Негосударственное общеобразовательное учреждение Средняя общеобразовательная школа

Из за чего возникает молния: физика атмосферы, в результате чего

Содержание

физика атмосферы, в результате чего

Такое явление, как гроза, одновременно пугает и завораживает. Вспышки молний, расчерчивающих потемневшее небо, и страшные раскаты грома… В древности люди думали, что так боги проявляют свой гнев на жителей Земли. В настоящее время наука может дать точное описание и объяснение этому природному явлению.

Как появляется молния и гром: краткое описание явления

Искровой разряд

Молния — это гигантский электрический разряд, всегда сопровождающийся яркой вспышкой и звуковыми раскатами — громом. Вспышка молнии редко бывает одиночной, обычно они бывают от 2-3 до нескольких десятков разрядов. Образование этого явления возможно в кучево-дождевых облаках или слоисто-дождевых тучах огромных размеров (до 7 км в высоту). Такие облака и тучи легко выделить среди других по насыщенному темно-синему цвету. 



Источник: yandex.by

Молнии могут образовываться:

  1. Внутри одной тучи.
  2. Между соседними наэлектризованными облаками.
  3. Между тучами и поверхностью земли. 

Грозовые облака состоят из пара, который в верхних слоях тучи из-за низкой температуры конденсирован в виде кристалликов льда. Для того чтобы туча стала грозовой, ледяные кристаллы внутри нее должны начать активно двигаться. Этому способствуют потоки теплого воздуха, поднимающиеся с нагретой поверхности. Теплые массы воздуха влекут за собой вверх более мелкие кристаллики льда, которые наталкиваются на более крупные. В результате этого процесса маленькие кристаллы оказываются положительно заряженными, крупные — отрицательно заряженными.

При этом маленькие кристаллики льда концентрируются в верхней части тучи, которая становится положительно заряженной, а большие — в нижней, отрицательно заряженной. Напряженность электрического поля в таком облаке достигает огромных значений: 1 миллион вольт на 1 метр. При соприкосновении противоположно заряженных слоев в местах столкновения ионы и электроны образуют канал, все заряженные частицы устремляются по нему вниз, и образуется мощный электрический разряд — молния. 

Полученный канал раскаляется до 30000 градусов Цельсия и образует яркий свет, который видно доли секунды. После того, как канал образован, грозовая туча начинает разряжаться: за первым ударом молнии следуют два и более разрядов. 

Звук разряда

Через несколько секунд после вспышки молнии возникает гром. Гром — это взрывоподобные колебания воздуха, которые происходят из-за резкого повышения давления вдоль канала, чему способствует разогрев атмосферы до 30000 градусов Цельсия. 

Удар молнии — это своего рода взрыв, который вызывает ударную волну, очень опасную для человека или животного, оказавшегося поблизости. Находясь на отдаленном расстоянии от эпицентра грозы, мы не можем ощутить ударную волну электрического разряда, но хорошо слышим звуковую, которую и называем громом или громовыми раскатами.

Сколько молний возникает ежедневно

Благодаря данным со спутников ученые узнали, что в каждую секунду на Земле происходит 44 ± 5 ударов молнии. То есть за сутки случается более 3,5 миллионов разрядов, а их количество в год составляет порядка 1,4 миллиарда. При этом около 25% ударяют в землю и примерно 75% вспыхивают среди облаков.

Природа молнии в физике

Молния не образуется мгновенно из ничего, хоть все и происходит очень быстро. Один электрический разряд можно разделить на 2 стадии:

  1. Ступенчатый лидер.
  2. Обратная вспышка.

Ступенчатый лидер

Перед вспышкой молнии в небе можно увидеть небольшое пятно, которое движется от облака к поверхности земли. Это пятно называют «ступенчатым лидером», оно является тем самым каналом, по которому чуть позже будет произведен электрический разряд. Лидер может разветвляться, как и последующий удар молнии по этому каналу. Происходит это из-за неравномерной ионизации воздуха. 

Обратная вспышка

Когда ступенчатый лидер достигает поверхности земли, по проложенному им каналу начинает течь ток. В этот момент и можно видеть основную вспышку молнии, которая сопровождается огромным выделением энергии и высокими показателями силы тока. При этом лидер всегда распространяется от тучи к земле, а яркая вспышка, которую мы называем молнией, наоборот, от земли к туче.

Молния — это явление, которое идет не от тучи к земле, а происходит между ними.

Почему возникает гром

Удар молнии всегда сопровождается звуками грома. Объясним, как возникает гром.

При вспышке молнии происходит резкий скачок температуры окружающего воздуха до огромных значений, что приводит к расширению нагретого воздуха по типу взрыва, вызывающему ударную волну или раскат грома. Почти всегда громкость звука увеличивается к концу раската из-за отражения звука от облаков и поверхности земли. Чем большее число молний прошло по каналу, тем продолжительнее будет сотрясение воздуха. При значительной длине электрического разряда звук с разных его участков доходит в разное время и образуются громовые раскаты.

Скорость света и скорость звука

Из-за того, что скорость звука (330 метров в секунду) гораздо меньше скорости света (299 792 458 метров в секунду), гром всегда появляется немного позже молнии. 

По времени задержки грома от молнии можно рассчитать расстояние до того места, куда ударил разряд. Для этого нужно посчитать, сколько секунд прошло между вспышкой и звуками грома. 3 секунды будут примерно равны расстоянию в 1 километр.

Разновидности молний

На Земле существует несколько разновидностей молний. 

  1. Наземные (составляют всего около 25% от общего количества).
  2. Внутриоблачные (самое распространенное явление).
  3. Молнии, образующиеся в высших слоях атмосферы, которые можно увидеть только при помощи специальных приборов.
  4. Вулканические.
  5. Огни святого Эльма.
  6. Шаровые.

К наземным относятся:

Линейная. Частый вид, образование которого мы как раз и приводили выше, описывая разряд между небом и землей. Молния представляет собой изогнутую линию с ответвлениями, один конец которой находится в небе, другой — на поверхности земли. 



Источник: pxhere.com

Молния «земля-облако» образуется, когда разряд попадает в объект, расположенный на большой высоте. Высокие предметы накапливают электростатический заряд и тем самым приманивают молнии.



Источник: yandex.uz

Ленточная. Интересный редкий вид молнии, который представляет собой ряд одинаковых каналов, находящихся на небольшом расстоянии и параллельных друг другу. Ученые считают, что причиной данного явления выступает сильный ветер, который значительно расширяет каналы.



Источник: popmech.ru

Пунктирная или жемчужная. Очень редкий вид, который представляет собой не сплошной разряд, а линию, состоящую из частых промежутков, похожих на пунктиры. Ученые предполагают, что такой эффект возможен по причине быстрого остывания некоторых участков молнии. 



Источник: tainaprirody.ru

Шторовая. В отличие от других видов возникает над облаками. Внешне выглядит эффектно — как сеть разрядов. При ней можно слышать негромкий гул. Такую молнию впервые сфотографировали только в 1994 году.



Источник: rusdialog.ru

Внутриоблачные или межоблачные электрические разряды бывают 2-х видов:

«Облако-облако». Самый распространенный вид молний, когда оба концы электрического разряда находятся в небе. Это происходит потому, что соседние облака имеют разные заряды и пробивают друга друга. Такой вид молнии не опасен для человека, так как не достигает поверхности земли.



Источник: wallhere.com

Горизонтальная. Напоминает собой молнию «облако-земля», но при этом не достигает земли. Вспышки по небу распространяются в разные стороны, выглядит такой разряд очень эффектно и считается чрезвычайно мощным. 



Источник: agrometeo.od.ua

Вспышки, которые образуются на высоте 40 км и выше от поверхности земли, делятся на:

Спрайты. Привычные нам электрические разряды образуются на высоте порядка 16 км. Спрайты же возникают гораздо выше, от 50 до 130 км над землей. Это вспышки холодной плазмы, которые бьют из облаков вверх. Они образуются группами при сильной грозе и появляются спустя несколько секунд после мощной молнии. Обладают следующими параметрами: средняя длина вспышки составляет 60 км, длительность — до 100 миллисекунд, диаметр — до 100 км.



Источник: mirkosmosa.ru

Эльфы. Представляют собой масштабные разряды в виде конусов со слабым красным светом. Их диаметр около 400 км. Возникают в верхних частях грозовых облаков. Их высота составляет 100 км, длительность — 3 миллисекунды.



Источник: interplanetaryfest.org

Джеты. Вспышки с синим свечением и трубчато-конусной формой. В высоту достигают 40-70 км. Длятся чуть дольше эльфов.



Источник: twitter.com

Необычными видами электрических разрядов считаются:

Вулканическая. Такой вид образуется при извержении вулкана. Связано это со столкновением электрических зарядов, которые несут в себе пепел и магма.



Источник: emosurf.com

Огни Святого Эльма. Это разряды, возникающие на острых концах высоких объектов (вершины скал, мачты судов, деревья, башни и т.п.). Возникают по причине высокой напряженности электрического поля во время грозы летом или метели зимой.



Источник: knowhow.pp.ua

Шаровая. Этот вид электрического разряда представляет собой шарообразный сгусток плазмы диаметром 10-20 см, который свободно перемещается по воздуху, имеет непредсказуемую траекторию движения и способен взрываться. С уверенностью можно говорить о том, что это самый интересный и малоизученный вид молний.



