Не пощадила статую Христа: волгоградский ученый рассказал о молниях и грозах
В Волгоградской области введен желтый уровень опасности из-за неблагоприятных погодных условий.
Вечером 17 июня во время дождя волгоградцы могли полюбоваться зрелищным явлением – яркими молниями через полнеба, которые сопровождались оглушительным грохотом. А сегодня, 18 июня, на всей территории Волгоградской области был введен желтый уровень опасности из-за гроз и штормового ветра, которые сохранятся до 19 июня. Почему происходят эти природные явления, какими разрушительными свойствами они обладают, рассказывает климатолог Анатолий Судаков.
Гроза и Гегель
Внимательный наблюдатель наверняка заметил, что атмосферному грохоту всегда предшествует молния – искровой электрический разряд в атмосфере, на короткое время освещающий потемневшее от тяжёлых туч дневное или ночное небо. Таким образом, гром является следствием молнии, а гроза – явлением, соединяющим в себе световые и звуковые явления. Изначальной причиной тех и других является атмосферное электричество, образующее в нём поле, в котором заключена энергия, способная при определённых условиях перейти в световую и кинетическую.
Основной причиной электризации атмосферных газов являются космические лучи, земное и солнечное излучение, которые приводят к ионизации атмосферных газов. Под действием излучения их молекулы теряют один или больше электронов и превращаются в положительные ионы. Поэтому в целом наиболее часто атмосфера заряжена положительно, а земная поверхность как источник ионизирующих лучей отрицательно. Электрическое поле в каждой точке атмосферы имеет определённый потенциал, градиент которого меняется в зависимости от погодных условий. Накопление дополнительного потенциала и переход накопившейся электрической энергии в другие формы порождает грозу. Это одно из проявлений второго закона диалектики Георга Гегеля – перехода количественных изменений в качественные. Именно поэтому гроза является периодическим явлением и происходит только тогда, когда этот переход состоялся.
У электрического поля атмосферы есть материальный носитель – капли атмосферной влаги и кристаллики льда в облаках. Каждая капля поляризована. Поскольку земля обычно заряжена отрицательно, то в нижней части капли накапливается положительный заряд, а в верхней – отрицательный. Аналогично и верхняя часть облаков заряжена отрицательно, а нижняя положительно. При накоплении в облаках избыточного электрического потенциала возникает гигантский искровой разряд в виде молнии.
Сначала был свет
Чаще всего наблюдаются линейные молнии, могущие иметь многочисленные разветвления. Как правило, молния представляет собой серию искровых разрядов от 1 до 5, порой до 10-20. Молния – это плазменный канал, температура в котором достигает до 30 тысяч градусов. Длина линейной молнии между облаком и землёй может достигать 2-3 км, а при разряде между облаками 15-20 км. Но это не предел. Самой длинной считается молния, зарегистрированная 31 октября 2018 г. на юге Бразилии (709 км плюс-минус 8 км), а самой продолжительной – молния в Аргентине 4 марта 2019 г. (16,73 секунды). Линейная молния начинается разрядом лидера – искры от облака к земле, которая пробивает электрический канал. Затем навстречу ему от земли идёт основной разряд. Первые разряды сильно разветвлены, последние идут по уже сформированному канау и имеют вид стрелы.
Переносимое за весь разряд молнии количество электричества невелико – 20-30 кулон. Но поскольку молния непродолжительна, сила тока в ней очень велика, в среднем 20 тыс. ампер, но часто на один-два и более порядков выше. Молнии имеют огромную мощность, которая, к сожалению, не может быть преобразована в полезную работу. Средняя молния имеет мощность один гигаватт, наиболее сильные до 3 тыс. ГВт!
В конце 1980-х гг. учёные описали молнию-спрайт. Она отличается высотой от 50 до 128 км и диаметром до 100 км. Вспышка электрического разряда выглядит как расположенный вертикально столб света, обычно красного цвета, а нередко и группа таких столбов. Иногда наблюдаются плоские молнии, пятнами освещающие облака и образуемые тихими светящимися разрядами. Одни из самых загадочных – шаровые молнии, имеющие вид светящегося шара или груши различного цвета размером от 10-20 см до 1 м и движущиеся в воздушном потоке. Они порождаются линейной молнией и являются плазменным образованием, отделившимся вблизи поверхности земли фрагментом молниевого канала. Шаровые молнии обычно притягиваются металлическими конструкциями. Они могут взрываться или медленно исчезать по мере своего остывания. Обычное время жизни шаровых молний от нескольких секунд до нескольких минут, скорость перемещения около 2 м/с. Ещё реже образуется четочная молния, образуемая отдельными светящимися шарами по пути разряда линейной молнии перед её появлением.
В течение года в земной атмосфере сверкает приблизительно 1,4 млрд молний, одновременно бушует больше 2 тыс. гроз и в каждую секунду сверкает сотня молний. Грозовые разряды внутри облака и между облаками происходят чаще, чем между ними и землёй. В средних широтах 40-50% молниевых разрядов происходит между облаком и землёй, а в экваториальных широтах таких разрядов только 10-15%. Рекордсменом по плотности молний является горная деревня Кифука на востоке Демократической Республики Конго, расположенная в 300 км южнее экватора, и за год, где на каждый квадратный километр приходится около 158 ударов молний. В более высоких широтах, а также в холодный период года молнии возникают реже, так как поток более тёплого, чем на уровне облаков, воздуха, приводящего в движение водяные капли и ледяные кристаллы, слабее, в силу меньшей разницы температур.
Другими электрическими явлениями в атмосфере являются огни святого Эльма – тихие коронарные и кистевые разряды на вершинах конических конструкций, покрытых металлом. При этом явлении в отличие от молний с острия конструкций происходит медленное истечение электричества в атмосферу, которое при сильной разности потенциалов становится видимым. Эти конструкции по сути есть молниеотводы, через которые электричество уходит в землю. Огни святого Эльма могут появляться не только в грозовую погоду, но и при других энергоёмких атмосферных явлениях, таких как метели и пыльные бури.
Гром гремит, земля трясется!
Вспышки молний сопровождаются громом – звуковым эффектом, вызванным резким расширением воздуха, мгновенно нагревающегося плазмой вблизи молниевого канала. Атмосфера является акустически неоднородной средой, поэтому звук испытывает в ней ослабление, отражение и преломление, фокусировку и дефокусировку звуковой волны в зависимости от кривизны канала молнии, что порождает переменчивый звуковой рисунок громовых раскатов. В горах и городах с многоэтажной застройкой эффект грома усиливается эхом. С физической точки зрения гром является взрывной волной, вырождающейся по мере отдаления от источника в звуковую волну. Её сила может достигать 120 децибел и выше, что сравнимо с рёвом взлетающего самолёта на расстоянии нескольких десятков метров от него.
Звуковой эффект грозы запаздывает по сравнению со световым, поскольку для землян скорость света мгновенна, а вот скорость звука весьма невелика. Она зависит от температуры и влажности воздуха, его турбулентности, направления ветра и вычисляется по формуле Лапласа и геометрическим соложением векторов направления ветра и звуковой волны. Но в среднем звук в атмосфере распространяется со скоростью около 332 м/с плюс-минус 30 м. По времени задержки громового раската после вспышки молнии можно судить, насколько далеко произошёл её разряд. Три секунды задержки составляют один километр. Если гром слышится одновременно с молнией, значит, вы находитесь в зоне её поражения. Если молния видна, но грома не слышно, значит, гроза бушует в 15-20 км вдали и мы наблюдаем зарницу.
Красива и опасна
В мировой мифологии раскаты грома расценивались как проявление гнева богов, а гибель людей от молнии как их кара за их прегрешения. Боги грозы во всех религиях и мифологиях считаются одними из самых могущественных и сердитых. В античной мифологии это были Зевс и Юпитер, в славянской Перун, в скандинавской Тор, в индийской Индра, в японской Райдзин.
Молнии ежегодно уносят жизни большого числа людей. Наиболее смертоносный грозовой разряд был зарегистрирован в 1975 г. в Зимбабве, когда в результате прямого попадания молнии в хижину погиб 21 находящийся в ней человек. С учётом косвенных последствий удара молнии больше всего людей (469 человек) погибло в 1994 г. в Египте, когда разряд попал в цистерны с нефтью. В 1807 г. в Люксембурге во время сильной грозы молния ударила в склад оружия. Несмотря на то, что он был размещён в крепости с прочными стенами, мощный разряд мгновенно воспламенил бочки с порохом. В итоге ударная волна и пожары разрушили два квартала города, что привело к гибели более 300 человек.
Гибель людей и животных от молний – регулярное явление, которое в каждом регионе регистрируется практически ежегодно. Каждый год в России от удара молний гибнет порядка 550 чел. Нередки попадания молний в отдельно стоящие большие деревья. В прежние времена такие трагедии случались гораздо чаще. Но в XVIII в. был изобретён молниеотвод, который состоит из молниеприёмника (металлического штыря, сети или троса над объектом), токоотвода (провода большого сечения) и заземлителя (погружённой в грунт металлической плиты). Тем не менее ошибки в проектировании этих устройств, прежде всего в размере молниеприёмника и заземлителя, сечения токоотвода, продолжают приводить к поражению объектов жилого, промышленного и культового строительства. Одним из любимых объектов атак для молний являются высокие скульптуры и купола церквей. 7 июля 2022 г. молния ударила в купол храма Иверской иконы Божьей Матери на Большой Ордынке в центре Москвы, после чего начался пожар. 10 февраля 2023 г. молния ударила в голову статуи Иисуса Христа в Рио-де-Жанейро. В 2014 г. по этой же причине она утратила палец на одной из кистей распростёртых в стороны рук, причём уже второй. Причина в том, что при очень сильных грозах молниеотвод не успевает отвести всё электричество в землю. Особо опасны молнии для воздушных судов.
Как обезопасить себя от удара молнии, на уроках ОБЖ объясняли каждому. Но тем не менее находятся глупцы, которые готовы во время дождя ехать по степи в автомобиле, прятаться от дождя под одиноко стоящим деревом, нести на плече увесистый металлический лом или просто стоять на открытой местности, разинув рот и любуясь на то, как сверкают молнии, каждая из которых может нанести по ним смертельный удар.
Автор: Анатолий Судаков
