Każdego roku na świecie występuje około 16 milionów burz z piorunami. Jeszcze kilkaset lat temu jawiły się one ludziom jako zjawisko niemalże nadprzyrodzone. Władza nad piorunami była atrybutem boskim. Do dziś wielu z nas poczytuje grzmoty i błyskawice za zły omen. Mimo nieprawdopodobnego postępu wiedzy jaki dokonał się od czasów panowania Zeusa, naukowcy nadal do końca nie rozumieją procesu powstawania piorunów.
Po raz pierwszy elektryczną naturę piorunów udowodnił Benjamin Franklin w swoim słynnym eksperymencie z czerwca 1752 roku. Wraz ze swoim synem podczas burzy puszczał latawiec, do którego na jedwabnej nici przymocowany był żelazny klucz. Kiedy jedwab zmoczył się od padającego deszczu zaczął przewodzić prąd, a na metalowym kluczu pojawiły się skaczące iskry. Franklin wyciągnął z tego z pozoru prostego doświadczenia wniosek, że pioruny są wynikiem rozładowania ładunku statycznego. Musiało jednak minąć ponad 150 lat, aby wiedza o piorunach poszła naprzód.
Obecnie wiadomo, że ładunek elektryczny w powietrzu powstaje w wyniku mechanizmów elektryzowania przez indukcję oraz pocieranie. Przede wszystkim, aby niebo mogła rozświetlić błyskawica, potrzebne są chmury burzowe, które powstają na skutek zderzenia zimnych i ciepłych mas powietrza. W ostatnich dniach różnice temperatur pomiędzy wschodnią, a zachodnią częścią Polski sięgały kilkunastu stopni Celsjusza tworząc idealne warunki do powstawania wysokich na kilkanaście kilometrów Cumulonimbusów.
W ich szczytowej części powstają mikroskopijnej wielkości kryształki lodu. Jednocześnie krople wody obecne w chmurach z dużą prędkością przemieszczają się do góry, a ich temperatura momentalnie spada. Takie zbite i zamarznięte do temperatury – 20 stopni Celsjusza krople wody nazywane są krupami. Kiedy krupy zderzają się z kroplami lodu na ich powierzchni pojawia się słaby ujemny ładunek elektryczny. W tym samym czasie kryształki zyskują słaby ładunek dodatni. Rozdzielone prądem powietrznym, dodatnio naładowane kryształki unoszone są wyżej, a cięższe krupy opadają w dół. Różnica potencjałów pomiędzy dodatnio naładowanymi kryształkami, a ujemnymi krupami może sięgać nawet 100 milionów woltów.
W tak przygotowanej chmurze może już dojść do zdarzenia nazywanego wyładowaniem pilotującym. Aktualna hipoteza głosi, że jego przebieg wytyczają wysokoenergetyczne cząsteczki promieniowana kosmicznego, które zderzając się z atomami wchodzącymi w skład powietrza tworzą kaskady cząstek wtórnych w reakcji przypominającej łańcuchową. Cząstki wtórne wytwarzają strumienie elektronów. Zachodzi przy tym jonizacja powietrza, dzięki czemu zmniejsza się opór elektryczny.
Jeśli powietrze od szczytu chmury aż po powierzchnię ziemi jest w formie zjonizowanej następuje przepływ właściwego ładunku z prędkością około 10 000 kilometrów na sekundę. Ujemne ładunki zbliżając się do powierzchni ziemi wymuszają ruch dodatnich cząsteczek w przeciwnym kierunku. Zazwyczaj najlepszym źródłem ładunków dodatnich są obiekty względnie wysoko położone.
Energia wyzwolona podczas dużych wyładowań może mieć siłę wybuchu ponad 120 kilogramów trotylu. Średnio podczas jednej burzy wyzwala się energia większa od wyzwolonej podczas wybuchu bomby atomowej zrzuconej na Hiroszimę w 1945 roku.
Temperatura wewnątrz błyskawicy sięga 20 000 stopni Celsjusza. Rozgrzane powietrze rozszerza się do zewnętrznych, chłodnych warstw z prędkością przekraczającą prędkość dźwięku rozchodzącego się przy normalnych temperaturach. Powstająca w ten sposób fala dźwiękowa przemieszcza się więc z prędkością ponaddźwiękową. Kiedy fala dźwiękowa pokona odległość pomiędzy błyskawicą a obserwatorem, słyszy on grzmot. Dzięki temu mierząc czas jaki upływa między rozbłyskiem a grzmotem możemy ustalić odległość do miejsca gdzie uderzył piorun.
Ponieważ prędkość dźwięku w powietrzu to około 343 metrów na sekundę, możemy śmiało zakładać, że na każde trzy sekundy jakie miną od rozbłysku przypada jeden kilometr.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz