Гром и молния: природа грозового электричества - энергетика и промышленность россии - № 10 (198) май 2012 года - www.eprussia.ru

Пересказ очень кратко

Пьеса «Гроза» — это произведение о несостоявшейся любви, по сути это — семейная история, талантом автора поданная как социально-психологическая драма. Главная героини пьесы – Катерина – живет в семье со свекровью и не любимым мужем. Свекровь по прозвищу Кабаниха постоянно помыкает ей, стараясь поддерживать в семье старорежимные порядки, которые не нравятся ни сыну, ни дочери, ни невестке, но они не решаются возражать против них. Катерина влюбляется в Бориса, племянника купца Савела Прокопьевича Дикого.

Когда супруг главной Катерины Тихон уезжает на время в столицу, возлюбленные начинают тайно встречаться. Героиня счастлива с Борисом, но счастлива она только то короткое время, пока отсутствует муж. Любовь становится настолько сильной, что женщина ее не в силах скрывать. Она признается мужу, узнаёт об этом и свекровь, и дядя Бориса. Дикой отправляет племянника подальше от дома – в Сибирь. История заканчивается трагически — Катерина бросается в Волгу с обрыва.

Откуда берутся молнии перед землетрясением?

Существуют молнии, которые проявляют себя во время землетрясений. До конца их природа пока неизвестна, но они тоже возникают из-за накопления заряда. Только в данном случае это происходит из-за трения слоев пород между собой.

Изначально ученые не воспринимали всерьез рассказы о том, что землетрясения сопровождаются молниями, но появление в последнее время камер заставило их задуматься над этим. В итоге они начали ставить эксперименты и пришли к выводу о трении слоев пород.

Куда более известны молнии при извержениях вулканов, которые еще называются “грязными молниями”. Они тоже возникают в результате трения между собой частиц, вылетающих из жерла.

Примерно так выглядит молния внутри вулкана.

Образование молний сопровождает и другие явления, например, пылевые бури, торнадо и некоторые другие, приводящие все к тому же накоплению заряда.

Образование грозовых туч

Так откуда появляется гроза, из каких облаков и как они формируются? Мы видим грозу, только если в небе все сложится «удачно», а именно будут созданы условия для формирования грозовых облаков из кучевых.

Изначально кучевые облака проходят стадию зрелости, во время которой происходит развитие тучи. Затем наступает стадия распада, при которой выпадают осадки, наблюдаются электрические разряды.

Чтобы сформировались грозовые тучи, необходимо наличие восходящих потоков влаги, причем в огромном количестве. Такое возможно, только если туча формируется возле водоема, в горной местности. Поднимаясь с поверхности земли, воздушные массы устремляются вверх, начинают образовываться облака. В результате этого процесса могут быть сформированы четыре типа туч:

Одноячейковые. Такие облака почти незаметны.
Многоячейковые кластерные. Почти каждый раз, как происходит гроза, учеными фиксируется формирование именно этого типа туч. Природные явления, происходящие с образованием многоячейковых облаков, имеют небольшую силу.
Линейные многоячейковые. При этом виде облаков наблюдается сильный порывистый ветер, который сопровождает грозу. Однако само явление грозы не особо опасно и не сильное.
Суперъячейковые. Такие тучи считаются самыми сильными, опасными. Их отличие от других видов в том, что они способны вращать воздух вокруг масс, из-за чего формируются торнадо.

В зависимости от того, как образуется гроза, ее относят к внутримассовому или фронтальному типу. В последнем случае явление возникает из-за появления теплого или холодного фронта, а в первом – наблюдается перегрев атмосферы. Независимо от типа грозы, это явление длится недолго, около получаса, хотя грозовое облако может растянуться на десятки километров в горизонтальном направлении, а в вертикальном – до двадцати километров. При больших размерах туч гроза может длиться часами.

Опасные факторы воздействия молнии

Линейная, молния

В связи с тем, что молния характеризуется большими величинами токов, напряжений и температур разряда, воздействие ее на человека, как правило, приводит к их смерти.

От удара молнии в мире в среднем ежегодно погибает около 3000 человек, причем известны случаи одновременного поражения нескольких человек.

Разряд молнии проходит по пути наименьшего электрического сопротивления:

— если расположить рядом две мачты — металлическую и более высокую деревянную, то молния, скорее всего, ударит в металлическую мачту, хотя она ниже, потому что электропроводность металла выше;

— молния также значительно чаще ударяет в глинистые и влажные участки, чем в сухие и песчаные, поскольку первые обладают большей электропроводностью;

— в лесу молния действует тоже избирательно, попадая, прежде всего, в такие лиственные деревья как дуб, тополь, верба, ясень, так как в них содержится много крахмала. Хвойные деревья — ель, пихта, лиственница и такие лиственные деревья как липа, грецкий орех, бук содержат много масел, поэтому оказывают большое электрическое сопротивление, и в них молния ударяет реже.

Из 100 деревьев молнией поражается 27% тополей, 20% груш, 12% лип, 8% елей и только 0,5% кедровых.

кроме поражения людей и животных линейная молния довольно часто является причиной возникновения лесных пожаров, а также жилых и производственных зданий, особенно в сельской местности. В связи с этим необходимо принимать специальные защиты от поражения линейной молнией.

Шаровая молния

Если природа линейной молнии ясна, а, следовательно, и ее поведение предсказуемо, то природа шаровой молнии до сих пор не понятна. Опасность поражения человека шаровой молнией прежде всего связанна именно с отсутствием методов и правил защиты человека от нее.

В 1753 году русский физик Георг Вильгельм Рихман, коллега М.В. Ломоносова, был убит шаровой молнией во время грозы при исследовании искровых разрядов в атмосфере. Известны многие случаи гибели людей при встрече с шаровой молнией.

Драматический случай произошел с группой из пяти советских альпинистов 17 августа 1978 года на Кавказе на высоте около 4000 м, где они остановились в ясную, холодную ночь на ночлег. В палатку к альпинистам залетел светло-желтый шар величиной с теннисный мяч. Шар парил над спальными мешками, в которых находились альпинисты, и методично, по какому-то собственному плану, проник в спальные мешки. Каждый такой «визит» вызывал отчаянный нечеловеческий крик, люди чувствовали сильнейшую боль, как будто их жгли автогеном, и теряли сознание. Они не могли двигать ни руками, ни ногами. После того как шар «посетил» спальные мешки каждого альпиниста по несколько раз, он исчез. Все альпинисты получили множество тяжелых ран. Это были не ожоги, а именно рваные раны: мышцы были вырваны целыми кусками, до самых костей. Одного из альпинистов — Олега Коровина — шар убил. При этом шаровая молния не коснулась ни одного предмета в палатке, а только покалечила людей. Поведение шаровой молнии непредсказуемо. Она неожиданно появляется где угодно, в том числе в закрытых помещениях. Замечены случаи появления шаровой молнии из телефонной трубки, электрической бритвы, выключателя, розетки, репродуктора. Она достаточно часто проникает в здания через трубы, открытые окна и двери.

Размеры шаровой молнии бывают от нескольких сантиметров до нескольких метров. Обычно она легко парит или катится над землей, иногда подскакивает. Она реагирует на ветер, сквозняк, восходящие и нисходящие потоки воздуха. Однако отмечен случай, когда шаровая молния не реагировала на поток воздуха.

Шаровая молния может появиться, не нанеся вреда человеку или помещению, залететь в окно и исчезнуть из помещения через открытую дверь или дымовую трубу, пролетев мимо человека. Всякий контакт с ней приводит к тяжелым травмам, ожогам, а в большинстве случаев к смертельному исходу. Шаровая молния может взорваться. Возникающая при этом воздушная волна способна травмировать человека или привести к разрушениям в здании.

Известны случаи взрывов молний в печках, дымоходах, что приводило к разрушению последних. Собранные свидетельства о поведении шаровой молнии говорят, что в большинстве случаев взрывы не были опасны, тяжелые последствия возникали в 10 случаях из 100. Считается, что шаровая молния имеет температуру около 5000°С и может вызвать пожар.

Почему молния имеет такую форму?

Мы знаем, что молния старается ударить в объект по кратчайшему расстоянию. Но почему же она такая изогнутая? Это же совсем не кратчайшее расстояние, при котором она была бы прямая, как геометрический луч.

Дело в том, что при формировании разряда электроны разгоняются до околосветовых скоростей, но периодически встречают на пути препятствия в виде молекул воздуха. При каждой такой “встрече” они меняют направление своего движения и мы получаем ступенчатую структуру молнии, к которой мы привыкли, и которая схематическим рисуется, как логотип автомобилей Opel.

Молния на логотипе этой компании впервые появилась на грузовике Opel Blitz (в переводе с немецкого Blitz — молния)

При встрече с шаровой молнией

Шаровые молнии

Безопасность при грозе и молнии в виде шара зависит от того насколько, Вы способны контролировать свои эмоции и действия. Главное, что вам следует запомнить это то, что такая молния появляется максимум на 2 минуты. Это время постарайтесь не совершать никаких движений, т.к. она движется за потоками воздуха. Побежав, Вы лишь заставите ее «преследовать» вас. По возможности нужно держаться подальше от любых электроприборов.

Как вести себя в близи шаровой молнии

Если шаровая молния движется в вашу сторону, то ни в коем случае не бросайте в него предметы, в попытке изменить направление. При столкновении с любым предметом или поверхностью шаровая молния просто взорвется, что также может привести к плачевным последствиям. Лучшим вариантом будет медленно, без резких движений отойти с ее траектории (только в том случае если она еще далеко до вас). Следите за дыханием, оно должно быть медленным и поверхностным. При приближении шара обязательно замрите. Двигаясь по направлению воздуха, он просто отлетит в сторону мимо вас.

Виды молний

Существуют следующие виды:

Облако-земля. Электрический разряд, возникающий между облаком и наземной поверхностью. Электрический удар исходит с облака. Высокая электропроводимость земного объекта повышает шанс удара разряда. В редких случаях разряд бьет из земли в тучу. Подтип называется наземные молнии.
Внутриоблачные. Возникают между облаками без контакта с земной поверхностью. Возникновение может быть спровоцировано пролетающим мимо самолетом. Ситуация случается, если электрическое поле облака недостаточное для возникновения грозового разряда. В таком случае поверхность самолета становится инициатором.
Эльфы. Фиксируются на высоте до 100 км. Внешне выглядят как слабые по яркости, но большие по размеру вспышки. Диаметр эльфов может составлять 400 км.
Джеты. Выглядят как синие конусные трубки. Фиксируются на нижних границах ионосферы.
Спрайты. Разряды, исходящие по направлению вверх. Появляются на высоте 50-130 километров. Длина может составлять до 60 км. Такая природа молнии мало изучена.
Зеленые призраки. Сопровождают красные спрайты. Характеризуются зеленым свечением. Появляются на высоте 100 километров.
Шаровая. Представляет собой летающий в воздухе светящийся шар. Не существует единого мнения насчет природы возникновения такого вида. Случаи наблюдения редки.

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.

«Плазменная лампа» — единственный пока доступный способ понаблюдать за «поведением» ионизированного газа

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.

Обработав анкеты NASA, ученые получили данные, что в двух из пяти случаев удар обычной молнии сопровождается появлением шаровых. Диаметр последних нередко составляет 20-30 см, хотя описаны случаи наблюдения гигантов диаметром до 100 м! Однако чаще всего встречаются шаровые молнии диаметром несколько сантиметров. По мнению некоторых ученых, шаровые молнии образуются в тех случаях, когда лидер линейной молнии так и не добрался до земли. Выяснилось также и то, что в двух из каждых трех случаев шаровая молния возникала из радиоприемников, розеток, телевизоров, батарей отопления, телефонов и даже из гвоздей, забитых в стену — по сути, из металлических проводников.

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.

Поделиться ссылкой

Базовые правила безопасности

Существует несколько базовых правил, которые помогут уберечь себя от этого природного электрического разряда:

Снимите с себя все металлические изделия и положите их на расстоянии 6 метров. Зонт, которым вы пользуетесь, тоже может быть «приманкой» для молнии.
Передвигайтесь спокойно, не суетясь, особенно на открытой местности.
Не забудьте отключить мобильный телефон. Были случаи, когда входящий звонок привлекал разряд молнии.
Если убежище далеко — пригнитесь и держитесь поодиночке. Постарайтесь найти какое-то углубление в земле. Сядьте на землю или присядьте, ноги держите вместе, обхватив их руками (поза эмбриона). Ложится на землю нельзя! Постарайтесь не быть самой высокой точкой.
Не касаетесь металлических сооружений — заборов и т.д. и не приближайтесь к ним.
Не ездите верхом, на велосипеде, мопеде или автомобиле с открытым верхом.
Если вы едете на машине, снизьте скорость или остановитесь. Не находитесь рядом возле высоких деревьев или высоковольтных линий. Оставайтесь в машине, не касаясь металлических частей и не прислоняясь к ним.
Если вы купаетесь, выйдите из воды и зайдите в укрытие.

Рисунок 2. Грозу лучше пережидать в укрытии

Если вы плывете на лодке — причальте к берегу или найдете высокую постройку, такую как мост и оставайтесь под ним (рисунок 2).

Что делать, если гроза застала в лесу

Если вы находитесь в лесу во время грозы, необходимо избегать близости таких деревьев, как дуб, сосна, тополь. По статистике, именно они чаще всего притягивают к себе разряды молнии, по этой причине из-за них возникают лесные пожары.
Необходимо найти низкорослый участок леса и спрятаться там, сев на корточки, и приняв позу эмбриона.
Деревья сами по себе являются естественными громоотводами, поэтому следует избегать нахождения рядом с высокими деревьями. Идеальный вариант обезопасить себя – найти участок с низкорослыми деревьями и густыми кронами, спрятаться между ними, сев на землю. Если при этом необходимо перемещаться, делать это нужно, не отходя от них дальше высоты крон.
Нельзя выбирать места для укрытия около деревьев, ранее пораженных молнией. Почва вокруг них говорит о высокой электропроводности, что означает вероятность повторения удара молнией.
Кроме того, во время ночевки при грозе нельзя ставить палатку на открытом участке, а также сидеть около костра, потому что дым очень хорошо проводит электричество.

Что такое молния

Чаще всего молнии возникают в грозовых облаках, но могут наблюдаться при извержении вулканов, пылевых бурях и торнадо.

Как появляется молния

Всё дело в процессах, которые происходят в облаках. Каждое облако состоит из огромного количества капелек, а когда их концентрация повышается, мы можем наблюдать тучу. Внутри облака капельки часто замерзают и становятся льдинками, которые сталкиваясь друг с другом, получают положительный и отрицательный заряды. Положительно заряженные льдинки всегда скапливаются наверху облака, отрицательные — в нижней его части. Так и получается, что верхняя часть облака заряжается положительно, нижняя — отрицательно.

Чаще всего для возникновения молнии нужны два таких облака. Они должны подойти друг к другу: одно — положительной стороной, другое — отрицательной. До определённого момента два облака не контактируют из-за воздушной прослойки между ними, но со временем заряженные частицы начинают прорываться, ведь плюс и минус притягиваются.

Возникновение молнии

Именно за первыми заряженными частицами, которые преодолели воздушный барьер, следует вся накопленная энергия. В этот момент и возникает молния.

Виды молний

В зависимости от того, куда направлен разряд, можно выделить такие разновидности:

Молния внутри облака. Нередко разряд проходит внутри одного облака, ведь в нём есть и положительный, и отрицательный заряды.
Молния облако-облако. Наиболее распространённый тип, когда разряд происходит между двумя облаками. Для этого они должны быть грозовыми и подойти друг к другу противоположно заряженными сторонами.
Молния облако-земля. В этом случае вместо второго положительно заряженного облака выступает поверхность земли или какой-либо объект на ней. Область земли под облаком оказывается положительной из-за того, что при испарении лишилась отрицательных электронов. Таким образом, складываются условия, когда разряд проходит между отрицательной нижней частью облака и положительной поверхностью земли.

Почему молния не возникает зимой

Ледяные кристаллы в облаке приходят в движение из-за восходящего с земли тёплого потока воздуха. Зимой такой поток не очень сильный, поэтому большинство облаков не становятся грозовыми.

Почему слышен гром

Раскат грома — это ничто иное, как ударная волна от молнии. Когда возникает электрический разряд, воздух вокруг резко нагревается до запредельных температур и мгновенно расширяется, создавая звуковую волну. Свет от молнии распространяется быстрее, чем звук, поэтому мы сначала видим вспышку, а потом слышим гром.