Источник: www.yapfiles.ru

Интересные факты о молниях в небе

  1. Самая длинная молния на Земле зафиксирована в 2007 году в Оклахоме, США. Ее длина составила 321 км.
  2. Самая долгая молния — наблюдалась в течение 7,74 секунды — зафиксирована в Альпах.
  3. Похожие природные явления образуются и на других планетах. Ученым удалось зафиксировать вспышки на Венере, Уране, Сатурне, Юпитере и выяснить, что на Сатурне они гораздо мощнее, чем на Земле.
  4. Значения характеристик тока в молнии очень высоки: сила тока порой достигает сотен тысяч Ампер, напряжение равно миллиарду Вольт.
  5. Температура канала молнии достигает рекордных 30000 градусов Цельсия, что почти в 5-6 раз больше температуры на Солнце, а ширина канала, по которому проходит ток, — всего 1 сантиметр в диаметре.
  6. Скорость молнии составляет в среднем около 56000 км в секунду, при том что гроза движется со скоростью около 40 км/час. Средняя длина электрического разряда равна 9,5 километрам.
  7. Обычная вспышка длится 0,2-0,3 секунды и состоит из 3-4 электрических разрядов.
  8. В Венесуэле, в устье реки Кататумбо, круглый год ночью можно наблюдать множество молний, которые возникают без перерыв в течение длительного времени. Пик необычного явления приходится на май и октябрь.
  9. При попадании электрического разряда в песок или горную породу образуются фульгуриты. Фульгуриты представляют собой стеклянные, полые внутри трубочки разнообразных форм и размеров.
  10. Молния попадает в самолеты один раз за 5-10 тысяч летных часов.
  11. Вероятность увидеть шаровой сгусток плазмы — 1 к 10 000.
  12. Вероятность умереть от удара молнии довольно низкая: 1 к 2000000.
  13. При попадании электрического разряда непосредственно в землю или человека оставляет витиеватые следы, которые внешне напоминают молнию по форме.
  14. Молния всегда ищет самый короткий путь для удара между землей и небом. Поэтому чаще всего бьет в высокие объекты, возвышающиеся над поверхностью земли. Именно по этой причине во время грозы очень опасно находиться на равнине или на поверхности воды, так как человек в этом случае превращается в самый высокий объект.
  15. Громоотводы были придуманы в качестве ловушки для молний, но стопроцентной гарантии они не дают. По наблюдениям ученых 3 заряда из 10 приходят мимо.

Если в вашей учебе наметилась непогода, срочно обращайтесь за помощью к образовательному сервису Феникс.Хелп. Как надежный громоотвод, мы возьмем всю вашу учебную нагрузку на себя.

Как образуется молния

Молния. Эта яркая вспышка всегда восхищала, завораживала и одновременно устрашала людей. В древности ей поклонялись. Но и мы недалеко ушли от своих предков. Единственное – мы прекрасно понимаем, что молния по своей сути — электрический разряд. Однако защищаться от нее человечество научилось где-то с десяток лет назад.

Итак, молния – как образуется и что она собой представляет? На эти вопросы мы постараемся ответить далее.

Несколько слов о грозовых тучах

Большинству людей еще с детства известно, что молния возникает в кучевых дождевых облаках, которые представляют собой ничто иное, как большое скопление водяного пара. Под воздействием воздушных потоков, которые идут с земли, паровые частички пребывают в постоянном движении, сталкиваясь друг с другом.

В результате этого, крупные льдинки получают положительный заряд, а мелкие, наоборот, отрицательный. Под действием этого, грозовая туча постепенно заряжается и сверху приобретает положительный заряд, а снизу – отрицательный.

Как образуется молния

В следствие описанного выше процесса, электрополе становится все более напряженным. А теперь представьте, что две такие тучи сталкиваются друг с другом. Естественно,  между ними проскочат определенные частицы – электроны и ионы. Такая реакция создает подсвеченный плазменный канал, который становится проходом для всех остальных частиц. Собственно, так и возникает молния.

А что же с громом

Такая реакция выделяет колоссальную энергию, которая доходит до миллиарда джоулей. При этом температура зашкаливает за 10 тысяч Кельвинов. Именно в связи с этим и возникает яркая вспышка.

Среда под воздействием столь огромной температуры начинается расширяться, и при этом создает настоящую ударную волну. Именно так и возникает гром. Кстати, теперь вы знаете, почему вначале следует молния, а гром возникает потом.

А как об этом узнали ученые

Первым, кто вплотную занялся изучением этого вопроса, был Бенджамин Франклин. Он соорудил специального воздушного змея, на конце которого была проволока и несколько медных ключей.

Запуская его в непогоду, он сумел доказать, что молния представляет собой заряд электрический частиц, которые скапливаются в облаках. Как молния тогда не ударила в самого ученого – остается загадкой.

Одновременно с ним Ломоносов соорудил свою знаменитую громовую машину, представляющую собой высокий шест с отведенным от него проводом к конденсатору, который таким образом заряжался электричеством из атмосферы.

Приближая к устройству руки, ученый мог таким образом извлекать искры, что тоже было довольно опасным занятием. Именно такие опыты дали первый толчок к изучению природы молнии, перед тем, как человечество получило возможность использовать спутниковые технологии для этих целей. 

Как и почему возникает молния

Еще 250 лет назад знаменитый американский ученый и общественный деятель Бенджамин Франклин установил, что молния — это электрический разряд. Но до сих пор раскрыть до конца все тайны, которые хранит молния, не удается: изучать это природное явление сложно и опасно.

(20 фото молний + видео Молния в замедленной съёмке)

Внутри тучи

Грозовую тучу не спутаешь с обычным облаком. Ее мрачный, свинцовый цвет объясняется большой толщиной: нижний край такой тучи висит на расстоянии не более километра над землей, верхний же может достигать высоты 6-7 километров.

Что происходит внутри этой тучи? Водяной пар, из которого состоят облака, замерзает и существует в виде ледяных кристаллов. Восходящие потоки воздуха, идущие от нагретой земли, увлекают мелкие льдинки вверх, заставляя их все время сталкиваться с крупными, оседающими вниз.

Кстати, зимой земля нагревается меньше, и в это время года, практически, не образуется мощных восходящих потоков. Поэтому зимние грозы — крайне редкое явление.

В процессе столкновений льдинки электризуются, точно так же, как это происходит при трении различных предметов один о другой, — например, расчески о волосы. Причем, мелкие льдинки приобретают заряд положительный, а крупные — отрицательный. По этой причине верхняя часть молниеобразующего облака приобретает положительный заряд, а нижняя — отрицательный. Возникает разность потенциалов в сотни тысяч вольт на каждом метре расстояния — как между облаком и землей, так и между частями облака.

Развитие молнии

Развитие молнии начинается с того, что в некотором месте облака возникает очаг с повышенной концентрацией ионов — молекул воды и, составляющих воздух, газов, от которых отняли или к которым добавили электроны.

По одним гипотезам, такой очаг ионизации получается из-за разгона в электрическом поле свободных электронов, всегда имеющихся в воздухе в небольших количествах, и соударением их с нейтральными молекулами, которые сразу же ионизируются.

По другой гипотезе, начальный толчок вызывается космическими лучами, которые все время пронизывают нашу атмосферу, ионизируя молекулы воздуха.

Ионизированный газ служит неплохим проводником электричества, поэтому через ионизированные области начинает течь ток. Дальше — больше: проходящий ток нагревает область ионизации, вызывая всё новые высокоэнергетичные частицы, которые ионизируют близлежащие области, — канал молнии очень быстро распространяется.

Вслед за лидером

На практике процесс развития молнии происходит в несколько стадий. Сначала передний край проводящего канала, называемый «лидером», продвигается скачками по нескольку десятков метров, каждый раз, немного меняя направление (от этого молния получается извилистой). Причем скорость продвижения «лидера» может, в отдельные моменты, достигать 50 тысяч километров за одну-единственную секунду.

В конце концов, «лидер» достигает земли или другой части облака, но это еще не главная стадия дальнейшего развития молнии. После того, как ионизированный канал, толщина которого может достигать нескольких сантиметров, оказывается «пробит», по нему с огромной скоростью — до 100 тысяч километров всего за одну секунду — устремляются заряженные частицы, это и есть сама молния.

Ток в канале составляет сотни и тысячи ампер, а температура внутри канала, при этом, достигает 25 тысяч градусов — потому молния и дает столь яркую вспышку, видимую за десятки километров. А мгновенные перепады температур, в тысячи градусов, создают сильнейшие перепады давления воздуха, распространяющиеся в виде звуковой волны — грома. Этот этап длится очень недолго — тысячные доли секунды, но энергия, которая при этом выделяется, огромна.

Конечная стадия

На конечной стадии скорость и интенсивность движения зарядов в канале снижается, но, все равно, остаются достаточно большими. Именно этот момент наиболее опасен: конечная стадия может длиться только десятые (и даже меньше) доли секунды. Такое, достаточно длительное, воздействие на предметы на земле (например, на сухие деревья) часто приводит к пожарам и разрушениям.

Причем, как правило, одним разрядом дело не ограничивается — по проторенному пути могут двинуться новые «лидеры», вызывая в том же самом месте повторные разряды, по количеству доходящих до нескольких десятков.

Несмотря на то, что человечеству известна молния с момента появления самого человека на Земле, до настоящего времени она до конца еще не изучена.

Видео: Молния в замедленной съёмке

Похожие записи:

Почему возникает шаровая молния — Российская газета

Каждый день человек сталкивается с необычными явлениями природы. Некоторые — опасны. Другие — красивы так, что захватывает дух. Случаются и редкие, но оттого лишь более любопытные, явления, такие как шаровая молния или северное сияние. Их притягательная сила породила массу мифов и легенд. Как на самом деле образуются эти чудеса, «РГ» попыталась разобраться с помощью науки.

 

Молния из розетки

Даже простые (линейные) молнии — не до конца изученное явление, шаровые же — истинная загадка даже при нынешнем уровне развития науки.

Мифы и легенды древности представляли шаровую молнию в самых разных обличьях, но чаще всего — в виде монстров с огненными глазами. Первые документальные свидетельства об этом явлении восходят еще к временам Римской империи. А в русских архивах оно впервые упоминается в 1663 году: в один из монастырей пришел «донос от попа Иванище» из села Новые Ерги, в котором сообщалось, что «…огнь на землю падал по многим дворам, и на путях, и по хоромам, аки кудели горя, и люди от него бегали, а он каташеся за ними, а никого не ожег, а потом поднялся вверх во облака».

Многочисленные очевидцы обычно так описывают шаровую молнию: яркий светящийся шар, несвязанный с каким-либо источником электроэнергии, перемещается как горизонтально, так и хаотично. В редких случаях молния «прилипает», например, к проводам и движется вдоль них. Нередко шар попадает в закрытое помещение через щель, меньше своего диаметра. Исчезает молния так же странно, как и появляется — может взорваться, а может просто погаснуть. Еще одна загадка ее в том, что представляя собой нагретый газ, молния не смешивается с окружающей атмосферой, а имеет довольно четкую границу «шара».

Молния живет примерно 10 секунд. При движении она часто издает негромкое потрескивание или шипение.  А самыми распространенными ее цветами являются красный, оранжевый, желтый, белый и голубой. «Вообще цвет шаровой молнии не является ее характерным признаком и, в частности, ничего не говорит о ее температуре, а также и о составе. Вероятнее всего, он определяется наличием тех или иных примесей», — поясняет в своей книге, посвященной природе шаровых молний, доктор физико-математических наук Игорь Стаханов.

Световой поток от шаровой молнии в среднем сравним с тем, который испускает электрическая лампа.

Удивительным в шаровой молнии является то, что она почти совсем не излучает тепло. По мнению экспертов, людей вводит в заблуждение интенсивное свечение: человек видит «раскаленный» шар и чувствует тепло, которого на самом деле нет. Часто шаровая молния проходит на расстоянии 10-20 сантиметров от незащищенных одеждой частей тела, например от лица, не вызывая никаких последствий. Однако при прямом контакте с объектом повреждения все-таки возможны: случалось, шар вылетал в окно и прожигал при этом занавеску или оплавлял металлические предметы. Эти свидетельства, уверяют ученые, говорят лишь о возможности выделения значительной энергии, но отнюдь не о высокой температуре вещества самой молнии.

 

 

 

Изучение этого загадочного явления осложняется тем, что получить молнию в лабораторных условиях практически невозможно, хотя попытки предпринимались еще со времен Николы Теслы. По словам исследователей, в своей работе они зачастую могут опираться лишь на показания очевидцев, которых, кстати, немало. Только в России живут десятки тысяч человек, наблюдавших шаровую молнию воочию. При этом лишь небольшая часть свидетелей может рассказать о ее зарождении.

Иногда утверждают, что светящийся шар возникает в месте ветвления канала линейной молнии. Нередко он появляется из проводников — из телефонного аппарата, из щитка со счетчиками, из розетки (самый частый вариант, который описывают очевидцы) и так далее. Причем, искусственные шары возникают, так же как и естественные: там, где скапливаются значительные заряды, которые не могут нейтрализоваться. Подобный процесс, к примеру, происходит во время короткого замыкания.

«Медленное растекание этих зарядов приводит к коронированию или появлению огней святого Эльма, быстрое — к возникновению шаровой молнии», — поясняет Стаханов.

Итак, согласно исследованиям физиков, «шаровая молния представляет собой проводящую среду с плотностью воздуха, при температуре, близкой к комнатной. Его молекулы метастабильны и выделяют энергию, служащую источником излучаемого тепла и свечения».

Существует еще несколько любопытных теорий возникновения шаровой молнии. Так, ряд исследователей предполагает, что такая молния — это плазмоид, то есть объем, заполненный высокотемпературной плазмой, удерживаемой собственным магнитным полем. То же самое магнитное поле, которое мешает разлету частиц плазмы, может изолировать ее от окружающего воздуха и помешать быстрому рассеянию энергии. Противники этой идеи говорят: проблема шаровой молнии не имеет ничего общего с осуществлением управляемого термоядерного синтеза.

Ученые так же предполагают, что шаровая молния может состоять либо из нейтральных молекул в основном состоянии, либо из молекул, возбужденных на метастабильные уровни. Это — так называемая химическая гипотеза. Так, Борис Смирнов, выдающийся ученый в области атомной физики, предполагает, что энергия молнии заключена в озоне и выделяется при его разложении. Для получения более высоких концентраций озона по теории Смирнова требуется возбуждение кислорода током молнии.

Небесный огонь

Лучи полярного сияния охватывают все небо…. Невероятной красоты переливы никого не оставят равнодушными — даже опытные исследователи не перестают удивляться этому поразительному природному явлению. В Северном полушарии полярное сияние характерно для Канады, Аляски, Норвегии, Финляндии и полярной части Ямало-Ненецкого автономного округа. Можно наблюдать сияние и в Южном полушарии, например в Антарктиде, реже — в средних широтах.

Мифов об этом явлении — великое множество. Так, по легенде жителей тундры, северное сияние — это костер, который зажег орел в помощь дедушке и внуку, которые искали в кромешной тьме раненую на охоте собаку. Сияние освещает путь тем, кто хочет совершить доброе дело. В норвежской мифологии северное сияние — предвестник плохой погоды. А викинги отождествляли этот феномен природы с богом Одином.

Хотя привычнее звучит словосочетание «северное сияние», существует и южное полярное сияние. До недавнего времени считалось, что сияния у Южного и Северного полюсов являются идентичными. Но когда начали наблюдать его из космоса, обнаружилось, что по многим характеристикам — конфигурации, интенсивности, свечению — они различаются.

 

 

 

Источник сияния — солнечный ветер: поток заряженных частиц (по большей части, протонов и нейтронов), который солнце испускает в космос. Солнечные частицы входят в магнитосферу через полярные области Земли и, если заряд энергии достаточен, они проходят в атмосферу, где сталкиваются с атомами газов — так возникает свечение. На высоте примерно двухсот километров атомы кислорода светятся красным, а те, что ниже, — зеленым. Цвета полярного сияния зависят от участвующих в процессе его образования элементов. Так, азот будет светиться красноватыми или синеватыми оттенками.

14 февраля 2011 года на Солнце была зафиксирована сильная вспышка. Активность светила возросла. С международной космической станции было сделано несколько снимков, которые зафиксировали любопытные последствия этих вспышек — полярное сияние на нетипичной высоте 400 километров (при традиционной для свечения высоте 70-80 километров).

Северное сияние — это видимое проявление космической погоды: Солнце спокойно — сияний нет, появляются на Солнце пятна, или языки пламени, — жди на Земле огней. Несмотря на то, что природа этого природного явления достаточно хорошо изучена, человек до сих пор не научился со стопроцентной вероятностью предсказывать его возникновение.

Кстати, полярное сияние не только видно, но и слышно. Северные племена давно подметили, что в период, когда небо расцвечивается огнями, некоторые люди начинают вести себя странно: разговаривают с несуществующими собеседниками или полностью отрешаются от внешнего мира. Ученые объяснили этот феномен низкочастотными электромагнитными волнами, которые порождает северное сияние. Они излучаются в диапазоне 8-13 герц, что сродни бета и альфа ритмам головного мозга. Инфразвук человеческое ухо не воспринимает (шум дуги полярного сияния становится слышен только будучи увеличенным в 2 тысячи раз), но он может оказывать самые непредсказуемые воздействия на мозг и сердечнососудистую систему.

Несмотря на аргументированное объяснение, очевидцы, наблюдавшие полярное сияние, нередко говорят о том, что оно именно звучит — слышно что-то вроде шипения. Самое правдоподобное объяснение этому загадочному феномену, полагают ученые, это — взаимные помехи в мозге. Когда оптический нерв находится рядом со слуховым, между ними могут возникнуть взаимные помехи, и у человека появляется ощущение звука, когда на самом деле его не слышно.

Интересен тот факт, что полярные сияния могут происходить и на других планетах солнечной системы, имеющих атмосферу и магнитное поле: на Венере, Сатурне и Юпитере.

Смертоносная погода

По неизвестным пока причинам раз в три-семь лет пассаты вдруг ослабевают, нарушается баланс, и теплые воды западного бассейна устремляются на восток, создавая одно из самых сильных теплых течений в Мировом океане. На огромной площади на востоке Тихого океана, в тропической и центральной экваториальной частях, происходит резкое повышение температуры поверхностного слоя воды. Это и есть наступление Эль-Ниньо. Засуха и дожди, ураганы, смерчи и снегопады — главные его спутники.

Это метеорологическое явления, по мнению ученых, оказывает влияние практически на каждого жителя Планеты. Ученым понадобилось более сотни лет, чтобы понять истинную силу Эль-Ниньо.

Весной 1998 года на Южную Калифорнию обрушились проливные дожди, которые никак не прекращались. В это же время австралийский Квинсленд страдал от прямо противоположной проблемы — от небывалой засухи. И это — только два примера природных аномалий, охвативших мир в том году. От наводнений и последовавшей за ними холеры страдали Перу и Кения, массовые лесные пожары и густой смог вызвала засуха в Индонезии…. Погода словно вышла из-под контроля, но ученые были уверены: все это — звенья одной цепи. Тогда и было открыто явление, известное рыбакам тысячи лет, но доселе не рассмотренное с научной точки зрения.

 

 

 

Побережье Перу считается одним из самых богатых рыбой регионов. Однако с периодичностью в несколько лет в поверхностных водах возникает теплое течение, после чего характерная для здешних мест морская живность исчезает, начинаются дожди, на засушливых почвах буйно идут в рост травы. Это всегда происходит в одно и то же время года — примерно под Рождество. Поэтому загадочное явление получило название Эль-Ниньо, что в переводе означает «мальчик», а написание с заглавной буквы указывает на младенца Христа.

До 90-х годов XIX века перуанская аномалия не волновала мировые умы. Затем один британский ученый по имени Герберт Уолкер заинтересовался проблемой, существовавшей в самой крупной колонии империи — в Индии: здесь в 1877 году не было муссонных дождей. Голод унес 5 миллионов жизней. Снова трагедия повторилась в 1899 году. Британское правительство поставило перед ученым задачу спрогнозировать сезоны дождей. Уолкер выяснил, что все дело в атмосферном давленим: когда в центральной части Тихого Океана оно растет — в Индонезии и Северной Австралии оно опускается. И наоборот. Таким образом было доказано существование осцилляции (колебания свойств) в атмосферном давлении с периодичностью 3-5 лет.

Это был настоящий прорыв, но современники раскритиковали идею британца. Потребовалось полвека и немного удачи, чтобы открытие получило второе рождение.

В 1957 по программе ООН в Тихом Океане установили несколько бакенов для изменения колебания температуры. Как раз на этот год пришлось крупное Эль-Ниньо. Так, совершенно случайно, были получены уникальные данные об этом явлении. Ученые открыли, что изменения у побережья Перу носят не локальный характер, что в период Эль-Ниньо теплые слои воды из района Индонезии перемещаются по океану и достигают перуанского побережья, и наоборот.

В 1960-х норвежский ученый Якоб Бьеркнис, с 1940-го возглавлявший метеорологический департамент Калифорнийского университета, сотрудничал с комиссий по отлову тунца: изучал периоды активности рыб, их подверженность климатическим изменениям. Исследователь собрал все имеющиеся данные и впервые связал изменения температуры поверхностных вод с изменениями в атмосфере над Тихим Океаном.

В нормальных условиях теплые воды остаются в западной части Тихоокеанского бассейна, а пассаты дуют с востока на запад. Так вокруг Индонезии образуется зона низкого давления — образуются облака и осадки. Но при Эль-Ниньо картина прямо противоположная. Это смещение вызывает наводнение в Перу, засуху в Австралии и ураганы в Калифорнии.

Эль-Ниньо в силах изменить даже ход истории. Ученые нашли этому несколько подтверждений: когда из-за Эль-Ниньо зима в Европе выдалась суровой, голодающие крестьяне начали бунтовать — так началась Французская революция; в 1587-89 годах испанскую армаду победил вовсе не британский флот, а все тот же пресловутый Эль-Ниньо, изменив превалирующие направление ветра, наполнявшего паруса испанцев; даже в гибели «Титаника» обвиняют это погодное явление, создавшее необычно холодные условия на севере Атлантики.

Солнце-иллюзионист

Паргелий — это одна из форм гало, оптического феномена, при котором вокруг источника света образуется светящееся кольцо. Во время паргелия на небе наблюдается одно или несколько дополнительных лже-светил. Считается, что именно это явление наиболее часто принимают за НЛО. Действительно, внешне оно немного напоминает расхожие изображение летающих тарелок. В старину же гало, как и многим другим небесным явлениям, приписывалось мистическое значение знамений, чему известно множество летописных свидетельств из разных точек мира. Так, в «Слове о полку Игореве» рассказывается, что перед наступлением половцев и пленением Игоря «четыре солнца засияли над русской землей», что было воспринято как знак надвигающейся большой беды.

 

 

 

При гало солнце выглядит так, как будто его видно через большую линзу. На самом деле, это, скорее, эффект миллионов линз, в роли которых выступают ледяные кристаллы. Вода, замерзая в верхних слоях атмосферы, образует микроскопические плоские, шестиугольные кристаллы льда. Они постепенно опускаются на землю, при этом по большей части они ориентированы параллельно ее поверхности. Взгляд проходит через эту самую плоскость образованную кристаллами, преломляющими солнечный свет. При стечении благоприятных обстоятельств можно наблюдать ложные солнца: светило — в центре, и пара хорошо видных его двойников — по краям. Иногда при этом появляется светлый, слегка окрашенный в радужные тона круг, опоясывающий солнце.

Кстати, облака — не обязательное условие для появления гало. Его можно наблюдать и в чистом небе, если при этом высоко в атмосфере плавает много отдельных ледяных кристалликов. Так случается в морозные зимние дни при ясной погоде.

Вокруг солнца может появиться светлый горизонтальный круг, опоясывающий небо параллельно горизонту. «Специальные опыты, которые неоднократно проводили ученые, показывают: этот круг — результат отражения солнечных лучей от боковых граней шестигранных кристалликов льда, плавающих в воздухе в вертикальном положении. Лучи солнца падают на такие кристаллики, отражаются от них, как от зеркала. А поскольку это зеркало особенное, оно составлено из бесчисленной массы ледяных частиц и к тому же оказывается на какое-то время как бы лежащим в плоскости горизонта, то и отражение солнечного диска человек видит в той же плоскости. Получается два солнца: одно настоящее, а рядом с ним, но в другой плоскости — его двойник в виде большого светлого круга», — так объясняют феномен исследователи.

Гало может быть видно в форме столба. За этот эффект надо благодарить кристаллы льда, имеющие форму пластины. Их нижние грани отражают свет скрывшегося уже за горизонтом солнца, и вместо него видно некоторое время уходящую в небо от горизонта светящуюся дорожку — искаженное до неузнаваемости изображение солнечного диска. Проще говоря — это та же «лунная дорожка», которую можно наблюдать на морской глади, только в небе и порожденная солнцем.

Гало может быть и радужным. Такой круг возникает, когда в атмосфере — много шестигранных ледяных кристалликов, не отражающих, а преломляющих солнечные лучи как стеклянная призма. Большинство лучей рассеивается, но какая-то их часть, пройдя сквозь находящиеся в воздухе призмы и преломившись, доходит до нас, и мы видим радужный круг вокруг солнца. Радужный потому, что проходя через призму, белый световой луч разлагается на свои цвета спектра.

Любопытно, что гало часто наблюдаются в передней части циклонов (в перисто-слоистых облаках на высоте 5-10 километров их теплого фронта) что , следовательно, может служить признаком их приближения.

Солнце вообще богато на загадочные и красивые «поступки». К примеру, зеленый луч — редчайшее оптическое явление — представляет собой вспышку зеленого цвета, которая появляется во время исчезновения солнца за горизонтом (как правило, морским) или же появления его из-за горизонта. Обычно длится это всего несколько секунд. Чтобы увидеть зеленый луч, необходимо соблюдение трех условий: чистый воздух, открытый горизонт (на море без волнений или в степи) и сторона горизонта, где происходит восход или заход солнца, свободная от облаков.

Куда уходят камни

К востоку от хребта Сьерра-Невада в Калифорнии, на высохшем озере Рейстрэк-Плайя, раскинулся национальный парк Долина Смерти, обладатель титула самого сухого и горячего места в западном полушарии. Неоднозначным названием здешние места обязаны переселенцам, которые пересекали пустынную территорию в 1849 году, стремясь кратчайшим путем добраться до золотых приисков. Некоторые остались в долине навсегда…. Именно в этом зловещем месте был обнаружен редчайший геологический феномен — скользящие или ползущие камни.

Булыжники массой до тридцати килограммов непостижимым образом медленно двигаются по глинистому дну озера, что подтверждают дорожки, остающиеся за ними и имеющие протяженность до 250 метров. При этом каменные скитальцы ползут в разных направлениях, с разной скоростью и даже могут вернуться обратно к месту отправления. Следы, не шире 30 сантиметров и глубиной меньше 2,5 сантиметров, которые они оставляют, могут формироваться годами. Движение камней ни разу не удалось запечатлеть на камеру, но в существовании этого явления сомневаться не приходится.

 

 

 

Предсказуемо, что раньше феномен «объяснялся» влиянием неких сверхъестественных сил. Но в начале XX века к исследованию природы чуда приступили ученые. Сначала предполагалось, что движущей силой камней являются магнитные поля Земли. Сам механизм ученым толком объяснить не удалось. Как показала жизнь, теория была несостоятельной, хотя для своего времени она укладывалась в картину мира: электромагнитный подход к изучению тех или иных явлений тогда главенствовал в научных кругах.

Первые монументальные работы с описанием траекторий камней появились в конце 1940-1950-х, но еще годы и годы понадобились исследователям, чтобы приблизиться к разгадке феномена. Самой популярной была теория, утверждавшая, что менять местоположение камням помогает ветер. Глинистое дно Рейстрэк-Плайя — место «прогулки» — покрыто сетью трещин и почти все время остается сухим, растительность здесь крайне скудная. Иногда все же почва здесь увлажняется за счет редких осадков, сила трения уменьшается, и сильные порывы ветра сдвигают камни с «насиженных мест».

У теории появилась масса противников, но наиболее аргументированное опровержение ей нашли лишь в  1970-х американские ученые Роберт Шарп и Дуайт Кэри. За годы изучения этой пустынной местности и наблюдения за камнями они пришли к выводу, что одного ветра тут недостаточно и предположили (и даже доказали опытным путем), что ветер толкал не столько сами камни, сколько куски льда, которые образуются на них, увеличивают площадь контакта с атмосферой и заодно облегчают скольжение.

В 1993 году профессор из университета Сан-Хосе Пола Мессина для изучения движения камней использовала возможности системы GPS. Она изучила изменение координат 162 валунов и выяснила, что на их движение влияет то, в какой части Рейстрэк-Плайя они находятся. Согласно созданной модели, ветер над озером после бури разделяется на два потока, что связано с особенностями геометрии гор, окружающих Рейстрэк-Плайя. Камни, локализующиеся по краям озера, перемещаются в разных, практически перпендикулярных, направлениях. А в центре ветры сталкиваются и закручиваются в своего рода торнадо, заставляя также вращаться и камни.

Правда, пока не существует внятного объяснения того любопытного факта, что одни камни по пустыне ползают, а другие — нет. Если на все булыжники в равной мере влияют вихри ветра, почему не все они двигаются? Это еще предстоит выяснить.

Что обязательно нужно знать о грозе и молнии

Что обязательно нужно знать о грозе и молнии

В этой статье мы расскажем вам все о грозе и молнии.

Для неискушенного обывателя, которому посчастливилось ни разу за свою жизнь не попасть под удар молнии, грозовой разряд представляется всего лишь вспышкой света и раскатами грома. На самом же деле молния — это достаточно сложное природное явление.

Сначала из облака стремительно как-бы падает вниз на землю «лидер». Лидером называется стартовая часть разряда молнии. Пройдя порядка сотни метров, лидер замедляется, чтобы накопить энергию, набрать заряд, затем он движется дальше, сворачивает от пространства с воздухом большего сопротивления — туда где сопротивление меньше, минует следующие стадии, и в конце концов проходит весь путь, который может достигать десятков километров.

Продвигаясь все ближе к земле, и находясь уже на расстоянии в несколько десятков метров от ее поверхности, лидер вызывает на себя встречный (индуцированный) электрический разряд противоположного знака из какой-нибудь естественной или искусственной возвышенности.

Данный встречный разряд соединяется с лидером, и в этот то момент образуется проводящий токовый ствол линейной молнии, по которому прямой и обратный движущиеся заряды формируют ток силой в десятки и сотни тысяч ампер. А ведь с виду это всего лишь вспышка, существующая в случае линейной молнии какую-то тысячную долю секунды. А если молния проживет десятую долю секунды — такая молния может считаться молнией — долгожительницей.

Куда и почему попадает молния

Но как молния выбирает место, в которое ей лучше ударить? Дело в том, что когда лидер молнии приближается к поверхности земли, непосредственно на поверхности земли, в месте под лидером, усиливается напряженность электрического поля, и стремительно накапливается индуцированный электрический заряд.

Наконец, в том месте где индуцированного заряда накопилось больше всего, и где напряженность электрического поля оказалась выше — там и наступает критический момент — происходит пробой воздуха.

Обычно пробой происходит в возвышающийся над поверхностью земли предмет, поскольку у острия или выступа заряда накапливается больше всего. Так принято считать. Однако лидер молнии движется очень быстро, прежде всего выбирая участок с более высокой электропроводностью, меньшего электрического сопротивления.

Влажная почва в месте залегания металлических руд имеет большую электропроводность по сравнению, скажем, с сухим песком, обладающим плохой проводимостью, препятствующей продвижению индуцированного заряда в сторону лидера. Поэтому высокий песчаный холм молния может обойти, выбрав вместо него ручеек, обильно увлажняющий низину. В такие моменты кажется что молния выбрала место для удара ниже чем следовало бы.

Чтобы понизить вероятность попадания молнии прямо в здание, в вышку или в линию электропередач, данные сооружения оснащают специальными защитными средствами — молниеотводами.

Молниеотводы представляют собой заземленные металлические штыри, установленные вертикально и заостренные сверху. Заземление штыря выполняется очень качественно, с помощью металлических листов большой площади, которые закапываются в землю на уровне, где всегда имеется достаточная влажность.

Допустим, молниеотвод имеет высоту h2, тогда он надежно защитит объекты, находящиеся внутри конуса с углом образующей альфа и радиусом основания ОС. Это означает, что почти 100% молний обречены попасть в область вершины конуса, в точку А, и лишь менее 1% молний могут случайно ударить в объект, находящийся внутри защищаемого объема. И то если грозовое облако окажется в данной области.

У острия молниеотвода электрическое поле имеет наивысшую напряженность и именно из него прежде всего вырвется навстречу лидеру индуцированный разряд, направляя молнию по безопасному для нас пути. Практически статистика говорит нам о том, что оснащенное таким образом пространство защищено от попадания туда молнии лет на 200.

Как узнать расстояние до молнии

Кстати, раскаты грома добираются до нас от молнии издалека, поэтому иногда звук грома как-бы приглушенный, а иногда — наоборот, прорывает оглушительным треском, если гроза в самом разгаре. Это очень просто объясняется. Свет от вспышки молнии распространяется по воздуху со скоростью 299792 километра в секунду, поэтому молнию мы видим всегда сразу.

А вот звук от нее распространяется медленнее, поэтому гром мы слышим намного позже вспышки, лишь некоторое время спустя. Так как за 3 секунды звук проходит примерно 1 километр, то посчитав время между вспышкой молнии и началом звука грома, можно прикинуть, на каком расстоянии произошел разряд или практически — на каком расстоянии находится грозовая туча.

Засеките время в секундах между вспышкой молнии и началом звука грома, затем разделите его на 3, так вы получите приблизительное расстояние в километрах от вас до места разряда молнии, гром от которой грохочет.


Опасность молнии

Молния, конечно, опасна для человека. Ток даже в 60 миллиампер уже может оказаться смертельным, если он, не дай бог, пройдет чрез мозг или сердце. Вот почему попадание молнии прямо в человеческое тело смертельно опасно. Но даже если молния ударит в землю или в объект находящийся рядом с человеком, это тоже опасно.

Токи, текущие по земле в момент попадания в нее молнии, создадут падение напряжения, особенно на определенном участке земли. В итоге даже между точками поверхности земли, находящимися на расстоянии метра друг от друга, может возникнуть разность потенциалов в сотни и тысячи вольт — так называемое шаговое напряжение, поскольку размера шага будет достаточно.

Если ноги в момент удара молнии окажутся расставлены широко, ток пройдет через человеческое тело по его ногам, при этом сопротивление кожи ног и подошвы определят величину данного тока. Ладно если на ногах будут надеты резиновые сапоги, тогда все может обойтись легким испугом. А если босиком? Тогда и 20 вольт могут убить.

Неприятно одно только ощущение, когда находясь недалеко от места удара молнии, человек чувствует движущийся по его телу индуцированный заряд.

И мы сказали только о линейных молниях, не говоря уже о шаровых, которые могут порой возникать и быстро плавать в воздухе. Светящиеся электрические шары (плазма) достигающие 200 мм в диаметре могут быть очень опасными.

Давайте теперь поговорим о правилах поведения во время грозы, чтобы ни в коем случае не попасть под удар молнии.

Техника безопасности во время грозы

  • Если вы находитесь дома, то закройте все окна и двери, а также дымоход, если у вас имеется печь. Хорошо если жилое здание оборудовано молниеотводом. Сельские дома часто имеют на крышах антенны, которые нужно заземлить, а про телефонные разговоры на время грозы лучше вообще забыть.
  • Находясь вне дома, не вздумайте купаться во время грозы. Помните, что вода естественных водоемов является хорошим проводником, особенно для электрических разрядов.
  • Не стоит прятаться от грозы возле одиноко стоящего дерева, ведь именно верхушки одиноко стоящих деревьев во время грозы очень наэлектризованы и буквально привлекают к себе молнии. Иногда можно заметить как верхушки деревьев светятся от электрического напряжения и ионизации во время приближения грозы.
  • Аналогичным образом ведут себя стога сена, столбы и другие выступающие над землей предметы. Если вы находитесь в лесу, то предпочтите для укрытия более низкое дерево или куст, стараясь, однако, как можно внимательнее избегать соприкосновения с ним.
  • Босиком в грозу лучше не ходить, и тем более не ложиться на землю, помните о шаговом напряжении. Когда идете в грозу по земле, шаг пусть будет не очень размашистым, ставьте ноги не далеко друг от друга.
  • Если гроза застала вас на природе, избегайте возвышенностей, а в горах выбирайте для укрытия середину ущелья. Перебегая с места на место помните, что время между разрядами молнии обычно составляет около 10 секунд. В степи для укрытия лучше воспользоваться какой-нибудь пленкой или плащом, и просто переждать грозу.
  • Если же вы в лодке далеко от берега, например рыбачите, то вам стоит укрыться прямо в ней и переждать грозу, вероятность поражения молнией в этом случае почти нулевая.

Правила поведения с шаровой молнией

А как же быть, если вам «повезло» и встретилась шаровая молния? Не стоит от нее бежать, так как поток воздуха просто потянет шаровую молнию за вами. Спокойно и медленно отойдите от шаровой молнии подальше, внимательно следите за ней, не поворачивайтесь к ней спиной.

Шаровая молния движется вместе с потоком воздуха, поэтому перейдите на ту сторону от нее, откуда ветер будет шаровую молнию от вас отдувать. Если дело происходит в комнате, то избегайте сквозняка, не стойте между окном, дверью и дымоходом, ведь именно по этому пути вероятнее всего шаровая молния будет двигаться.

Не пытайтесь поймать шаровую молнию руками, во-первых, она очень горячая, во-вторых, вы рискуете уничтожить ее вместо того чтобы использовать эту возможность и понаблюдать редкое явление природы. Не нужно пытаться трогать шаровую молнию палкой или еще чем-нибудь. Если же вы растерялись, то просто спрячьтесь подальше и дождитесь пока шаровая молния «разрядится» или покинет помещение.

Если молния, независимо от ее вида, линейная или шаровая, поразила человека, и вы стали свидетелем этого, то необходимо перенести пострадавшего в теплое сухое проветриваемое помещение, накрыть его одеялом, и в случае необходимости оказать первые реанимационные мероприятия. Срочно вызовите скорую помощь и сообщите о случившемся!

Ранее ЭлектроВести писали о проектах учёных, которые пытались изменить климат.

По материалам: electrik.info.

Как появляется молния и как она «выбирает цель»

Молния представляет собой электрический разряд огромной силы, который возникает между атмосферой и поверхностью Земли. Обычно воздух обладает диэлектрическими свойствами — он даже используется в качестве прослойки между обкладками конденсатора. Однако в конденсаторе могут случаться пробои. Это происходит, когда на обкладках скопился очень большой заряд, который в какой-то момент не выдерживает и начинает проходить через слой воздуха между обкладками.

С этой точки зрения молния представляет собой, фактически, пробой огромного конденсатора, обкладками которого выступают грозовые облака и поверхность Земли. В облаках перед разрядом молнии начинает накапливаться заряд из-за трения частичек пыли и кристалликов льда друг о друга. В некоторый момент заряд облака превышает критический и случается «пробой» — молния ударяет в землю.

Согласно современным данным, на Земле за секунду ударяет в поверхность примерно 45-50 молний. Эти природные явления могут наносить значительный ущерб не только человеческим сооружениям, но и природе, вызывая лесные пожары. 

Свойства электрического тока таковы, что он ищет самый короткий путь до поверхности Земли, поэтому ударяет в наиболее высокую точку из всего пространства. Однако выбор этой точки во многом зависит от места формирования молнии: разряд не будет лететь до высокой точки, которая находится в нескольких километрах от него по поверхности. Чтобы предугадать, куда ударит молния, необходимо точно знать место ее формирования (что с помощью современных технологий сделать невозможно) и просто рассчитать наиболее короткий путь разряда до поверхности Земли.

Из-за таких свойств молнии стоит быть аккуратным во время грозы и стараться не стоять на больших открытых пространствах, где вы будете самой высокой точкой. Иногда молния убивает коров или жирафов. Людей это природное явление убивает реже — в США от него умирают всего 35 человек в год. Все это потому, что в грозу люди сидят по домам. Однако молния может убить даже дома.

Что происходит, когда молния попадает в землю?

Один из выпусков новостей по телевидению сделал экспертов по молниезащите и атмосферному электричеству чуть ли не самыми востребованными людьми для журналистов всех уровней. В передаче рассказывалось, как в китайца дважды ударила молния. И оба раза он остался жив, более того, ушёл с места происшествия своим ходом. Этот случай привлёк огромное внимание к самому явлению молнии, хотя на самом деле не представлялся чем-то исключительным. Попадание молнии не всегда приводит к смерти. Если покопаться в архивах, то легко можно найти массу сообщений на эту тему. Вот молнией ударило целую футбольную команду, игравшую на стадионе во время грозы. Вот она поразила людей, ждущих автобус. Вот не повезло стаду коров и т.д. Во многих случаях после таких происшествий люди оказываются на больничной койке, но не в морге. Неужели опасность атмосферных разрядов просто преувеличена? Неужели люди могут выдержать прямое попадание молнии без серьёзных последствий для себя? А кто сказал, что в описанных выше ситуациях это воздействие было прямым? Как правило, когда речь идёт о чудесных спасениях, мы имеем дело не с прямым контактом, а с попаданием разряда в землю рядом с человеком.

Для начала давайте оценим масштаб этого опасного атмосферного явления. Небольшая молния, которую даже можно назвать слабой, имеет силу тока около 30 тысяч ампер. Разряды, которые можно отнести к категории мощных, имеют силу в десять раз больше. При ударе в землю этот заряд растекается по всему объёму грунта. Именно для этой цели (перевода мощного заряда в грунт) служат молниеотводы, оснащённые заземлителями. Последние представляют собой электроды, уходящие на определённую глубину в землю. Здесь действует закон Ома, согласно которому, чтобы рассчитать напряжение на заземлителе, необходимо силу тока умножить на сопротивление.

В данном примере нужно учесть, что напряжение в грунте принимается за нулевое. Когда речь идёт о человеке, стоящем на земле при ударе молнии, всё буквально переворачивается с ног на голову. Напряжение будет действовать на нас снизу, через ноги. Попробуем разобраться в том, каким образом это будет происходить.

Для начала рассмотрим нашу землю как проводник. Насколько хорошо она проводит электричество? Первый ответ, который напрашивается сам собой, – очень хорошо. Неслучайно же мы делаем заземление, вводя электричество в грунт. Однако нам нужна более точная оценка свойств земли как проводника, а именно – удельное сопротивление. Для хорошей земли оно составляет в среднем 100 Ом на метр. То есть сопротивление здесь просто огромное. Для примера: в обычной чёрной стали оно в миллиард раз меньше. Однако, несмотря на это, земля эффективно отводит ток благодаря своему большому объёму.

Теперь, чтобы уточнить, как ведёт себя электричество при попадании в землю, рассмотрим ещё один важный параметр – напряжённость электрического поля. Этот параметр определяет, каким образом падает напряжение на определённом промежутке. Мы будем рассматривать падение напряжения на длине 1 метр. Этот показатель, называемый шаговым напряжением, выбран неслучайно – примерно столько составляет длина человеческого шага. То есть, если в грунте имеется поле напряжённостью 1 вольт на метр, на шагающего человека будет воздействовать напряжение 1 вольт.

Теперь разберём гипотетическую ситуацию с попаданием молнии в громоотвод и её выводом в заземлитель. Для примера рассмотрим случай, когда в качестве заземлителя используется металлическая полусфера диаметром полметра. Ток, пройдя по проводнику, будет утекать с полусферического заземлителя равномерно в грунт. Рассчитаем плотность тока при его силе, равной 30 тысячам ампер. Для этого силу тока разделим на площадь, в которой он действует. Получим величину примерно в 76 000 ампер на квадратный метр. Теперь рассчитаем напряжённость, по закону Ома умножив сопротивление грунта на полученный результат. В результате получим величину около 7,6 миллиона вольт на метр. Внушительная цифра. И вряд ли описанный в начале статьи счастливец из Китая подвергался воздействию именно такого напряжения.

Так почему же китаец выжил? Для ответа на этот вопрос нужно понять, каким образом меняется полученный здесь показатель по мере удаления от заземлителя. Мы будем брать гипотетический пример с описанным выше полусферическим заземлителем и однородным грунтом. По мере удаления от заземлителя будет расти радиус полусферы, для которой мы проводим расчёты. В результате вырастет и площадь полусферы, а следовательно, снизится плотность тока, а за ней и напряжённость. Уже в десяти метрах от заземлителя вместо пугающих нас миллионов вольт напряжённость составит всего 5 тысяч вольт на метр. А это хотя и опасно, болезненно, но уже не всегда смертельно. Такой удар вполне может отбросить человека, сбить на землю, как это и было в описанном телевизионщиками случае. Учтите ещё и то, что время, которое электричество будет воздействовать на человека, составит всего 0,1 миллисекунды.

Таким образом, чем дальше мы находимся от места попадания молнии в землю, тем меньше будет напряжение, воздействию которого мы подвергаемся. Поэтому понятно, почему на уроках ОБЖ нам говорили, что нельзя прятаться от грозы под высокими деревьями. Именно в них обычно попадают разряды. И, находясь рядом, мы рискуем подвергнуться серьёзному удару. Дело в том, что корневая система деревьев в данном случае выступит как заземлитель. И чем ближе к нему, тем сильнее разряд. А особенно сильным будет удар, если мы не стоим под деревом, а лежим, так как в данном случае увеличится контур, с которого мы получим разряд.

Мы не хотим вводить читателя в заблуждение, говоря о том, что молнии не опасны. Озвученные цифры нисколько не завышены. Наоборот – столкнуться с молнией зарядом до 100 тысяч ампер может каждый из нас, в то время как расчёты мы проводили для молнии в 30 тысяч ампер. Поэтому критическое шаговое напряжение может быть более внушительным и на более отдалённом расстоянии от заземлителя.

Кроме этого, нужно учесть, что мы в своих расчётах приводили пример с полусферическим заземлителем. При такой конструкции напряжённость поля будет обратно пропорциональна квадрату расстояния от центра полусферы. Однако такие электроды используются крайне редко. На промышленных объектах их вообще нет. Как правило, там применяются специальные стержни, из-за чего напряжённость по мере удаления от громоотвода убывает медленнее. Здесь уже радиус критического поражения, в том числе летального, может составлять несколько десятков метров.

Теперь приведём пример с типовыми устройствами, применяемыми в молниезащите в нашей стране. Возьмём для расчётов критические данные, которые дадут нам более внушительный результат. В качестве грунта будет использоваться сухой песок с сопротивлением 1 кОм на метр. Силу тока в молнии возьмём за 100 тысяч ампер. Сам заземлитель будет состоять из рекомендованных техническими нормами трёх штырей и шины, к которой они крепятся. В таком контуре и при указанной выше силе тока на расстоянии 15 метров от заземлителя будет действовать напряжение в 70 тысяч вольт. А в радиусе 40 метров – 10 тысяч вольт, что тоже немало.

Именно поэтому для сложных объектов, в которые часто попадает молния, и рядом с которыми высока вероятность нахождения людей, разрабатываются индивидуальные системы молниезащиты. Например, такая система использована при строительстве храма Христа Спасителя. Она состоит из множества шин, расположенных под землёй. Они обеспечивают растекание молнии и снижение шагового напряжения вблизи храма.

С воздействием мощного электрического заряда связана ещё одна серьёзная опасность. Если показатели напряжённости доходят до 1 мегавольта на метр, начинается ионизация грунта. А при совпадении ряда факторов результатом такой ионизации будет увеличение плазменного канала. Он будет проходить уже под землёй, неглубоко от её поверхности. Такие каналы в ионизированном грунте, по сути, являются частью основной молнии и могут уходить на расстояние до десятков метров от места непосредственного удара.

Сила тока в таких каналах меньше, чем в основных молниях, но при этом тоже внушительная. Более того, подземный разряд сопровождается высокой температурой, которая достигает 63 тысяч градусов. А теперь представьте, что такой подземный разряд прошёл рядом с какими-либо горючими веществами или в зону его действия попало важное оборудование, люди.

Именно с такой ситуацией в 2010 году столкнулись жители небольшой деревни в Омской области. Здесь случился пожар, в результате которого сгорели все дома. Местные жители не могли тушить пламя, поскольку, как они сказали, по земле бегали огненные стрелы. Нужно ли говорить, что само возгорание случилось в результате попадания молнии? Жители деревни поступили правильно, не став рисковать, – напряжение в зонах прохождения таких каналов по своим параметрам ничуть не уступает местам, где заземлители громоотводов входят в землю.

Думается, рассказанного здесь достаточно, чтобы понять, что даже при попадании молнии в громоотвод или в землю в отдалении от человека есть реальный риск нанесения ущерба расположенным рядом объектам и людям. Молния словно хитрит, находя обходные дороги и взламывая простую защиту. Именно поэтому важно, чтобы даже домашнюю систему молниезащиты просчитывали и монтировали опытные специалисты. Только они смогут учесть все нюансы и по-настоящему надёжно защитить от всех факторов воздействия грозового разряда.

Факты и информация о молниях

Молния — это электрический разряд, вызванный дисбалансом между грозовыми облаками и землей или внутри самих облаков. Большинство молний происходит в облаках.

«Простая молния» описывает дальний разряд, освещающий всю нижнюю часть облака. Другие видимые болты могут иметь вид бусинки, ленты или ракетной молнии.

Во время шторма сталкивающиеся частицы дождя, льда или снега внутри грозовых облаков увеличивают дисбаланс между грозовыми облаками и землей и часто отрицательно заряжают нижнюю часть грозовых облаков.Объекты на земле, такие как шпили, деревья и сама Земля, становятся положительно заряженными, создавая дисбаланс, который природа стремится исправить, пропуская ток между двумя зарядами.

Молния очень горячая — вспышка может нагреть воздух вокруг нее до температуры, в пять раз превышающей температуру поверхности Солнца. Это тепло заставляет окружающий воздух быстро расширяться и вибрировать, что создает раскат грома, который мы слышим через короткое время после вспышки молнии.

Удары молний во время гроз ежегодно убивают больше американцев, чем торнадо или ураганы.

Типы молний

Молнии «облако-земля» — обычное явление — около 100 ударов ударов по поверхности Земли каждую секунду, но их сила невероятна. Каждый болт может содержать до одного миллиарда вольт электричества.

Типичный разряд молнии между облаком и землей начинается, когда ступенчатая серия отрицательных зарядов, называемая ступенчатым лидером, мчится вниз от нижней части грозового облака к Земле по каналу со скоростью около 200 000 миль в час (300 000 км / ч). . Каждый из этих сегментов имеет длину около 150 футов (46 метров).

Когда самая нижняя ступенька находится в пределах 150 футов (46 метров) от положительно заряженного объекта, она встречает восходящую волну положительного электричества, называемую серпантином, которая может подниматься вверх через здание, дерево или даже человека. .

Когда они соединяются, электрический ток течет, когда отрицательные заряды летят вниз по каналу к земле, и видимая вспышка молний поднимается вверх со скоростью около 200000000 миль в час (300000000 км / час), передавая электричество в виде молнии в процессе.

Некоторые типы молний, ​​включая наиболее распространенные, никогда не покидают облака, а перемещаются между различными заряженными областями внутри или между облаками. Другие редкие формы могут быть вызваны сильными лесными пожарами, извержениями вулканов и метелями. Шаровая молния, небольшая заряженная сфера, которая плавает, светится и прыгает, не обращая внимания на законы гравитации или физики, до сих пор ставит ученых в тупик.

Примерно от одной до 20 разрядов молнии «облако-земля» — это «положительная молния», тип которой возникает в положительно заряженных вершинах грозовых облаков.Эти удары обращают поток заряда типичных разрядов молний, ​​и они намного сильнее и разрушительнее. Положительная молния может простираться по небу и ударить «из ниоткуда» на расстояние более 10 миль от грозового облака, в котором она родилась.

Удар молнии

Молния не только впечатляющая, но и опасная. Ежегодно во всем мире молнией гибнут около 2000 человек. Сотни других выживают после ударов, но страдают от множества устойчивых симптомов, включая потерю памяти, головокружение, слабость, онемение и другие заболевания, изменяющие жизнь.Удары могут вызвать остановку сердца и серьезные ожоги, но выживают 9 из каждых 10 человек. У среднего американца примерно 1 из 5000 шанс быть пораженным молнией в течение жизни.

Сильный жар молнии испарит воду внутри дерева, создавая пар, который может разнести дерево на части. Машины — убежище от молний, ​​но не по той причине, в которую многие верят. Шины проводят ток, как и металлические каркасы, которые безвредно переносят заряд на землю.

Многие дома заземлены с помощью стержней и других средств защиты, которые безвредно проводят электричество молнии к земле.Дома также могут быть случайно заземлены водопроводом, водосточными желобами или другими материалами. Заземленные здания обеспечивают защиту, но люди, которые касаются проточной воды или пользуются стационарным телефоном, могут быть поражены проводимым электричеством.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права.Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

1/13

1/13

В Южной Дакоте разразилась гроза суперячейки. Среди самых сильных штормов суперячейки могут приносить сильный ветер, град и даже смерчи. ( См. другие изображения экстремальной погоды .)

Удары молнии

Гроза в суперячейке в Южной Дакоте. Среди самых сильных штормов суперячейки могут приносить сильный ветер, град и даже смерчи. (См. Больше фотографий экстремальной погоды.)

Фотография Джима Рида, National Geographic

Что вызывает молнии?

Вы когда-нибудь получали удар статическим электричеством? Или видел искры
когда ты снимаешь джемпер? Когда молния сделана такой же
такое случается, но в гораздо большем масштабе.

Как образуется молния?

Молния — это электрический ток. Чтобы сделать этот электрический ток,
сначала вам нужно облако.

Когда земля горячая, она нагревает воздух над ней. Этот теплый воздух
поднимается. Когда воздух поднимается, водяной пар охлаждается и образует облако. Когда
воздух продолжает подниматься, облака становятся все больше и больше. в
вершины облаков, температура ниже нуля и вода
пар превращается в лед.

Теперь облако становится грозовой тучей. Много маленьких кусочков льда
натыкаясь друг на друга при движении. Все эти столкновения
вызвать накопление электрического заряда.

В конце концов, все облако наполняется электрическими зарядами.
Более легкие, положительно заряженные частицы образуются в верхней части облака.
Более тяжелые отрицательно заряженные частицы опускаются на дно
облако.

Когда положительный и отрицательный заряды становятся достаточно большими,
гигантская искра — молния — возникает между двумя зарядами внутри
облако.Это похоже на искры статического электричества, которые вы видите, но
больше.

Большинство молний случается внутри облака, но иногда случается.
между облаком и землей.

На земле под землей накапливается положительный заряд.
облако, привлеченное отрицательным зарядом в нижней части
облако. Положительный заряд земли концентрируется вокруг чего угодно
что торчит — деревья, молниеотводы, даже люди! В
положительный заряд от земли соединяется с отрицательным зарядом
из облаков и ударяет искра молнии.

Перейти к чему
это молния? чтобы увидеть, как вы можете сделать свою собственную молнию.

Что вызывает гром и молнию?

Если в воздухе достаточно нестабильности, восходящий поток теплого воздуха будет быстрым, и водяной пар быстро образует кучево-дождевое облако. Обычно эти кучево-дождевые облака могут образоваться менее чем за час.

По мере того, как теплый воздух продолжает подниматься, капли воды объединяются, образуя более крупные капли, которые при замерзании образуют кристаллы льда. В результате циркуляции воздуха в облаках вода замерзает на поверхности капли или кристалла.В конце концов, капли становятся слишком тяжелыми, чтобы их поддерживать восходящие потоки воздуха, и они падают в виде града.

Когда град перемещается внутри облака, он накапливает отрицательный заряд, труясь о более мелкие положительно заряженные кристаллы льда. Отрицательный заряд образуется у основания облака, где собирается град, в то время как более легкие кристаллы льда остаются в верхней части облака и создают положительный заряд.

Отрицательный заряд притягивается к поверхности Земли, другим облакам и объектам.Когда притяжение становится слишком сильным, положительный и отрицательный заряды объединяются или разряжаются, чтобы уравновесить разницу во вспышке молнии (иногда известной как удар молнии или удар молнии). Быстрое расширение и нагрев воздуха, вызванное молнией, вызывает сопровождающий громкий хлопок грома.

Где образуются грозы?

Грозы — обычное явление на Земле. Подсчитано, что молния ударяет где-нибудь на поверхности Земли примерно 44 раза в секунду, всего около 1 раза.4 миллиарда ударов молний ежегодно.

Поскольку грозы возникают в результате интенсивного нагрева поверхности Земли, они наиболее распространены в регионах земного шара с жаркой и влажной погодой. Таким образом, на суше бывает больше штормов, чем на океанах, а грозы также более часты в тропических районах, чем в более высоких широтах.

В Великобритании грозы чаще всего бывают над Восточным Мидлендсом и юго-востоком.

Что вызывает молнию и гром?

Сгустились темные тучи, поднялся ветер и стало немного прохладнее.Похоже, приближается буря. По большей части грозы случаются в более теплое время года. Мы все испытали легкое чувство неловкости перед приближающимся штормом, но в то же время мы очарованы одним из самых впечатляющих природных явлений.

Гром и молния — это природные явления, которые, как думали древние греки, не имеют никакого отношения к Зевсу. Еще в 1752 году Бенджамин Франклин обнаружил, что молния вызывается мощными электрическими разрядами в облаках.Грозы вызываются небольшими электрически заряженными частицами. На самом деле это довольно просто. Вода в облаках движется вверх. При этом он остывает и замерзает. Когда эти ледяные частицы падают вниз, они вступают в контакт с каплями воды ниже в облаке, и это приводит к разделению заряда. Внутри облака образуются два полюса, каждый с разным электрическим зарядом.

На земле тоже есть различия в электрических зарядах. Однако природа всегда стремится уравновесить эти различия в электрических зарядах.Это означает, что заряженные частицы всегда будут течь в том направлении, где меньше частиц с таким же зарядом. Результат — молния. Поначалу это невидимый для наших глаз болт. В то же время на земле накапливается избыток положительно заряженных частиц, которые показаны здесь зеленым цветом. Когда невидимая молния приближается к земле достаточно близко, происходит мощный разряд энергии. Настолько мощная, что в результате возникает электрическая дуга. Это та самая молния, которую мы видим.

При этом окружающий воздух нагревается до экстремальных температур. Он расширяется и взрывается с громким треском. Это гром, который мы слышим.

Молнии бывают разных цветов. Цвет зависит от влажности воздуха, температуры и уровня загрязнения воздуха. В зависимости от обстоятельств он может быть красным, синим или желтым. Молнии — самые горячие вещи на земле. Они не только нагревают воздух до экстремальных температур, но и переносят огромное количество энергии.Они несут энергию в несколько сотен миллиардов ватт. Вот что делает удары молнии такими опасными.

В настоящее время мы не можем использовать и хранить энергию, содержащуюся в молниях. А пока давайте просто расслабимся и наслаждаемся шоу.

Защита от перенапряжения DITEK — Блог DITEK

Свойства и эффекты, характерные для удара молнии, поистине замечательны. Молния начинается как электрический импульс высокой интенсивности, который сначала растет в газовой среде, образуясь в атмосфере, а затем превращается в твердую, более или менее проводящую среду, когда ударяется о землю.Однако фейерверк, который происходит во время этого небесного путешествия с неба на землю, может быть одновременно чудесным и разрушительным. Визуальные эффекты вспышки молнии, за которой следует ударная волна грома, и явная тепловая динамика тепла, генерируемого событием, также создают остаточные электродинамические и электрохимические побочные эффекты, которые могут нарушать подачу электроэнергии, создавать электрические скачки в офисных и промышленных устройствах и отключать сеть коммуникации.

Удар молнии — это, пожалуй, одно из самых страшных и в то же время удивительных природных явлений.Когда вы полагаете, что вероятность удара молнии у человека составляет ничтожно малую долю из 12000, астрафобия является третьей по распространенности фобией в Америке после акрофобии (боязни высоты) и зоофобии (боязни животных), это доказывает больше всего. люди уважают его дикий потенциал. Тем не менее, климатологи опасаются, что с быстрыми изменениями погоды на Земле шансы стать жертвой удара молнии могут возрасти до одного из 8000 к 2100 году.

Что такое молния?

Итак, что вызывает молнию и остаточный эффект, который мы называем громом? Молния возникает, когда положительный и отрицательный электрические заряды растут и расширяются настолько, что их можно увидеть в небе.Гром — это звук, который издает молния, когда давление и температура вокруг этого заряда внезапно увеличиваются, расширяя воздух и создавая громкий гул.

Окончательная причина молнии все еще обсуждается среди ученых, которые знают, что она связана с взаимодействием между положительно и отрицательно заряженными ионами в облаках, что-то вроде прогулки по ковру, а затем касания дверной ручки только для того, чтобы получить шок из-за разряда. статического электричества. Движение по полу создает нестабильный статический электрический заряд.Подобная реакция происходит в облаке молнии, но в экспоненциальном масштабе.

Мифы о молнии

Люди были очарованы молнией со времен появления первых людей, мифы и легенды, уходящие корнями в силу и величие изгибающегося яркого света, разбросаны по всей мировой литературе и устным рассказам. Но непонимание некоторых мифов может привести к серьезным проблемам при столкновении людей и молний.

Возьмите знаменитую историю, в которой Бенджамин Франклин якобы запустил воздушного змея в грозу и собрал молнию в банку.Это могло быть правдой в волшебном мире, но не в мире науки. Франклин, американский государственный деятель, был уважаемым ученым в 1750-х годах. Как гласит история, у него были две светлые полоски кедра, достаточно большие, чтобы покрыть большой шелковый носовой платок. Затем он привязал это к веревке из конопли с привязанным ключом на конце. Франклин прикрепил металлический стержень к верхней части воздушного змея в надежде привлечь молнию — первый в истории громоотвод — и привязал шелковую ленту к концу веревки и ключа.

Как гласит история, Франклин запустил змей в грозовую тучу, где в змей ударила молния, которая пробежала по струне, спрыгнула с ключа и застряла в стакане, где Франклин намеревался «хранить» электричество.Однако идея о том, что человек, держащий веревку на конце воздушного змея, пораженного разрядом молнии в 100 миллионов вольт, может даже выжить, невозможна, как и «улавливание» тока молнии.

Мифы о молниях столь же разнообразны, как и люди, которые их рассказывают, но факты о том, что во время грозы укрываются в доме, другом строении или в полностью закрытом автомобиле с твердым верхом, безусловно, верны. Разумеется, важно иметь возможность отделить факты о молнии от вымысла.Как миф о том, что молния никогда не ударяет дважды в одно и то же место. Дело в том, что молния ударяет дважды в одно и то же место и делает это неоднократно. Например, сообщалось, что сотни ударов молний в час освещают небо над пересечением реки Кататумбо и озера Маракайбо на северо-западе Венесуэлы более 300 ночей в году, часто вспыхивая несколько раз в секунду из-за теплых пассатов с Карибского моря. Море смешивается с прохладным воздухом, спускающимся с Анд.

Еще один опасный миф заключается в том, что устройства защиты от перенапряжения могут защитить электрооборудование от молнии. Дело в том, что разрядники и ограничители перенапряжения являются важными компонентами полной системы молниезащиты, но они не могут защитить от прямого удара молнии.

Узнайте, как защитить электронику от скачков напряжения, вызванных молнией.

На протяжении всей истории человечества молнии вызывали страх и трепет, и не зря. Его огромная сила может вызвать огромные лесные пожары, уничтожить электричество во всем городе и остановить сердце человека.Продолжая изучать науку о молнии, мы продолжаем обогащать наши знания и понимание этой огромной силы — и открываем лучшие способы защитить себя от ее разрушительной силы.

Понимание науки о молниях

Молния интересно смотреть, но также чрезвычайно опасно. В США ежегодно происходит около 25 миллионов вспышек молний. Каждая из этих 25 миллионов вспышек — потенциальная убийца. Хотя количество смертей от молний за последние 30 лет снизилось, молнии по-прежнему являются одним из основных погодных убийц в Соединенных Штатах.Кроме того, молния ранит гораздо больше людей, чем убивает, а у некоторых жертв остаются проблемы со здоровьем на всю жизнь.

Понимание опасности молнии важно, чтобы вы могли добраться до безопасного места во время грозы. Если вы слышите гром — даже отдаленный грохот — вы уже рискуете стать жертвой молнии.

Как возникают грозы

Все грозы проходят стадии роста, развития, электрификации и рассеивания.Грозы часто начинают развиваться рано утром, когда солнце нагревает воздух у земли и в атмосфере начинают подниматься очаги более теплого воздуха. Когда эти воздушные карманы достигают определенного уровня в атмосфере, начинают формироваться кучевые облака. Продолжающееся нагревание заставляет эти облака расти вертикально в атмосферу. Эти «высокие кучевые» облака могут быть одним из первых признаков надвигающейся грозы. Заключительный этап развития наступает, когда верхушка облака приобретает форму наковальни.

По мере роста грозового облака внутри облака образуются осадки. Хорошо развитое грозовое облако содержит в основном мелкие кристаллы льда на верхних уровнях облака, смесь мелких кристаллов льда и небольшого града на средних уровнях облака и смесь дождя и тающего града на нижних уровнях облака. облако. Движение воздуха и столкновения между различными типами осадков в середине облака заставляют частицы осадков становиться заряженными. Более легкие кристаллы льда приобретают положительный заряд и поднимаются вверх в верхнюю часть шторма поднимающимся воздухом.

Более тяжелый град приобретает отрицательный заряд и либо удерживается поднимающимся воздухом, либо падает в нижнюю часть шторма. Эти столкновения и движения воздуха приводят к тому, что верхняя часть грозового облака становится положительно заряженной, а средняя и нижняя часть грозового облака — отрицательно заряженной.

Кроме того, у нижней части грозового облака развивается небольшой положительный заряд. Отрицательный заряд в середине грозового облака заставляет землю под ней становиться положительно заряженной, а положительно заряженная наковальня заставляет землю под наковальней становиться отрицательно заряженной.

Как образуется молния

Молния — это гигантская электрическая искра в атмосфере или между атмосферой и землей. На начальных этапах развития воздух действует как изолятор между положительными и отрицательными зарядами в облаке и между облаком и землей; однако, когда разница в зарядах становится слишком большой, эта изолирующая способность воздуха нарушается, и происходит быстрый разряд электричества, известный нам как молния.

Молния может возникать между противоположными зарядами в грозовом облаке (внутриоблачная молния) или между противоположными зарядами в облаке и на земле (молния облако-земля). Молния между облаком и землей делится на два разных типа вспышек в зависимости от заряда в облаке, из которого возникает молния.

Гром

Гром — это звук, производимый вспышкой молнии. Когда молния проходит через воздух, она быстро нагревает воздух.Это заставляет воздух быстро расширяться и создает звуковую волну, которую мы слышим как гром. Обычно гром можно услышать примерно в 10 милях от удара молнии. Поскольку молния может ударить в радиусе 10 миль от грозы, если вы слышите гром, вы, вероятно, находитесь на значительном расстоянии от грозы.

Подробнее: Thunderstorm Development или вернитесь на страницу содержания

Тайна того, что вызывает молнию

Кажется трудно поверить, что мы до сих пор не понимаем, что вызывает молнию во время грозы, но это факт.

Известно, что Бенджамин Франклин был одним из первых, кто исследовал, как возникает молния. Он был прав, заключив, что молния — это естественный электрический разряд — это были первые дни использования электричества — но неясно, что его знаменитый эксперимент с воздушным змеем в 1752 году когда-либо выходил за рамки простой идеи, не в последнюю очередь потому, что воздушный змей был изображен, по словам Франклина, летящим — что невозможно — из окна.

В некотором смысле со времен Франклина мы не продвинулись намного дальше.Например, еще не согласовано, как вообще заряжается грозовая туча. Каким-то образом движение воздуха, облачных капель и осадков (на этой высоте, ледяных частиц) сговаривается, чтобы отделить положительный заряд от отрицательного в масштабе отдельных молекул. Кажется, что частицы льда приобретают электрический заряд при столкновении, а трение может вызвать статическое электричество, и что каким-то образом более мелкие частицы льда имеют тенденцию становиться положительно заряженными, а более крупные — отрицательно заряженными.Поскольку мелкие частицы уносятся вверх конвекционными токами, более крупные тонут под действием силы тяжести, и их противоположные заряды разделяются, создавая электрическое поле.

Удар молнии разряжает это поле. По сути, это гигантская искра, прыгающая между «живым проводом» и «землей» электрической цепи, в которой первое — это заряженное облако, а второе — буквально земля.

Хотя многие детали этого процесса не совсем ясны, одна из самых больших загадок заключается в том, как возникает искра.Поскольку электрические поля, измеренные в грозовых облаках, не кажутся достаточно большими, чтобы спонтанно вызвать разряд молнии, необходимо что-то, чтобы «засеять» его. Одна из идей состоит в том, что они вызваны космическими лучами, попадающими в атмосферу из космоса. В ходе исследования была сделана попытка подвергнуть сомнению это представление и было обнаружено, что если в нем что-то и есть, то, вероятно, это не совсем то, что мы думали.

Внешняя идея

Космические лучи — в основном протоны и электроны — пронизывают Вселенную, производятся в невероятно энергичных астрофизических процессах, таких как сверхновые, и они постоянно льются на Землю.Если космический луч сталкивается с молекулой воздуха, он может выбросить брызги элементарных частиц и фрагментов ядер. Те, в свою очередь, взаимодействуют с другими молекулами, ионизируя их и генерируя поток электронов.

В 1997 году русский ученый Александр Гуревич и его коллеги в Москве предложили способ, которым космические лучи могут быть семенами молний. В электрическом поле грозовой тучи эти электроны ускоряются так же, как частицы в ускорителе частиц, создавая еще более энергичные столкновения в «убегающем» процессе, который перерастает в удар молнии.Ожидается, что этот процесс также приведет к возникновению рентгеновских и гамма-лучей, и, поскольку всплески этих лучей были обнаружены спутниками во время гроз, идея Гуревича о молнии, вызванной космическими лучами, казалась правдоподобной.

Если теория космических лучей верна, лавины электронов должны также генерировать радиоволны, которые можно было бы обнаружить с земли. Три года назад Джозеф Дуайер из Технологического института Флориды начал попытки обнаружить такие радиосигналы от гроз, а также использовать массивы детекторов частиц для поиска потоков частиц, предсказанных на основе столкновений космических лучей.Эти и другие исследования Дуайера и других групп все еще проводятся (буквально) в Международном центре исследований и испытаний молний на базе армии США в Кэмп Блендинг во Флориде.

Поиск лавин

Но тем временем Двайер объединился с Леонидом Бабичем и его коллегами из Российского федерального ядерного центра в Сарове, чтобы глубже изучить теорию идеи Гуревича. (Превосходство России в этой области электрофизики атмосферы восходит к советским временам холодной войны.Они спросили, достаточен ли поток космических лучей высоких энергий с сопровождающими их лавинами убегающих электронов, чтобы повысить проводимость воздуха и вызвать удар молнии.

Для этого исследователи разработали уравнения, описывающие вероятность столкновения космических лучей, скорость образования электронов и создаваемые им электрические поля. Уравнения слишком сложны, чтобы их можно было решить вручную, но компьютер может вычислить числа. И результаты не выглядят хорошими для гипотезы Гуревича: лавины убегающих электронов, вызванные ливнями космических лучей, просто не кажутся способными вызвать электрический пробой воздуха и грозовой разряд.

Однако еще не все потеряно. Помимо каскадов частиц, вызванных столкновениями космических лучей высокой энергии, атмосфера также может быть наэлектризована за счет воздействия космических лучей с меньшей энергией, которых гораздо больше. Когда они сталкиваются с молекулами воздуха, результат не столь катастрофичен: они просто ионизируют молекулы. Но постепенное накопление таких ионизированных частиц в грозовом облаке может, согласно этим расчетам, в конечном итоге создать достаточно сильное электрическое поле, чтобы разрешить разряд молнии.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.