zmiany pól elektrycznych i magnetycznych oraz emisji radiowych, tzw. atmosfery.

Lot z Kalkuty do Bombaju

Prawdopodobieństwo uderzenia pioruna w obiekt naziemny wzrasta wraz ze wzrostem jego wysokości oraz wzrostem przewodności elektrycznej gruntu na powierzchni lub na pewnej głębokości (od tych czynników zależy działanie piorunochronu). Jeśli w chmurze występuje pole elektryczne wystarczające do podtrzymania wyładowania, ale niewystarczające, aby do niego doszło, długi metalowy kabel lub samolot może zadziałać jako inicjator pioruna – szczególnie jeśli jest on silnie naładowany elektrycznie. W ten sposób czasami pioruny są „prowokowane” w nimbostratusach i potężnych chmurach cumulusowych.

2.4. Błyskawica w górnych warstwach atmosfery

W 1989 roku odkryto specjalny rodzaj błyskawic - elfy, błyskawice w górnych warstwach atmosfery. W 1995 roku odkryto inny rodzaj wyładowań atmosferycznych w górnych warstwach atmosfery – dżety.

2.4.1. Elfy

Elfy(Język angielski) Elfy; mi misje L ok i V ery zakłóceń o niskiej częstotliwości mi Puls elektromagnetyczny S nasze ) to ogromne, ale słabo świecące rozbłyski stożkowe o średnicy około 400 km, które pojawiają się bezpośrednio ze szczytu chmury burzowej. Wysokość elfów może osiągnąć 100 km, czas trwania błysków wynosi do 5 ms (średnio 3 ms).

2.4.2. Dysze

Dysze Są to niebieskie rurki stożkowe. Wysokość strumieni może sięgać 40-70 km (dolna granica jonosfery), strumienie żyją stosunkowo dłużej niż elfy.

2.4.3. Duszki

Duszki są trudne do rozróżnienia, ale pojawiają się podczas prawie każdej burzy na wysokości od 55 do 130 kilometrów (wysokość powstawania „zwykłej” błyskawicy wynosi nie więcej niż 16 kilometrów). Jest to rodzaj błyskawicy uderzającej w górę z chmury. Zjawisko to zostało po raz pierwszy odnotowane przez przypadek w 1989 roku. Obecnie niewiele wiadomo na temat fizycznej natury duszków.

3. Oddziaływanie pioruna z powierzchnią ziemi i obiektami na niej znajdującymi się

Globalna częstotliwość uderzeń piorunów (skala pokazuje liczbę uderzeń rocznie na kilometr kwadratowy)

Wczesne szacunki mówią, że częstotliwość uderzeń piorunów w Ziemię wynosi 100 razy na sekundę. Aktualne dane z satelitów, które potrafią wykryć wyładowania atmosferyczne na obszarach, gdzie nie ma obserwacji naziemnej, podają częstotliwość na średnio 44 ± 5 razy na sekundę, co równa się około 1,4 miliarda uderzeń pioruna rocznie. 75% tej błyskawicy uderza pomiędzy chmury lub w ich obrębie, a 25% uderza w ziemię.

Najpotężniejsze uderzenia piorunów powodują narodziny fulgurytów.

3.1. Ludzie i błyskawica

Piorun stanowi poważne zagrożenie dla życia ludzkiego. Porażka osoby lub zwierzęcia przez piorun często ma miejsce na otwartych przestrzeniach, ponieważ prąd elektryczny płynie najkrótszą ścieżką „ziemia burzowa”. Często piorun uderza w drzewa i instalacje transformatorowe na torach kolejowych, powodując ich zapalenie. Wewnątrz budynku nie da się trafić zwykłym piorunem liniowym, jednak panuje opinia, że przez szczeliny i otwarte okna może przedostać się tzw. piorun kulisty. Zwykłe wyładowania atmosferyczne są niebezpieczne dla anten telewizyjnych i radiowych umieszczonych na dachach wieżowców, a także dla sprzętu sieciowego.

W ciele ofiary obserwuje się te same zmiany patologiczne, co w przypadku porażenia prądem. Ofiara traci przytomność, upada, mogą wystąpić drgawki, a oddech i bicie serca często ustają. Często spotyka się na ciele „znaki prądu”, w których prąd wchodzi i wychodzi. W przypadku śmierci przyczyną ustania podstawowych funkcji życiowych jest nagłe zatrzymanie oddechu i bicia serca, spowodowane bezpośrednim działaniem pioruna na ośrodki oddechowe i naczynioruchowe rdzenia przedłużonego. Na skórze często pozostają tzw. ślady błyskawic, przypominające drzewiaste jasnoróżowe lub czerwone paski, znikające po naciśnięciu palcami (utrzymują się 1 – 2 dni po śmierci). Są efektem rozszerzenia naczyń włosowatych w obszarze kontaktu pioruna z ciałem.

W przypadku uderzenia pioruna należy natychmiast udzielić pierwszej pomocy. W ciężkich przypadkach (zatrzymanie oddechu i akcji serca) konieczna jest resuscytacja, którą powinien przeprowadzić każdy świadek nieszczęścia, nie czekając na pomoc personelu medycznego. Resuscytacja jest skuteczna tylko w pierwszych minutach po uderzeniu pioruna, począwszy od 10-15 minut z reguły nie jest już skuteczna. We wszystkich przypadkach konieczna jest hospitalizacja w nagłych przypadkach.

3.2. Ofiary pioruna

W mitologii i literaturze:
1. Asklepios, Eskulap – syn Apolla – bóg lekarzy i sztuki medycznej, nie tylko uzdrawiał, ale także wskrzeszał zmarłych. Aby przywrócić zepsuty porządek świata, Zeus uderzył go piorunem.
2. Faeton, syn boga Słońca Heliosa, kiedyś zaczął prowadzić słoneczny rydwan swojego ojca, ale nie mógł powstrzymać ziejących ogniem koni i prawie zniszczył Ziemię w straszliwym płomieniu. Wściekły Zeus przeszył Faetona błyskawicą.
Postacie historyczne:
1. Gubernator Kazański Siergiej Golicyn - 1 lipca (12) 1738, zginął podczas polowania od uderzenia pioruna.
2. Rosyjski akademik G.V. Richman zmarł w 1753 r. w wyniku uderzenia pioruna podczas przeprowadzania eksperymentu naukowego.
3. 4 lipca 2009 roku w wyniku uderzenia pioruna zginął deputowany ludowy Ukrainy, były gubernator obwodu rówieńskiego W. Czerwonij.

3.3. Interesujące fakty

Roy Sullivan przeżył po siedmiokrotnym uderzeniu pioruna.
Amerykański major Summerford zmarł po długiej chorobie (w wyniku uderzenia trzeciego pioruna). Czwarty piorun całkowicie zniszczył jego pomnik na cmentarzu.
Wśród Indian andyjskich uderzenie pioruna uważane jest za konieczne do osiągnięcia najwyższego poziomu wtajemniczenia szamańskiego.

3.4. Drzewa i błyskawice

Topola uderzona piorunem podczas letniej burzy. Makeevka, Ukraina, fot. 2008

Pień topoli uderzonej piorunem

Wysokie drzewa są częstym celem piorunów. Na długowiecznych drzewach reliktowych można łatwo znaleźć liczne blizny po błyskawicach. Uważa się, że ryzyko uderzenia pioruna w pojedyncze stojące drzewo jest większe, chociaż w niektórych zalesionych obszarach prawie na każdym drzewie można zobaczyć blizny po piorunach. Suche drzewa zapalają się pod wpływem uderzenia pioruna. Najczęściej pioruny padają na dąb, najrzadziej na buk, co najwyraźniej zależy od zawartej w nich różnej ilości olejów tłuszczowych, które charakteryzują się dużą odpornością na elektryczność.

Piorun przechodzi przez pień drzewa drogą o najmniejszym oporze elektrycznym, uwalniając dużą ilość ciepła, zamieniając wodę w parę, która rozłupuje pień drzewa lub, częściej, wyrywa z niego fragmenty kory, ukazując ścieżkę pioruna. W kolejnych sezonach drzewa zwykle naprawiają uszkodzoną tkankę i mogą zamknąć całą ranę, pozostawiając jedynie pionową bliznę. Jeśli uszkodzenia są zbyt poważne, wiatr i szkodniki w końcu zabiją drzewo. Drzewa są naturalnymi piorunochronami i zapewniają ochronę przed uderzeniami piorunów w pobliskie budynki. Wysokie drzewa, posadzone w pobliżu budynku, łapią pioruny, a duża biomasa systemu korzeniowego pomaga uziemić uderzenie pioruna.

Z tego powodu podczas burzy nie należy chować się przed deszczem pod drzewami, zwłaszcza pod wysokimi lub samotnymi drzewami na terenach otwartych.

Instrumenty muzyczne powstają z drzew uderzonych piorunem, przypisując im wyjątkowe właściwości.

3.5. Instalacje oświetleniowe i elektryczne

Uderzenia piorunów stanowią poważne zagrożenie dla sprzętu elektrycznego i elektronicznego. Kiedy piorun uderza bezpośrednio w przewody linii, pojawia się przepięcie, które powoduje zniszczenie izolacji sprzętu elektrycznego, a wysokie prądy powodują termiczne uszkodzenia przewodów. W celu ochrony przed przepięciami piorunowymi podstacje i sieci dystrybucyjne wyposaża się w różnego rodzaju urządzenia ochronne, takie jak ograniczniki, ograniczniki przepięć nieliniowych, ograniczniki długich iskier. Do ochrony przed bezpośrednim uderzeniem pioruna stosuje się piorunochrony i kable odgromowe. Impulsy elektromagnetyczne powstające w wyniku wyładowań atmosferycznych są również niebezpieczne dla urządzeń elektronicznych.

3.6. Błyskawica i lotnictwo

Wyładowania atmosferyczne w ogóle, a w szczególności wyładowania atmosferyczne, stanowią poważne zagrożenie dla lotnictwa. Uderzenie pioruna w samolot powoduje przepływ przez jego elementy konstrukcyjne dużego prądu, co może spowodować ich zniszczenie, pożar zbiorników paliwa, awarię sprzętu i utratę życia. Aby zmniejszyć ryzyko, metalowe elementy zewnętrznego poszycia samolotu są ze sobą starannie łączone elektrycznie, a elementy niemetalowe są metalizowane. Zapewnia to niski opór elektryczny obudowy. Aby odprowadzić prąd piorunowy i inną elektryczność atmosferyczną z ciała, samoloty są wyposażone w ograniczniki.

Ze względu na małą pojemność elektryczną statku powietrznego w powietrzu, wyładowanie „chmura-samolot” ma znacznie mniejszą energię w porównaniu do wyładowania „chmura-ziemia”. Piorun jest najbardziej niebezpieczny dla nisko lecącego samolotu lub helikoptera, ponieważ w tym przypadku samolot może pełnić rolę przewodnika prądu piorunowego z chmury na ziemię. Wiadomo, że w samoloty na dużych wysokościach stosunkowo często trafiają pioruny, a mimo to wypadki z tego powodu są rzadkie. Jednocześnie znanych jest wiele przypadków uderzenia pioruna w samolot podczas startu i lądowania, a także podczas postoju, co skutkowało katastrofą lub zniszczeniem statku powietrznego.

3.7. Błyskawice i statki nawodne

Pioruny stanowią także bardzo duże zagrożenie dla statków nawodnych, gdyż te znajdują się nad powierzchnią morza i posiadają wiele ostrych elementów (maszty, anteny), które są koncentratorami natężenia pola elektrycznego. W czasach drewnianych żaglowców o wysokim oporze właściwym kadłuba uderzenie pioruna prawie zawsze kończyło się dla statku tragicznie: statek płonął lub ulegał zniszczeniu, a ludzie umierali w wyniku porażenia prądem. Nitowane statki stalowe były również podatne na uderzenia pioruna. Wysoka oporność szwów nitów spowodowała znaczne lokalne wytwarzanie ciepła, co doprowadziło do powstania łuku elektrycznego, pożaru, zniszczenia nitów i pojawienia się wycieków wody w korpusie.

Spawany kadłub nowoczesnych statków ma niską rezystancję i zapewnia bezpieczne rozprzestrzenianie się prądu piorunowego. Wystające elementy nadbudówki nowoczesnych statków są niezawodnie połączone elektrycznie z kadłubem, a także zapewniają bezpieczne rozprzestrzenianie się prądu piorunowego.

Notatki

Za występowanie piorunów obwiniano promienie kosmiczne - www.lenta.ru/news/2009/02/09/lightnings/ Lenta.Ru, 09.02.2009
1 2 3 4 Czerwone Elfy i Niebieskie Odrzutowce - meteoweb.ru/phen049.php
ELFY, elementarz: Ogrzewanie jonosferyczne przez impulsy elektromagnetyczne od piorunów - alum.mit.edu/www/cpbl/elves
Modele fraktalne niebieskich dżetów, niebieskich starterów pokazują podobieństwa i różnice w stosunku do czerwonych duszków - www.psu.edu/ur/2001/bluejets.html
wiceprezes Pasko, MA Stanley, J.D. Matthews, USA Inan i T.G. Wood (14 marca 2002) – www.nature.com/nature/journal/v416/n6877/abs/416152a.html „Wyładowanie elektryczne ze szczytu chmury burzowej do dolnej jonosfery”, Natura, tom. 416, s. 152-154.
Pojawienie się UFO zostało wyjaśnione przez duszki - lenta.ru/news/2009/02/24/noufo/. lenta.ru (24.02.2009).
Encyklopedia światowej klimatologii -books.google.com/?id=-mwbAsxpRr0C&pg=PA452&lpg=PA452&dq=1,4 miliarda lat piorunów. – Krajowa Administracja Oceaniczna i Atmosferyczna, 2005. – ISBN 978-1-4020-3264-6
Roczna częstość występowania piorunów – sos.noaa.gov/datasets/Atmphere/lightning.html. Krajowa Administracja Oceaniczna i Atmosferyczna.
Gdzie piorun uderza – science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2001/ast05dec_1/. Nauka NASA. Wiadomości naukowe. (5 grudnia 2001).
K. BOGDANOV „Błyskawica: WIĘCEJ PYTAŃ NIŻ ODPOWIEDZI”. „Nauka i życie” nr 2, 2007 - nkj.ru/archive/articles/9014/
N. A. Kun „Legendy i mity starożytnej Grecji” LLC „Wydawnictwo AST” 2005-538, s. 200-538 ISBN 5-17-005305-3 Strony 35-36.
Redaktorzy: Mariko Namba Walter, Eva Jane Neumann Fridman Szamanizm: encyklopedia światowych wierzeń, praktyk i kultury . - ABC-CLIO, 2004. - T. 2. - Str. 442. - ISBN 1-57607-645-8
Błyskawica. Duży słownik encyklopedyczny Brockhausa F. A., Efrona I. A - www.wikiznanie.ru/ru-wz/index.php?title=Lightning&redirect=no
Zasady zachowania podczas burzy - vlboat.ru/articles/raznoe/pravila-povedeniya-vo-vremya-grozi.htm. VLBoat.ru.
Irina Lukyanchik Jak zachować się podczas burzy? - shkolazhizni.ru/archive/0/n-14740/ . Codzienny magazyn edukacyjny „ShkolaZhizni.ru”. .

Piorun jako zjawisko naturalne

Piorun to gigantyczne wyładowanie iskrowe pomiędzy chmurami lub pomiędzy chmurami a powierzchnią ziemi, długie na kilka kilometrów, o średnicy kilkudziesięciu centymetrów i trwające ułamki sekundy. Błyskawicy towarzyszy grzmot. Oprócz błyskawic liniowych czasami obserwuje się błyskawice kuliste.

Natura i przyczyny piorunów

Burza jest złożonym procesem atmosferycznym, a jej występowanie spowodowane jest powstawaniem chmur cumulonimbus. Konsekwencją znacznej niestabilności atmosfery jest duże zachmurzenie. Burza charakteryzuje się silnym wiatrem, często intensywnym deszczem (śniegiem), czasami z gradem. Przed burzą (na godzinę lub dwie przed burzą) ciśnienie atmosferyczne zaczyna gwałtownie spadać, aż wiatr nagle się nasili, a następnie zacznie wznosić.

Burze można podzielić na lokalne, frontalne, nocne i górskie. Najczęściej dana osoba spotyka burze lokalne lub termiczne. Burze te występują tylko podczas upałów i dużej wilgotności powietrza. Z reguły występują latem w południe lub po południu (12-16 godzin). Para wodna we wznoszącym się strumieniu ciepłego powietrza skrapla się na wysokości, uwalniając dużo ciepła i ogrzewając wznoszące się strumienie powietrza. W porównaniu z otaczającym powietrzem, unoszące się powietrze jest cieplejsze i zwiększa swoją objętość, aż przekształca się w chmurę burzową. Kryształy lodu i kropelki wody stale unoszą się w dużych chmurach burzowych. W wyniku ich fragmentacji i tarcia między sobą oraz z powietrzem powstają ładunki dodatnie i ujemne, pod wpływem których powstaje silne pole elektrostatyczne (natężenie pola elektrostatycznego może sięgać 100 000 V/m). A różnica potencjałów pomiędzy poszczególnymi częściami chmury, chmurami czy chmurą a ziemią osiąga ogromne wartości. Po osiągnięciu krytycznego natężenia powietrza elektrycznego następuje lawinowa jonizacja powietrza – wyładowanie iskrowe.

Burza frontalna występuje, gdy masa zimnego powietrza przemieszcza się do obszaru, w którym panuje ciepła pogoda. Zimne powietrze wypiera ciepłe, to drugie wznosi się na wysokość 5-7 km. Ciepłe warstwy powietrza wnikają w wiry o różnych kierunkach, powstaje szkwał, silne tarcie między warstwami powietrza, co przyczynia się do gromadzenia się ładunków elektrycznych. Długość burzy czołowej może sięgać 100 km. W przeciwieństwie do lokalnych burz, po burzach frontowych zwykle robi się chłodniej. Nocne burze są związane z nocnym ochłodzeniem gruntu i powstawaniem prądów wirowych unoszącego się powietrza. Burze w górach tłumaczy się różnicą w nasłonecznieniu, na które narażone są południowe i północne stoki gór. Burze nocne i górskie są słabe i krótkotrwałe.

Aktywność burz jest różna w różnych obszarach naszej planety. Światowe centra burz: wyspa Java – 220, Afryka Równikowa – 150, południowy Meksyk – 142, Panama – 132, środkowa Brazylia – 106 dni burzowych w roku. Rosja: Murmańsk – 5, Archangielsk – 10, Petersburg – 15, Moskwa – 20 dni burzowych w roku.

Według rodzaju błyskawica dzieli się na liniową, perłową i kulistą. Błyskawice perłowe i kuliste są dość rzadkimi zjawiskami.

Wyładowanie atmosferyczne pojawia się w ciągu kilku tysięcznych sekundy; przy tak dużych prądach powietrze w strefie kanału piorunowego niemal natychmiast nagrzewa się do temperatury 30 000–33 000 ° C. W rezultacie ciśnienie gwałtownie wzrasta, powietrze rozszerza się - pojawia się fala uderzeniowa, której towarzyszy dźwięk puls - grzmot. Ze względu na to, że natężenie pola elektrycznego wytworzonego przez statyczny ładunek elektryczny chmury jest szczególnie duże na wysokich, spiczastych obiektach, pojawia się poświata; w rezultacie rozpoczyna się jonizacja powietrza, następuje wyładowanie jarzeniowe i pojawiają się czerwonawe języki blasku, czasami skracające się i ponownie wydłużające. Nie powinieneś próbować gasić tych pożarów, ponieważ... nie ma spalania. Przy dużym natężeniu pola elektrycznego może pojawić się wiązka świetlistych włókien - wyładowanie koronowe, któremu towarzyszy syczenie. Błyskawice liniowe mogą również czasami wystąpić w przypadku braku chmur burzowych. To nie przypadek, że powstało powiedzenie „grom z jasnego nieba”.