Перейти к контенту

Молния: что это за явление и чем оно так опасно

Молния

Молния

Человечество знает о существовании молний с древнейших времён. Люди одновременно и боялись этого явления и восхищались им.

Даже современная наука не может точно ответить на вопрос о причинах появления молнии и характере её поведения. Это добавляет ей ещё больше таинственности и загадочности.

Молния – что это

Что такое молния в классическом понимании этого слова? Конечно, учёные уже давно сумели ответить на этот вопрос.

Молнией называют разряд электричества большой силы, который возникает во время грозы в нижних и средних слоях атмосферы. При этом яркая вспышка сопровождается звуком – громом.

Интересный факт! Земля – это не единственная планета, где можно наблюдать молнии. Такое явление было замечено на Уране, Юпитере, Венере и ряде других космических объектов.

Как и почему возникает молния

Как и почему возникает молния

Следующий вопрос, который интересует многих людей – как появляется молния. В большинстве случаев этот процесс также можно объяснить с физической точки зрения.

Явление можно наблюдать в слоисто-дождевых тучах. От своих «собратьев» они отличаются более тёмным оттенком.

Такой цвет – это следствие обилия влаги, «хранящегося» в облаке. При этом вода в облаке расположена неравномерно. Она постоянно движется.

В верхних слоях облака влага замерзает. Образуются крупинки льда. Под действием воздушных потоков они перемещаются, сталкиваясь друг с другом.

В результате происходит их электризация. Одни крупинки получают положительный заряд, другие – отрицательный.

Облако начинает напоминать гигантскую «батарейку». При этом разница в потенциалах может достигать колоссальных значений.

Сама молния формируется в несколько стадий.

Молния формируется в несколько стадий

Начальная

«Зародыш» молнии появляется в том месте облака, где скапливается наибольшее количество ионов (частиц с электрическим зарядом). Они образуются из молекул воды и посторонних газов, которые составляют «основу» самого облака.

Что происходит дальше, учёные точно не знают. Она до сих пор остаётся одним из самых загадочных природных явлений.

Выдвигается несколько основных версий:

  • Согласно первой, высокая концентрация ионов – это следствие разгона свободных электронов, которые сталкиваются с молекулами, имеющими нейтральный заряд.
  • Вторая группа учёных выдвигает версию, что ионизация частиц грозового облака – это следствие воздействия космического излучения на атмосферу планеты.

Газы, подвергающиеся такому воздействию, становятся хорошими проводниками электричества. Как результат – появление в облаке тока большого напряжения.

Средняя стадия

Стадии развития молнии

Ионизация вызывает целую цепочку явлений.

Благодаря воздействию тока в определённой части облака начинается резкое повышение температуры.

Это приводит к образованию новых энергетических частиц, которые начинают распространяться в смежные области. Из-за этого молния «расходится» с огромной скоростью.

Извилистая форма молнии объясняется наличием главенствующего канала. При этом «ветки» с каждым ударом продвигаются всё дальше.

Обратите внимание! Скорость молнии оценивается в 50 тыс. км/с.

Всё это приводит к тому, что разряд достигает либо земной поверхности (особенно её выступающих элементов), либо соседней тучи.

Благодаря этому возникает ещё один канал, который и видит большинство наблюдателей с земли.

Его температура может достигать тысяч градусов, что превышает порог плавления большинства металлов. Из-за этого удар молнии и приводит к таким катастрофическим последствиям.

Обратите внимание! Гром – это следствие резкого перепада температуры и давления.

Финальная стадия

Финальная стадия развития молнии

После того, как по каналу проходит основной поток, скорость движения частиц резко снижается.

В основном это является следствием того, что молния достигает своей крайней точки, т.е. «врезается» в землю или какой-то предмет.

Все это длится десятые доли секунды. Однако молния может за короткое время несколько раз ударить в одно и то же место.

Виды молний

Виды молний

Виды молний – это предмет отдельного исследования. Учёным известно несколько форм этого явления.

При определении разновидности в расчёт берутся высота образования молнии, характер разряда, форма и прочие критерии.

Линейная (туча-земля)

Линейная (туча-земля)

Линейная молния – это самая распространённая разновидность данного явления. Образуется по классическому принципу из-за разницы электрических зарядов верхней и нижней части облака.

Здесь всё происходит по принципу центрального канала, который был описан ранее. На финальном этапе такая молния обязательно встречается с землёй или водой.

Земля-облако

Земля-облако

Если объект расположен на большой высоте (мачта корабля, телеграфный столб, дымоход и пр.) он как бы «приманивает» молнию.

Это происходит из-за накопления на нём электростатического заряда. В результате между нижней частью тучи и выступающим предметом как бы «проскакивает» искра, т.е. молния.

Облако-облако

Облако-облако

Вопреки распространённому мнению, большинство молний бьёт не в землю, а между облаками.

Это происходит потому, что тучи, расположенные недалеко друг от друга, имеют разные электрические заряды.

Горизонтальная

Горизонтальная

Во многом схожа с разновидностью «облако-земля». Главное различие – заряд не достигает поверхности грунта.

Одна из самых опасных вариаций. Вспышка здесь распространяется в разные стороны. Чтобы образовалась такая молния, достаточно небольшой грозовой тучи.

Ленточная

Ленточная

Ленточная молния – это зрелищное, но не менее опасное явление. Образуется в том случае, если несколько каналов начинают бить в землю одновременно.

При этом удар происходит на параллельных направлениях. Точная причина такого поведения зарядов неизвестна до сих пор. Однако большинство учёных связывают это явление с сильным ветром, который расширяет область распространения частиц.

Чёточная

Чёточная

Известна также под наименованием «Пунктирная». Это очень редкое и малоизученное явление.

При нём вспышка распространяется не сплошным потоком, а чередой мелких линий. За ней часто идёт стандартная молния.

Шторовая

Шторовая

Сопровождается негромким гулом. Причины образования неизвестны.

Главная особенность – расположение над облаками (а не под ними, как происходит с большинством других разновидностей). Характеризуется широкой полосой, состоящей из множества световых линий, которые возникают одновременно.

Интересный факт! Впервые шторовая молния была описана только в 1994 году.

Спрайт

Спрайт

Одна из самых «высотных» разновидностей (50-130 км против обычных 16 км). Внешне напоминает полярное сияние.

Состоит из электрических разрядов холодной плазмы. Отличительная особенность – бьёт не сверху вниз, а наоборот.

При этом вспышка быстро исчезает, что затрудняет изучение этого явления. Да и сами разряды расположены выше облаков. Наблюдать за ними с земли можно только при особых погодных условиях.

Эльф

Эльф

Ещё одна высотная разновидность. Характеризуется как конусообразная вспышка ярко-красного цвета, диаметром до 400 км и высотой до 100 км.

Она быстро исчезает. О таком явлении известно только то, что оно образуется в верхних слоях грозовых облаков.

Джет

Джет

Конусовидные молнии насыщенного синего цвета. Отличаются колоссальной длиной.

Их концы могут достигать нижних слоёв ионосферы. Разряды быстро исчезают, что затрудняет наблюдение за ними.

Вулканическая

Вулканическая

Редкое и зрелищное явление. Точные причины образования неизвестны.

Выдвигается версия, что молнии возникают из-за насыщенности пепла и магмы электрическими зарядами, которые постоянно сталкиваются друг с другом.

Огни святого Эльма

Огни святого Эльма

Относятся к молниям посредственно, т.к. по сути – это простой электрический разряд, который формируется на оконечностях острых предметов (мачты, ветки деревьев, вершины скал и пр.).

Явление указывает на высокую концентрацию заряженных частиц в воздухе.

Интересный факт! К огням святого Эльма очень трепетно относились моряки времён парусного флота. Кто-то считал их предвестником сильного шторма (утверждение имеет под собой научные основания), для других это был верный признак надвигающейся беды. Третьи напротив, считали это хорошим знаком (то что святой Эльм благословляет корабль). В некоторых флотах в эту примету матросы верят до сих пор.

Шаровая

Шаровая

Одно из самых загадочных явлений на Земле. Учёными установлено, она представляет собой сгусток плазмы, который свободно парит в воздухе.

Но из-за чего он образуется и что влияет на траекторию его движения, научные сотрудники не могут понять и в 21 веке.

Ясно лишь одно – предсказать появление и перемещение шаровой молнии с помощью современных приборов не представляется возможным.

Какие виды молний опасны для человека

Абсолютно все, кроме огней святого Эльма и тех, которые не достигают поверхности земли.

Цвет молнии

Молния может быть различных оттенков.

Однако в основном они:

  • голубые/синие;
  • белые;
  • жёлтые/оранжевые;
  • красные;
  • фиолетовые.

На расцветку во многом оказывают влияние явления, происходящие в конкретный промежуток времени в атмосфере и её температура.

Интересный факт! Самые «горячие» молнии имеют голубой и фиолетовый оттенок. Температура таких зарядов может в 5 раз превышать солнечную.

Во время сильных дождей часто можно наблюдать красные молнии. Такой цвет они приобретают из-за преломления солнечных лучей в воде, которая находится в атмосфере.

Скорость и длина

Грозовое облако движется со скоростью 40 км/ч. А вот сами молнии бьют намного быстрее – 56 тыс. км/с. При этом их длина составляет в среднем 9-10 км.

Обратите внимание! Длина самой большой молнии, которую удалось зафиксировать учёным в штате Оклахома, составляла 321 км.

Сила тока и напряжение

Эти показатели зависят от ряда факторов. Сила тока молнии варьируется от 10 до 500 тыс. Ампер, а её напряжение может составлять миллиарды Вольт.

Из-за этого все они так опасны для человека. Ведь даже удар током 220 V может привести к летальному исходу.

Бывают ли молнии зимой

Это очень редкое явление, которое в новейшей истории было зафиксировано только несколько раз.

Такое положение дел связано с тем, что зимой поверхность земли имеет минусовую температуру. Из-за этого в атмосфере отсутствуют восходящие потоки воздуха, которые необходимы для формирования грозы.

Однако из-за глобального потепления в последние годы зимы бывают всё более тёплыми. Это создаёт все предпосылки для образования молний.

Частота молний

Частота молний

Статистика показывает, что за год на планете Земля молния сверкает в среднем 1,4 млрд. раз.

Однако в грунт попадает лишь 25%. Оставшиеся заряды возникают между облаками и прямой угрозы для человека не представляют.

Как определить расстояние до молнии по грому

Как определить расстояние до молнии по грому

Сделать это можно лишь примерно. Здесь следует засечь, сколько времени проходит между появлением вспышки и первым звуком грома.

Расстояние определяется по разнице этих величин. Если гром был услышан через 3 секунды после появления молнии, значит до эпицентра грозы 1 км. Если через 6 сек., значит, молния сверкнула в 2 км и т.д.

Обратите внимание! Лучше выполнять несколько замеров подряд. Это позволит выяснить, удаляется гроза или приближается. Звук грома не будет слышен, если молнии сверкают в 20 км и более от наблюдателя.

Последствия от удара молнии

Последствия будут зависеть от того, куда именно попала молния, а также какой она была силы.

Разряд может повлечь за собой:

  • образование фульгуритов;
  • попадание в землю;
  • попадание в деревья, дома и прочие объекты;
  • попадание в автомобили;
  • попадание в человека.

Фульгуритом называется вещество, которое образуется после попадания молнии в песок или камень. По сути – это расплавленная порода, которая быстро застывает.

Фульгурит

Вещество считается очень редким, несмотря на обилие молний на планете. Его можно найти только в труднодоступных районах.

По своей структуре оно напоминает стекло. Часто такие «трубочки» полые.

Если молния попадает в землю (что происходит крайне редко), от удара на поверхности может образоваться углубление. Вокруг него будут расположены линии неправильной формы.

Расположены линии неправильной формы

Но в большинстве случае удар молнии приходится на вершины деревьев. Поэтому под ними категорически запрещено укрываться во время грозы.

Последствие удара молнии в дерево

Это может привести к печальным последствиям. Дерево моментально воспламеняется или раскалывается, в зависимости от силы и вида заряда.

Если разряд попадает в автомобиль, последствия предсказать сложно. Заряд может простой уйти по металлическому корпусу в грунт или серьёзно повредить транспортное средство.

Последствия попадания молнии в автомобиль

Непредсказуемы и последствия попадания молнии в человека. Некоторым удавалось это пережить, отделавшись лишь шрамами. Другие погибали на месте.

Последствие попадания молнии в человека

Есть ли польза от молнии

Многие люди замечали, что во время грозы дышится намного легче.

Сказывается насыщение воздуха озоном. Да и сами молнии очищают атмосферу от мелких частиц пыли.

Поэтому польза от таких разрядов есть, но если при этом наблюдать за ними с безопасного расстояния.

Можно ли использовать энергию молний

Да. В науке даже есть такой термин как «грозовая энергетика».

С помощью различных технических средств энергия молний преобразуется в обычное электричество. Некоторые учёные всерьёз рассматривают грозы как способ получения возобновляемой энергии.

Его использование снижает вред, который наносят экологии тепловые, атомные и гидростанции.

Обратите внимание! Главным минусом такого способа является его ненадёжность. Появление молнии предсказать практически невозможно. Да и сам поток энергии в этом случае длится меньше секунды. Чтобы преобразовать его в электричество, требуется дорогостоящее оборудование.

Что делать во время грозы

Если непогода застала человека вдалеке от дома, ему следует соблюдать несложные, но важные правила. Они снизят риск поражения молнией.

  • Нельзя прятаться под деревьями и другими высокими объектами, стоять рядом со столбами, дорожными знаками, в которые чаще всего бьёт молния.

Следует отойти от них подальше, так как от центра удара напряжение расходится в разные стороны.

  • На открытой местности нужно присесть и прижать голову к коленям, занять максимально низко расположенное место.
  • Убрать подальше от себя зонт, все металлические и длинные предметы – они притягивают молнию.
  • Выключить телефон, прочие устройства.
  • При возможности укрыться в машине.
  • Не подходить к водоёму, тем более не купаться.

Действия при грозе

Если человек видит приближение грозы из окна своего дома, ему следует отключить все электроприборы и перекрыть газ. Затем нужно плотно закрыть окна и двери.

Важно! Молнию может привлечь даже маломощный электрический прибор. Бывали случаи, когда заряд «реагировал» на луч простой лазерной указки.

Как защищают самолёты от молний

На корпус самолёта наносится специальная оболочка с экранирующей металлической сеткой.

Т.е. даже если заряд попадёт в корпус летательного аппарата, в салон он не проникнет. Это позволяет сохранить в целостности лётчиков, пассажиров и оборудование.

Вся техническая начинка самолёта, которая в теории может привлечь молнию, оснащается специальной защитой, которая сводит этот риск к минимуму.

Обратите внимание! Перед тем как летательный аппарат поднимется в небо, он проходит ряд тщательных проверок. Во время одного из испытаний ему обязательно устраивают симуляцию попадания молнии.

Как защищают оборудование от молнии

Полностью защитить технику от попадания невозможно.

Поэтому на оборудовании в основном устанавливают только громоотводы. Это снижает риск выхода из строя техники из-за воздействия статического электричества.

История изучения

О молниях известно ещё с древних времён.

Однако люди долго не могли объяснить это явление. Поэтому его приписывали различным сверхъестественным силам.

Практически в каждом языческом пантеоне за грозу отвечала какая-то сущность неземного происхождения.

Первыми, кто всерьёз стал ассоциировать молнию не с гневом богов, а с физическими явлениями, были моряки. Ведь если корабль поражался таким зарядом, это в 80% случаев означало гибель всего экипажа.

Лишь в 17 веке люди стали изучать грозу с научной точки зрения. Однако долгое время это были лишь смутные предположения, которые не имели под собой оснований. Ведь людям ещё не было известно электричество.

В 1750 году опубликовывается первый научный труд, посвящённый этому вопросу. Его автором был Бенджамин Франклин.

Перед этим он провёл необычный эксперимент. Мужчина привязал к воздушному змею медный стержень, а на трос, которым тот крепился к земле, повесил металлический ключ.

Опыт удался. Молния ударила в стержень, прошла по тросу и оставила след на ключе. Так была впервые доказана её электрическая природа.

Опыт Бенджамина Франклина

20 век стал временем глобальных открытий в этой области. Впервые были зафиксированы высотные виды молний (эльфы, джеты и пр.). Это стало возможным благодаря стремительному развитию техники.

Сейчас основным инструментов исследователей молний стали космические спутники, которые позволяют фиксировать их в любой точке Земли.

Молния: интересное видео:

Как появляется молния и гром: краткое описание

Как появляется молния и гром

Искровой разряд

С физической точки зрения молния считается огромным электрическим разрядом.

Его в 100% сопровождает яркая вспышка света. Возникает также и звуковой раскат, который более известен как гром.

Одиночные молнии редкость. В основном они бьют группами. Это явление можно наблюдать в слоисто-дождевых облаках. Их легко узнать по характерному цвету (тёмно-синему, с переходом в чёрный).

Образование разряда возможно:

  • в одной туче;
  • между соседними тучами;
  • между тучами и поверхностью земли, а также высокими предметами.

Основной «состав» грозовой тучи – это водяной пар. Он активно курсирует в ней и постепенно превращается в небольшие ледяные кристаллики.

Они натыкаются друг на друга (следуя за потоками воздуха, которые сначала поднимаются вверх от нагретой поверхности земли, а потом, после охлаждения в верхних частях облака, начинают стремительно «падать», увлекая за собой лёд).

Из-за этого на них образуется электрический заряд. Постепенно облако превращается в гигантскую «батарейку», где верхняя половина это «плюс», а нижняя – «минус». Внутри напряжение может составлять несколько миллионов вольт.

Как только противоположные слои соприкасаются, образуется мощный канал. По нему устремляются ионы. Это сопровождается мощной световой вспышкой и звуком – молнией и громом.

Интересный факт! Температура внутри такого разряда может доходить до 30 тыс. градусов по Цельсию, что превышает тот же показатель на Солнце в 3-5 раз.

Искровой разряд

Звук разряда

Звук разряда или гром вызывается колебаниями воздуха, которые возникают из-за резкого перепада давления вдоль образовавшегося канала.

Т.е. по сути удар молнии это мощный взрыв. Если оказаться рядом с его эпицентром, человек может получить повреждения от ударной волны. А вот звуковая волна (гром) уже на небольшом расстоянии теряет свои опасные качества.

Сколько молний возникает ежедневно

Благодаря данным со спутников, учёные узнали, что в каждую секунду на Земле происходит 44 ± 5 ударов молнии.

То есть за сутки случается более 3,5 миллионов разрядов, а их количество в год составляет порядка 1,4 миллиарда. При этом около 25% ударяют в землю и примерно 75% вспыхивают среди облаков.

Природа молнии в физике

Природа молнии, а точнее некоторых её разновидностей, до сих пор не изучена.

В классическом варианте любой электрический разряд подразделяется на две фазы:

  • ступенчатый лидер;
  • обратная вспышка.

Ступенчатый лидер

Так называют небольшое пятно. Его можно заметить перед возникновением молнии.

Ступенчатый лидер с огромной скоростью движется от тучи по направлению к земле.

С научной точки зрения это видимая часть канала, который является основой электрического разряда и по которому через доли секунды начинается движение большого потока энергии, сопровождаемой световой вспышкой.

Лидер полностью повторяет его траекторию. Из-за неравномерной ионизации воздуха он разветвляется. Так же как и будущая молния.

Обратная вспышка

Обратная вспышка

Как только ступенчатый лидер достигает поверхности земли, воды или любого другого предмета, завершается формирование канала.

По нему устремляется электрический ток. Человек видит это как удар молнии. При этом зрителю часто кажется, что вспышка идёт не от тучи к грунту, а наоборот.

Почему возникает гром

Удар молнии всегда сопровождается звуками грома. Объясним, как возникает гром.

При вспышке молнии происходит резкий скачок температуры окружающего воздуха до огромных значений, что приводит к расширению нагретого воздуха по типу взрыва, вызывающему ударную волну или раскат грома.

Почти всегда громкость звука увеличивается к концу раската из-за отражения звука от облаков и поверхности земли. Чем большее число молний прошло по каналу, тем продолжительнее будет сотрясение воздуха.

При значительной длине электрического разряда звук с разных его участков доходит в разное время и образуются громовые раскаты.

Скорость света и скорость звука

Из-за того, что скорость звука (330 метров в секунду) гораздо меньше скорости света (299 792 458 метров в секунду), гром всегда появляется немного позже молнии.

По времени задержки грома от молнии можно рассчитать расстояние до того места, куда ударил разряд. Для этого нужно посчитать, сколько секунд прошло между вспышкой и звуками грома. 3 секунды будут примерно равны расстоянию в 1 километр.

Скорость света и скорость звука

Интересные факты о молниях в небе

  • Если брать всю историю наблюдений за молниями, самая длинная вспышка была зафиксирована в 2007 году.

Её заметили в одном из штатов США. Длина молнии составляла 321 км.

  • Электрический разряд – это очень быстрое явление. Оно редко длится больше нескольких долей секунды.

Но бывают и исключения. Например, в Альпах была зафиксирована молния, которая сверкала целых 7,74 секунды.

  • Земля – это не единственное место во вселенной, где можно наблюдать вспышки молний.

Молнии в космосе

Подобные явления были зафиксированы на Венере, Уране, Юпитере и Сатурне. Причём, как выяснилось после детального изучения результатов наблюдений, на последней планете молнии самые сильные во всей Солнечной системе.

  • Молния – это колоссальный источник энергии.

Напряжение в таком канале может превышать миллиард Вольт, а сила тока – больше 100 тыс. Ампер.

  • Канал разогревается до 30 000`С. Это превышает температуру поверхности Солнца в 5-6 раз.

От испепеления Землю спасает то, что диаметр отдельных молний редко превышает 1-2 см.

  • Само грозовое облако движется не так быстро – около 40 км/ч.

А вот молния сверкает со скоростью 56 тыс. км/с. Её средняя длина составляет 9-10 км.

  • Стандартная продолжительность одного разряда не превышает 0,3 секунды.

Средняя периодичность – 3-4 «залпа» за один раз.

  • Любители молний считают своим долгом посетить Венесуэлу, а именно одно местечко в устье реки Катамбо.

Здесь электрические разряды формируются практически постоянно. В летние месяцы их интенсивность увеличивается в несколько раз.

  • Вероятность повстречаться с шаровой молнией у среднестатистического жителя планеты равна 1 к 10 тыс.

Примерно с такой же периодичностью разряды попадают в самолёты.

Попадание в грунт

  • Если молния попадёт в песок или камень, в этом месте образуется необычное вещество под названием фульгурит.

По своей консистенции оно схоже со стеклом. Фульгурит – это результат плавления породы. Встречается крайне редко, хотя и не относится к разряду драгоценных. В профессиональной среде его называют «коллекционный минерал».

  • При попадании в грунт или человека разряд оставляет на земле или теле необычные следы.
  • Молния старается «пробраться» к земле по самому короткому маршруту.

Поэтому её удары часто приходятся на высокие объекты. Если человек во время грозы находится на воде или равнине, таким «объектом» становится именно он.

Больше информации про выживание можно получить в статьях:

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: