Молния и гроза

Молнии, возникающие в грозу и ненастье, представляют собой захватывающее и удивительное зрелище. Каждый из нас видел в вечерней дождевой мгле их ослепительные вспышки и слышал внушительные громовые раскаты.

Но мало кто поверит, что гроза — одно из наиболее опасных для человека явлений природы. Да-да, именно гроза, а не цунами, пожары, землетрясения или извержения вулканов.

Удивительно, но по количеству официально зарегистрированных смертельных случаев лишь последствия наводнений бывают более трагическими и приводят к большим человеческим жертвам. Так что люди, панически боящиеся грозы с молнией и провоцирующие тем самым насмешки со стороны, во многом правы. С грозой всегда следует быть начеку!

Что же такое гроза?

Чаще всего грозы зарождаются в недрах больших кучево-дождевых облаков и сопровождаются не только громом и молниями, но и ливнями, шквальными порывами ветра, а нередко и градом. По сути, гроза — это образование сверхмощных электрических разрядов (молний) между облаками и поверхностью земли либо внутри самих облаков.

А вот гром возникает в результате мгновенного повышения давления воздуха на пути молнии. Поскольку молния очень длинная, то звуки от «раскалываемого» ею воздуха с разных участков долетают до нас неравномерно, порождая раскаты грома.

Механизм образования молний до конца еще не изучен, но в целом он выглядит следующим образом. При определенных погодных условиях в облаке начинают образовываться маленькие частички льда. Эти частички накапливают положительные или отрицательные заряды, постепенно перегруппировываясь внутри облака. Положительно заряженные кристаллики накапливаются в верхней части грозовой тучи, а отрицательно заряженные — внизу. И в определенный критический момент, внутри облака происходит гигантский искровой разряд.

Наземные и внутриоблачные молнии

Около 90% молний, сверкающих в экваториальной полосе, — внутриоблачные. А вот жителям умеренных широт повезло меньше: здесь каждая вторая молния бьет в землю.

Когда напряженность электрического поля в грозовом облаке достигает некоего критического значения, возникает удивительный феномен. За тысячные доли секунды происходит мгновенная аккумуляция зарядов с миллиардов мельчайших, изолированных друг от друга частичек, которые находятся в облаке огромного объема (порядка нескольких км 3 ).

Под действием электрического поля в туче отдельные свободные заряды, присутствующие в воздухе, устремляются к земле и запускают процесс ударной ионизации. Они сталкиваются с молекулами воздуха и ионизируют их. Возникает настоящая электронная лавина, формирующаяся в стримеры (проводящие каналы). Последние, соединяясь, рождают яркий канал с высокой проводимостью, называемый лидером.

Лидер устремляется к земной поверхности с огромной скоростью (около 50 тыс. км/с). Однако его движение неравномерно. В среднем лидер достигает поверхности земли со скоростью 200 км/с.

По мере приближения лидер а к земле возникает очередное чудо: напряженность поля на его острие стремительно растет и под ее воздействием снизу, из выступающих над землей предметов, расположенных ближе всего к лидер у, выбрасывается нить встречного стримера, сливающаяся с лидер ом.

По образовавшемуся ионизованному каналу снизу вверх (!) ударяет основной (обратный) разряд молнии — ослепительно яркий и чудовищно стремительный. Начальная его скорость достигает 100 тыс. км/с! Ток в этом разряде возрастает до десятков и даже сотен тысяч ампер, а температура достигает 27 000 °С, что в пять раз больше, чем на поверхности Солнца. Причем весь этот сложный процесс занимает лишь десятые доли секунды!

Внутриоблачные молнии — это разряды, происходящие внутри облака или между облаками. В силу этого они состоят только из лидер ных стадий. Зато длина этих молний-монстров может достигать 150 км!

Молнии в верхних слоях атмосферы

Высота образования традиционных молний не превышает 16 км. Но молнии «живут» и выше в атмосфере. Обнаруженные в 1989 г. на высоте около 100 км конусообразные вспышки с диаметром основания до 400 км ученые назвали эльфами. А спустя шесть лет, в 1995 г., был зафиксирован и описан еще один вид молний — джеты. Эта более «живучая» разновидность молний представляет собой синие трубчатые конусы высотой около 50 км.

Существуют также молнии, бьющие из грозового облака вверх. Они являются спутниками практически любой грозы, но «хозяйничают» на высоте от 50 до 130 км, поэтому с земли видны слабо. Такие молнии, открытые около 20 лет назад, исследователи назвали спрайтами.

Спрайты, джеты и эльфы — настоящая загадка для ученых. О них почти ничего не известно, поскольку исследовать их практически невозможно.

Убийцы или источник жизни?

Удар молнии вызывает короткое замыкание в электрических системах организма. Поэтому даже те, кто чудом выжил после смертоносного контакта, чаще всего остаются инвалидами.

У них наблюдаются потеря памяти, ослабление слуха, нарушения сна, постоянные боли. Такие люди оказываются серьезно травмированными и в психическом плане.

Но, как говорится, нет худа без добра. Согласно некоторым научным теориям, именно грозам с молниями мы обязаны зарождению жизни на Земле. По последним исследовательским данным, молнии способны вызывать мутации в ДНК бактерий. В точке удара молнии все бактерии гибнут, но на определенном расстоянии от эпицентра более «удачливые» из них отделываются лишь повреждениями в оболочках клеток. Сквозь них и происходит обмен ДНК, запустивший жизнь миллионы лет назад.

Аргентина — самое молниеопасное место на Земле

Уже в XXI в. ученые при помощи специального спутника NASA TRMM установили самые опасные регионы Земли, где грозы наиболее сильны и часты. Своеобразной грозовой столицей оказалась Аргентина и вся территория к востоку от Анд, где влажный разогретый воздух встречается с сухим холодным.

Но наиболее удивительным оказался тот факт, что в отдельных засушливых регионах северной оконечности Австралии, Индийского полуострова и даже в южных областях Сахары грозы — довольно частые гостьи. Таким образом, ученые разрушили устойчивый стереотип, что гроза и молния неразрывно связаны с дождями. Выяснилось, что в наиболее дождливых регионах земного шара бури с грозами случаются хоть и чаще, но зато они здесь относительно слабее.

Исследования позволили ученым сделать вывод также и о том, что наиболее разрушительные бури и грозы бушуют именно над землей, а не над морями и океанами. К тому же во многих областях грозы — явление чисто сезонное. Они царят летом, а зимой сходят на нет.

Интересные факты о молниях

Молнии Кататумбо

Если для большинства населения планеты молнии — относительно нечастое, а то и вовсе редкое явление, то для людей, живущих близ озера Маракайбо (Венесуэла) и в окрестных районах, ситуация в корне иная. Вспышки молний, озаряющие небо, — здесь такая же будничная вещь, как для нас звезды или луна. На грозовые разряды уже давно никто не обращает внимания. Привыкли.

В районе, где в озеро Маракайбо впадает река Кататумбо, молнии сверкают 1,2-1,65 млн раз в год (!), «фейерверки» нередко продолжаются до 10 часов в день. Причем не только в непогоду, которая здесь дает о себе знать почти половину дней в году, но и при обычных условиях. И не только ночью, но и днем.

Это удивительное природное явление получило название «молнии Кататумбо», что по-испански звучит как Relampago del Catatumbo. Слово же «кататумбо» можно перевести как «вечный блеск в высотах», что вполне соответствует истине.

При своей поразительной интенсивности местные молнии имеют еще одну отличительную особенность — они беззвучны, так как вспышки происходят в небе на 10-километровой высоте. Плотность атмосферы там в разы ниже, а следовательно, звуковые волны получаются значительно слабее и передаются хуже. Такая высота дает возможность наблюдать удивительную полыхающую стихию в самых разных местах: на островах Маргарита, Аруба, а также на полуострове Парагуана (штат Фалькон). Разряды молний вспыхивают обычно между облаками и довольно редко достигают земли.

Большинство ученых считает, что высокая активность молний обусловлена значительным количеством легковоспламеняющихся газов, которые скапливаются в богатой нефтеносными источниками котловине озера Маракайбо.

Когда в январе 2010 г. молнии вдруг исчезли, жители венесуэльского штата Сулия не на шутку переполошились, решив, что это плохой знак. Лишь позднее выяснилось, что отсутствие молний было вызвано сильной засухой в регионе. Как только дожди возобновились, воды реки вновь добрались до болот. Уже в апреле все встало на свои места. Молнии засверкали с прежней интенсивностью.

Шаровая молния

Шаровая молния — едва ли не самое загадочное природное явление на нашей планете.

И хотя, по статистике, с шаровой молнией встречается только каждый 10-тысячный житель Земли, никто до сих пор толком не знает, что же она из себя представляет — как образуется, из чего состоит, по каким законам «живет». Ученые теряются в догадках, ведь воспроизвести шаровую молнию в лабораторных условиях до сих пор не удавалось, а значит, и изучать ее приходится лишь со слов очевидцев, которые порой рассказывают такие фантастические вещи, в которые и поверить-то трудно.

В архивах есть свидетельства, к примеру, того, что шаровая молния сжигала на человеке нижнее белье, оставляя целой верхнюю одежду, двигалась против ураганного ветра, сплавляла монеты в кошельке в общий слиток, оставляя кошелек невредимым, «воровала» с пальцев кольца.

В других случаях она тянула за собой людей, поднимая их в воздух, оставляла после взрыва на теле пострадавших изображения близлежащих предметов: листьев, насекомых, деревьев, гор и даже собственного лица жертвы. Что тут правда, а что вымыслы — сказать трудно.

Вот еще один поразительный случай, который, без сомнения, вызовет в научных кругах скептические отзывы. На Медведицкой гряде (граница Волгоградской и Саратовской областей России) 11 ноября 1990 г. шаровая молния в мгновение ока испепелила сидевшего на камне пастуха Бисена Мамаева, превратив его в черную мумию, но оставив невредимой одежду.

Любопытно, что шаровые молнии не всегда ведут себя так разрушительно. Иногда они абсолютно безобидны и не причиняют людям никакого вреда, даже коснувшись их тела. А в дом или салон летящего самолета могут пробраться, ничего вокруг не повредив, — прямо сквозь стекло или обшивку.

Вот одно из подобных свидетельств.

«В тот июльский вечер 1956 г. была жуткая гроза. После удара молнии где-то поблизости раздался сильный треск и из заслонки вытяжной трубы прямо над моей головой выплыл и «присел» на подушку огненно-красный шарик диаметром 20-25 см. Он переместился с подушки на шерстяное одеяло, под которым я замер, затаив дыхание, и повис над кроватью. Тепла я не чувствовал. Мать, увидев его, бросилась «тушить», молотя по нему голыми руками. Шар от первого же удара рассыпался на несколько мелких шариков, которые она тут же разбила руками. Никаких ожогов у нее не было, правда, где-то неделю пальцы не слушались. А вот на одеяле мы обнаружили выгоревшее пятно 5-7 см диаметром» (М. Я. Базаров, г. Курск).

Этим людям удивительно повезло! При встрече с шаровой молнией ни в коем случае нельзя к ней прикасаться. В безобидном светящемся шарике может таиться огромная разрушительная сила.

Попытки изучения шаровой молнии

От проблем, связанных с изучением шаровой молнии, многие исследователи стараются откреститься, дабы не прослыть научными маргиналами. Ученые же, посвятившие свою исследовательскую деятельность этому явлению, нередко становятся изгоями в научном мире.

Тем не менее изучениями этого загадочного явления имели смелость заниматься такие гениальные ученые, как Н. Тесла, П. Капица, К. Циолковский и многие другие.

В США был проведен опрос сотрудников одной из лабораторий компании Union Carbide Nuclear (Ок-Ридж), а также исследовательского центра NASA. Из 20 тыс. опрошенных в итоге было отобрано около 600 свидетелей, наблюдавших шаровую молнию.

Американский опрос показал, что в девяти из десяти случаев молния имеет форму шара белого, голубоватого, желтого, оранжевого, зеленоватого или красного цветов (с аурой или без нее). Однако временами ее шарообразность искажают потоки воздуха либо электрические поля: молния приобретает эллипсоидную или грушевидную форму, а временами и вовсе деформируется. Два очевидца наблюдали шаровую молнию кольцеобразной формы.

Интересовались явлением шаровой молнии (равно как и другими загадочными объектами) в прошлом веке и в СССР. Так, Центр по проблемам аномальных аэрокосмических явлений Министерства обороны СССР в 1970-х гг. издал секретную директиву. В ней предписывалось фиксировать наблюдения необычных объектов в особых журналах, сообщая об этом начальству.

Работы по наблюдению и исследованию шаровых молний системно велись до 1991 г. не только военными с применением самой современной техники, но и несколькими научными институтами по их заказу. В результате обработки полученного материала ученые даже смогли выделить области, наиболее «любимые» шаровыми молниями. Это Карелия, Воронежская область, отдельные районы Подмосковья, Алтай и Прибалтика, а также печально известная Медведицкая гряда. Последняя находится в Волгоградской области и считается вторым регионом в мире (после Малайзии), где наиболее часто наблюдаются шаровые молнии и прочие аномальные явления.

Источник

Гроза и молния: что об этом обязательно нужно знать

Молния — электрический разряд

В 1752 году известный американский ученый и политический деятель Бенджамин Франклин доказал, что молния является ни чем иным, как электрической искрой.

Летом в Филадельфии 45-летний Франклин со своим сыном запускали бумажного змея, к концу шелковой нити которого привязывали тяжелый железный ключ от садовой калитки. Когда приблизилось грозовое облако, Франклин поднес палец к ключу и между ними проскочила искра.

Открытие Франклина было настоящей сенсацией. Он доказал, что грозовые облака имеют электрический заряд и что молния — это электрический разряд между облаком и Землей.

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.

Что такое гроза

Это сложный атмосферный процесс, сопровождаемый электрическими разрядами — молниями, которые вызывают гром. При грозе происходит конденсационный атмосферный процесс — осаждение водяного пара на конденсационных ядрах и образование капель.

Иногда это совокупность метеорологических явлений — воздушные течения, ветер, дождь, снег, град — при возникновении больших электрических напряжений в атмосфере и их выравнивание с помощью разрядов — молний.

Возникновение грозы обусловлено образованием кучево-дождевых облаков. Мощная облачность является следствием значительной неустойчивости атмосферы, при которой возникают гигантские и быстрые восходящие токи воздуха с образованием в них облаков.

Для грозы характерны шквальный ветер у земной поверхности, а часто и интенсивный дождь (снег), связанные иногда с градом. Примерно за час или два перед грозой атмосферное давление начинает быстро падать, вплоть до внезапного усиления ветра, затем опять повышается.

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 лидер ом, 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 лидер а. 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.

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 h1, 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 лидер у 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.

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.

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!

Молниезащита и защита от импульсов перенапряжения

Актуальность проблемы защиты от перенапряжения и молниезащиты в последнее время у многих уже не вызывает сомнения. Однако, ощущается острая нехватка информации в данной области, недостаток теоретических знаний, методик расчета, т.е. непонятно, каким образом и при помощи каких конструктивов, элементов и устройств защитить задание, оборудование и людей внутри здания от разрушающих факторов и опасных последствий удара молнии и импульсов перенапряжения различной природы.

Источник