Грозовые облака и линейные молнии
При написании статьи использовались, в основном, материалы источников 2. Рисунок скопирован с сайта
1. Термины, аббревиатуры, сокращения
атмосферик – радиосигнал, порождаемый молниевым разрядом,
АЭП – атмосферное электрическое поле.
громобоина – шрам на дереве от молнии.
мо;лния — гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, обычно происходящий во время грозы и проявляющийся яркой вспышкой света и громом.
линейная молния – имеет форму ломаной или зигзагообразной ярко светящейся линии, представляющей собой путь электронов.
наземная молния – линейная молния, ударяющая в Землю.
фульгурит – спёкшийся от удара молнии песок, кварц, кремнезём или оплавленные тем же способом поверхности любых горных пород [1].
ШАЛ – широкий атмосферный ливень.
75%) наблюдается в диапазоне широт между 30° S и 30° N, где они образуются в течение всего года. На более высоких широтах такие облака наблюдаются, в основном, в летнее время. Наиболее часто грозовые облака появляются в районах гор. Грозовая активность усиливается во время извержений вулканов и землетрясений. Обнаружено усиление грозовой активности в районах расположения атомных электростанций и в районах, где в атмосфере присутствуют радиоактивные облака.
Ежедневное количество гроз в целом, и их распределение по поверхности Земли значительно изменяется. Это говорит о том, что мирового центра гроз не существует. Наибольшая интенсивность гроз на земном шаре наблюдается в трех секторах: в Индонезийском (или Азиатском), Африканском (Африка и Европа) и Американском (Центральная Америка и северная часть Южной Америки). Грозовая активность в двух последних секторах наиболее интенсивна.
3. Связь грозовой активности с космическими лучами
Грозовая активность изменяется в противофазе с уровнем солнечной активности в 11-летнем солнечном цикле, т.е. в фазе с изменениями потока космических лучей. В периоды минимума солнечной активности поток космических лучей в атмосфере максимален и грозовая активность максимальна, а в периоды максимума солнечной активности наоборот.
5. Стадии развития грозового облака
Молнии в облаках появляются при напряженностях электрического поля Е не более чем
6. Внутриоблачные молнии
Для появления внутриоблачного разряда необходимо наличие сильно разветвленного «проводящего дерева», по ветвям которого из одной части облака в другую может быть сброшен значительный объемный заряд.
Появление такого «дерева» в облаке инициируют космические частицы сверхвысокой энергии (> 10**14 эВ), образующие в атмосфере ШАЛы. Продольная длина ливня может достигать 150 км. В поперечном направлении высокоэнергичные частицы ливня разлетаются на расстояния в сотни метров. Число высокоэнергичных частиц, рождаемых в ливне, превышает 10**5. Ливни, рождаемые частицами с энергиями Е > 10**15 эВ, достигают поверхности Земли. Как только Е достигнет значений порядка (2-З) кВ/см внутри облака появляются внутриоблачные разряды, проходящие по ионизованным следам ШАЛ.
Внутриоблачные молнии включают в себя обычно только лидерные стадии. Доля таких молний растет по мере смещения к экватору, меняясь от 0,5 в умеренных широтах до 0,9 в экваториальной полосе. Молнии сопровождаются атмосфериками.
Что такое молния. Природа этого явления.
Что такое молния?
Молния является частным случаем искрового разряда. Молния обладает отрицательно и положительно заряженной полярностью. Исследованиями установлено, что молнии предшествует процесс электризации частиц воды и льда, разделения и накопления электрических зарядов в грозовом облаке. В верхней части облака обычно накапливаются положительные заряды, а в нижней части – отрицательные. Частота разрядов молнии с грозового облака составляет около одного в минуту, а средняя продолжительность электрической активности облака длится до 40 мин.
Длина канала молнии обычно достигает нескольких километров. Молния состоит из нескольких единичных разрядов, развивающихся по одному и тому же пути, причем каждый разряд начинается лидерным (лидер) и завершается обратным (главным) разрядом. Из рисунка 1 видно, что из нескольких развивающихся лидеров от облака к земле (лидеры, 1, 2, 3, 4) быстрее места точки удара молнией достигает один из них (лидер 3).
Рисунок 1 – Возможности фиксация удара молнии между облаком и землей фото-видеоаппаратурой
Установлено, что скорость опускания лидера первого единичного разряда молнии имеет порядок 15.107 км/с, скорости лидеров последующих разрядов достигают 2.108 км/с, а скорость обратного разряда изменяется в пределах (15.109 ¾ 151.010) км/с, т.е. от 0,05 до 0,5 скоростей света. Разряд молнии разветвленный и никогда не развивается по прямой, что можно наблюдать по рисункам 1 и 2.
Канал лидера молнии заполнен плазмой и обладает электропроводимостью. По мере продвижения канала лидера молнии под действием электрического поля происходит смещение зарядов, причем положительные заряды скапливаются на поверхности земли непосредственно под развивающимся лидерным каналом. Этим обстоятельством объясняется избирательная поражаемость наземных объектов молнией (рисунок 2).
Рисунок 2 – Развитие лидера молнии к месту наибольшей концентрации зарядов на поверхности земли
Следует отметить, что для умеренных широт, в том числе для Республики Беларусь, примерно 90% молний отрицательные. С вероятностью не менее 50% ток молнии может достигать 35 кА. Положительно заряженные нисходящие молнии над территорией республики также присутствуют. Они развиваются из верхних слоев облака и несут повышенную опасность, так как в них возникает более продолжительный (до нескольких сотен миллисекунд) ток.
Существуют следующие, характерные для республики, типы молнии:
Линейная молния.
Представляет собой электрические разряды, распространяющиеся к земле зигзагами (ветвями) и сопровождающиеся вспышками света и громом (рисунки 1 и 2). При контакте линейной молнии с землей происходит яркая световая вспышка бело-синего цвета. Наиболее распространенный для республики тип молнии, который ежегодно приносит различным отраслям значительные убытки. Состоит из нисходящего и восходящего лидеров, характеризуется прямым ударом и вторичными проявлениями молнии.
Шаровая молния.
Представляет собой сгусток плазмы электростатического происхождения в ограниченном объеме пространства. Физическая картина явления до сих пор изучается. По наблюдениям шаровая молния имеет форму шара в диаметре в основном 10-20 см. Цвет молнии может меняться от белого до ярко желтого и красного, Время жизни шаровых молний составляет от несколько секунд до минуты. Шаровая молния в Республике Беларусь встречается значительно реже линейной молнии, вместе с этим имеются сведения о последствиях, причиненных от шаровой молнии. Стоит отметить, что защита, применяемая от линейных молний, не дает должного эффекта при шаровой молнии.
Корона.
Это электромагнитное явление вокруг возвышающихся над землей предметов (дерево, сооружение, человек и т.д.), находящихся в зоне интенсивной ионизации и имеющих низкую проводимость.
Молния
Гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, проявляющийся обычно яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. Электрическая природа молнии была раскрыта в исследованиях американского физика Б. Франклина, по идее которого был проведён опыт по извлечению электричества из грозового облака.
Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках, тогда они называются грозовыми; иногда молния образуются в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.
Процесс развития наземной молнии состоит из несколько стадий. На первой стадии в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая вначале свободными электронами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с атомами воздуха, ионизуют их. Т. о. возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов — стримеры, представляющие собой хорошо проводящие каналы, которые, сливаясь, дают начало яркому термоионизованному каналу с высокой проводимостью — ступенчатому лидеру.
Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков м со скоростью
5*10000000 м/сек, после чего его движение приостанавливается на несколько десятков мксек, а свечение сильно ослабевает; затем в последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков м. Яркое свечение охватывает при этом все пройденные ступени; затем следуют снова остановка и ослабление свечения. Эти процессы повторяются при движении лидера до поверхности земли со средней скоростью 2*100000 м/сек. По мере продвижения лидера к земле напряжённость поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером.
Формы молний
Линейная молния
Разряд линейной молнии происходит между облаками, внутри облака или между облаком и землёй, и обычно имеет длину около 2-3 км, но бывают молнии длиной и до 20-30 км.
Это наиболее часто встречающаяся форма молнии.
Плоская молния
Плоская молния имеет вид рассеянной вспышки света на поверхности облаков. Грозы, сопровождаемые только плоскими молниями, относятся к разряду слабых, и наблюдаются они обычно лишь ранней весной или поздней осенью.
Ленточная молния
Ленточная молния — несколько одинаковых зигзагообразных разрядов от облаков к земле, параллельно смещённых относительно друг друга с небольшими промежутками или без них.
Четочная молния
Редкая форма электрического разряда при грозе, в виде цепочки из светящихся точек. Время существования четочной молнии 1–2 секунды. Примечательно, что траектория четочной молнии нередко имеет волнообразный характер. В отличие от линейной молнии след четочной молнии не ветвится — это является отличительной особенностью этого вид.
Ракетообразная молния
Ракетообразная молния представляет собой медленно развивающийся разряд, продолжительностью 1–1.5 секунды. Ракетообразная молния наблюдается очень редко.
Шаровая молния
Редкая форма молнии, по статистике на тысячу обычных молний приходится 2-3 шаровых.
Природа шаровой молнии изучена не до конца. Существует множество гипотез о происхождении шаровой молнии, от научных до фантастических.
Шторовая молния
Шторовая молния выглядит как широкая вертикальная полоса света, сопровождающаяся низким негромким гулом.
Объёмная молния
Объёмная молния – белая или красноватая вспышка при низкой полупрозрачной облачности, с сильным звуком треска “отовсюду”. Чаще наблюдается перед основной фазой грозы.
Полосовая молния
Эльфы, джеты и спрайты
Эльфы (англ. Elves; Emissions of Light and Very Low Frequency Perturbations from Electromagnetic Pulse Sources) представляют собой огромные, но слабосветящиеся вспышки-конусы диаметром около 400 км, которые появляются непосредственно из верхней части грозового облака.
Джеты представляют собой трубки-конусы синего цвета.
Спрайты — некое подобие молнии, бьющей из облака вверх. Впервые это явление было зафиксировано в 1989 году случайно. Сейчас о физической природе спрайтов известно крайне мало.
Джеты и Эльфы образуются, начиная от верхушек облаков до нижнего края ионосферы (90 километров над поверхностью Земли). Продолжительность этих сияний составляет доли секунды. Чтобы сфотографировать такие короткоживущие явления необходимы приборы для высокоскоростной съемки. Только в 1994 году, пролетая в самолете над большой грозой, ученым удалось заснять это потрясающее зрелище.
Другие явления
Сполохи
Сполохи – белые или голубые беззвучные вспышки света, наблюдаемые ночью в малооблачную или ясную погоду. Сполохи обычно бывают во второй половине лета.
Зарницы
Зарницы – отблески далёких высоких гроз, ночью видны на расстоянии до 150 – 200 км. Звука грома при зарницах не слышно, небо малооблачно.
Вулканическая молния
Существует два типа вулканических молний. Один возникает у кратера вулкана, а другой, как видно на этом снимке вулкана Пуйеуэ в Чили, электризует дым вулкана. Вода и замерзшие частицы пепла в дыме трутся друг о друга, и это вызывает статические разряды и появляется вулканическая молния.
Молнии Кататумбо
Молнии Кататумбо — удивительный феномен, который наблюдается лишь в одном месте на нашей планете — в месте впадения реки Кататумбо в озеро Маракайбо (Южная Америка). Самое удивительное в этом виде молнии, что разряды ее длятся около 10 часов и появляются ночью 140–160 раз в год. Молнии Кататумбо хорошо видно на достаточно большое расстояние — 400 километров. Молнии такого рода часто использовали как компас, от чего место их наблюдения люди даже прозвали — «Маяк Маракайбо».
Странная молния
Разряды молний могут происходить между соседними наэлектризованными облаками, между заряженным облаком и землей или между разными частями одного и того же облака. Для того чтобы произошел разряд, должна возникнуть очень значительная разность электрических потенциалов. Это может произойти во время дождя, снегопада, при образовании града и в результате других сложных природных процессов. Разность потенциалов может составлять десятки миллионов вольт, а сила тока внутри канала молнии достигает 20 тысяч ампер.
На Земле каждую секунду происходит около 100 разрядов линейной молнии, а в течение года она шесть раз поражает каждый квадратный километр ее поверхности. Иногда молния может вести себя совершенно необъяснимо.
Известны случаи, когда молния:
— сожгла на человеке белье, оставив целой верхнюю одежду;
— вырвала из рук человека металлические предметы и не причинила ему вреда;
— сплавила воедино все монеты в кошельке, не повредив бумажных денег;
— бесследно уничтожила надетый на шею медальон на цепочке, оставив на коже человека отпечаток цепочки и медальона, который не сходил несколько лет;
— трижды поражала человека, не причиняя ему вреда, а когда он умер после длительной болезни, в четвертый раз угодила в памятник на его могиле.
Самой частой «мишенью» молний становятся высокие деревья, прежде всего дубы и буки. Интересно, что среди скрипичных и гитарных мастеров древесина пораженных молнией деревьев считается наделенной уникальными акустическими свойствами.
Разнообразие молний (фото) в закладки 12
Мо́лния — гигантский электрический разряд в атмосфере, обычно наблюдаемый во время грозы. Проявляется яркой вспышкой света и сопровождается громом. Сила тока в разряде молнии достигает 10-300 тысяч ампер, напряжение — от десятков миллионов до миллиарда вольт. Мощность разряда — от 1 до 1000 ГВт. И при всем этом, молния – одно из самых неизученных природных явлений.
Как ни странно, но существует более десяти различных видов молний, некоторые из которых имеют весьма оригинальный внешний вид и крайне редки. В этой подборке можно будет увидеть их практически все.
Линейная молния туча-земля
Ученые считают, что молнии образуются в результате распределения электронов в облаке, обычно позитивно заряжен верх облака, а негативно — из. В результате получаем очень мощный конденсатор, который может время от времени разряжаться в результате скачкообразного преобразования обычного воздуха в плазму (это происходит из-за все более сильной ионизации атмосферных слоев, близких к грозовым тучам). Кстати, температура воздуха в месте прохождения заряда (молнии) достигает 30 тысяч градусов, а скорость распространения молнии — 200 тысяч километров в час.
Образуются они в результате накапливающегося электростатического заряда на вершине самого высокого объекта на земле, что делает его весьма «привлекательным» для молнии. Такие молнии образуются в результате «пробивания» воздушной прослойки между вершиной заряженного объекта и нижней частью грозовой тучи.
Поскольку верхняя часть облака заряжена позитивно, а нижняя — негативно, рядом стоящие грозовые облака могут простреливать электрическими зарядами друг друга.
Горизонтальная молния. Эта молния не бьет в землю, она распространяется в горизонтальной плоскости по небу. Иногда такая молния может распространяться по чистому небу, исходя от одной грозовой тучи. Такие молнии очень мощные и очень опасные.
Ленточная молния — несколько одинаковых зигзагообразных разрядов от облаков к земле, параллельно смещённых относительно друг друга с небольшими промежутками или без них.
Четочная (пунктирная молния)
Редкая форма электрического разряда при грозе, в виде цепочки из светящихся точек. Время существования четочной молнии 1–2 секунды. Примечательно, что траектория четочной молнии нередко имеет волнообразный характер. В отличие от линейной молнии след четочной молнии не ветвится — это является отличительной особенностью этого вида.
Шторовая молния выглядит как широкая вертикальная полоса света, сопровождающаяся низким негромким гулом.
Объёмная молния – белая или красноватая вспышка при низкой полупрозрачной облачности, с сильным звуком треска “отовсюду”. Чаще наблюдается перед основной фазой грозы.
Эльфы представляют собой огромные, но слабосветящиеся вспышки-конусы диаметром около 400 км, которые появляются непосредственно из верхней части грозового облака. Высота эльфов может достигать 100 км, длительность вспышек — до 5 мс (в среднем 3 мс)
Джеты представляют собой трубки-конусы синего цвета. Высота джетов может достигать 40-70 км (нижняя граница ионосферы), живут джеты относительно дольше эльфов.
Спрайты — некое подобие молнии, бьющей из облака вверх. Впервые это явление было зафиксировано в 1989 году случайно. Сейчас о физической природе спрайтов известно крайне мало.
Шарова́я мо́лния — светящийся плавающий в воздухе плазменный шар, уникально редкое природное явление. Единой физической теории возникновения и протекания этого явления к настоящему времени не представлено.
Некоторые люди утверждают, что шаровых молний не бывает. Другие размещают видео шаровых молний на YouTube и доказывают, что все это — реальность. В общем, ученые пока твердо не уверены в существовании шаровых молний.
Однако мой дедушка утверждал, что его односельчанин погиб на его глазах, когда под сильным шофе решил прикурить от шаровой молнии…
Огни Святого Эльма
Огни Святого Эльма — разряд в форме светящихся пучков или кисточек (или коронный разряд), возникающий на острых концах высоких предметов (башни, мачты, одиноко стоящие деревья, острые вершины скал и т. п.) при большой напряжённости электрического поля в атмосфере. Они образуются в моменты, когда напряжённость электрического поля в атмосфере у острия достигает величины порядка 500 В/м и выше, что чаще всего бывает во время грозы или при её приближении, и зимой во время метелей.
По одному из многочисленных предположений ученых вулканические молнии возникают вследствие того, что пузыри магмы, выбрасываемые вверх, либо вулканический пепел несут электрический заряд, и при их движении возникают разделенные области. Кроме этого, выдвигается предположение, что вулканические молнии могут быть вызваны наводящими заряд столкновения в вулканической пыли.
