Що таке блискавка і як вона утворюється

Які наслідки від удару блискавки бувають, чи можна визначити відстань до блискавки за звуком і як уберегти себе в грозу.
Прості відповіді на часті запитання.

Що таке блискавка

Бли́скавка ― генерований хмарами різновид інтенсивного розряду іскрового, що виникає в масі заряджених і добре ізольованих одна від одної частинок (середня відстань між котрими на два порядки величини більша за їхні розміри). Таке пояснення цього природного явища дано у Великій українській енциклопедії.

Температура всередині блискавки сягає 30 000 °C. У довжину вона може досягати кількох десятків кілометрів. Рекорд – 321 км. А найтриваліша за часом блискавка тривала 7,74 секунди.

Чим блискавка відрізняється від грози

Гроза — це атмосферне явище, під час якого всередині хмар, між ними або між хмарою і поверхнею землі виникають електричні розряди — блискавки, що супроводжуються громом, опадами у вигляді рясного дощу і часто шквалистим вітром. Тобто блискавка — це частина грози, так само як і грім.

При цьому блискавка — потужний електричний іскровий розряд в атмосфері, що підвищує температуру повітря до приблизно 30 000 °C, а грім — звуковий акомпанемент грози, гучна ударна хвиля, що виникає внаслідок розряду блискавки під час зіткнення областей підвищеного та зниженого тиску.

Особливо небезпечний так званий «сухий розряд» блискавки, який не супроводжується дощем.

Як утворюється блискавка: простими словами

Щорічно в атмосфері Землі відбувається близько 1,4 мільярда розрядів блискавок. На щастя, більша їх частина поверхні нашої планети не досягає, випускаючи електричний розряд між хмарами. Небезпеку становлять лише 25%, що залишилися.

Утворюється блискавка найчастіше в хмарі одночасно у двох протилежних напрямках — спадному до землі та висхідному в іоносферу, яке можна розрізнити тільки з космосу.

У більшості випадків блискавки утворюються всередині грозових хмар, а також у просторі великих шарувато-дощових і хмар купчасто-дощового типу.

Як же це відбувається? Хмари складаються з водяної пари, крапельки якої при замерзанні на великій висоті перетворюються на кристали льоду. Нагріте повітря розподіляється нерівномірно, через що дрібні крижинки піднімаються вгору, а великі, навпаки, опускаються. У процесі їхнього зіткнення і тертя виникає електричний заряд. У дрібних він позитивний, у великих негативний. Ця різниця вимагає розрядки, породжуючи блискавку.

Які види блискавок бувають

 

1. Лінійна блискавка — один із найпоширеніших видів блискавок. Являє собою довгий електричний розряд, з невеликими бічними відгалуженнями. Спалах триває не більше 0,5 секунди. Має три підвиди:
   – хмара — земля;
   – земля — хмара; утворюються внаслідок «пробивання» повітряного прошарку між вершиною зарядженого об’єкта на землі та нижньою частиною грозової хмари;
   – хмара — хмара; належить до найдовших — до 150 км, спостерігається частіше в тропічних широтах; виглядає дуже ефектно, ніби хмари пускають одна в одну вогняні стріли.
2. Зиґзаґоподібна блискавка — має зиґзаґоподібну траєкторію й іноді пульсуюче світіння.
3. Горизонтальна блискавка — поширюється в горизонтальній площині по небу, іноді без грозових хмар. Мають велику міць і становлять серйозну загрозу для літаків і вертольотів.
4. Стрічкова блискавка — зовні має вигляд кількох зигзагоподібних розрядів від хмар до землі, паралельно зміщених відносно один одного з невеликими проміжками або без них.
5. Чоткова (пунктирна блискавка) – рідкісна форма електричного розряду під час грози у вигляді ланцюжка зі світних точок. Не розгалужується, має хвилеподібний характер.
6. Кульова блискавка — являє собою широку вертикальну смугу світла, майже завжди супроводжується низьким неголосним гулом.
7. Спрайт — це вид блискавки, що б’є з хмари вгору. Явище рідкісне і маловивчене.
8. Ельф — блискавка у вигляді величезного спалаху-конуса діаметром близько 400 км, що слабо світиться, утворюється у верхній частині грозової хмари.
9. Об’ємна блискавка — білий або червонуватий спалах за низької напівпрозорої хмарності, із сильним звуком тріску, ніби з усіх боків одночасно. Зазвичай з’являється перед грозою, що насувається.
10. Джет — блискавка у вигляді трубки-конуса, переважно синього кольору, висотою до 70 км.
11. Вогні Святого Ельма — це електричний розряд у формі світних пучків або пензликів, що світяться, який виникає на гострих кінцях високих предметів за підвищеної напруженості електричного поля в атмосфері. Спостерігається не тільки під час грози, а й узимку в заметіль.
12. Теплова блискавка — рідкісний вид блискавок, який часто не супроводжується грозою і гуркотом грому, виникає в теплу пору року.
13. Вулканічна блискавка — розряд, який виникає з бульбашок магми та попелу під час виверження вулкана.

Скільки вольт у блискавці?

Згідно з даними синоптиків сила струму блискавки обчислюється сотнями тисяч ампер, її швидкість здатна доходити до 100 км/с, іскровий розряд – призводити до напруженості електричного поля атмосфери близько 25-50 кВ/м, а різниця потенціалів на її шляху — досягати сотень мільйонів, аж до мільярда вольт.

Але для сучасних металоконструкцій такі удари загрози не несуть, вони захищені спеціальними системами.

Статуя Свободи — один із найбільших громовідводів. Блискавка б’є в Статую Свободи кілька разів на рік. Але монумент заземлений чотирма кабелями, тому стихія не завдає йому жодної шкоди

Бурдж-Халіфа — хмарочос заввишки 830 метрів, який пережив безліч гроз, має одну з найбільш просунутих систем захисту від блискавки у світі. Верхня частина вежі покрита панелями, які містять спеціальні датчики, що визначають ситуацію в атмосфері. Коли тільки утворюються умови для формування блискавки, датчики визначають полярність (+/-) і панелі створюють протилежний заряд на блискавкоприймальній щоглі, що притягує на себе всі розряди блискавки.

Удар блискавки

Траєкторія руху блискавки непередбачувана, промінь у більшості випадків йде зигзагоподібно. Особливо складно визначити рух блискавки на рівній поверхні або однорідній, наприклад, як стоянка машин. Але зазвичай блискавка обирає точку, яка височіє над іншими.

Найпоширеніший розряд – «хмара-земля». Тривалість — від 60 до 100 мкс, а середня швидкість — близько 150 км/с. Сила ударної хвилі наростає до 100 кілограмів на один квадратний сантиметр. А потужність розряду може в окремих випадках доходити до 200 кА (кілоампер) і досягати 1000 кВ.

Особливо небезпечними вважаються потрапляння блискавок поруч або в склади та заводи з легкозаймистими та вибуховими речовинами. У цьому разі загрозу становить не лише сама блискавка, а й індукована електростатична напруга, здатна викликати іскру, що може стати каталізатором вибуху та потужної пожежі. І стосується це не тільки прямого потрапляння в будівлю або цистерну, достатньо може бути і самої високо зарядженої передгрозової атмосфери. Тому на таких об’єктах блискавкозахист максимально посилено, зокрема й системою погашення статичної електрики.

Що притягує блискавку?

• Блискавку притягують шпилі у великих містах
• Окремо стоять дерева; причому доведено, що блискавка часто б’є в дерева, які до цього вже були вражені блискавкою.
• Ліхтарні стовпи і будь-які шпилі.
• Пічні та водостічні труби.
• Супутникові або антени Інтернет.
• Зовнішні підсилювачі телевізійного сигналу.
• Вітрові флюгери.
• Стоги сіна посеред поля або прибудинкової ділянки.
• Водойми та басейни.
• Щороку у світі від ударів блискавок гинуть до 6000 людей. А частіше за всіх страждають жителі Венесуели, Африки, Бразилії, Сінгапуру та США.

Що буде, якщо блискавка вдарить у машину

Люди всередині кабіни машини, що стоїть, від прямого удару блискавки не постраждають, оскільки весь розряд візьме на себе кузов. Головне в цей момент — не торкатися металу автомобіля. Найчастіше блискавка б’є в антену радіоприймача або навігаційної системи, випалюючи дірку в даху або лобовому склі.

Якщо блискавка влучить в автомобіль по ходу його руху, вона може вивести з ладу технічні електронні системи та засліпити водія, що є ризиком виникнення аварії. Якщо розряд потрапляє в моторний бак, двигун миттєво заклинює. Розряд у землю може оплавити асфальт, шини та диски авто.

Пряме попадання блискавки небезпечне подальшою пожежею машини.

Що буде, якщо блискавка вдарить у будинок

Будинок без громовідводу із заземленням з великою часткою ймовірності загориться. І не тільки від самого розряду, а й від виділеної теплової енергії. Кількість тепла залежить від сили опору матеріалу будови. Чим вона вища, тим більше тепла. Найбільш незахищені — дерев’яні та щитові будинки з не залитою бетоном арматурою. Цегляні — безпечні, вони погано проводять тепло й електророзряди.

Ділянка з близьким розташуванням ґрунтових вод підвищує ризики притягання блискавки. Збільшують ризик потрапляння блискавки та подальшого займання розташовані поруч горючі матеріали, снопи сіна, зерносховища, антени та флюгери.

Що буде, якщо блискавка вдарить у людину

Якщо людину вражає блискавка, шанси вижити невеликі. Більшість постраждалих гинуть моментально від серцевого нападу, викликаного розрядом струму. У багатьох через різкий перепад тиску лопаються барабанні перетинки та судини очей. Крім того, розряд миттєво порушує серцевий ритм, паралізує дихальну систему і залишає на тілі людини сильні опіки як наслідок займання волосся та одягу.

Однак удар блискавки не завжди смертельний, розряд може пройти через тіло людини за частки секунди, не залишивши жодних зовнішніх проявів. Але навіть у цьому разі потерпілий отримує пошкодження нервів, посттравматичний стресовий розлад і симптоми, схожі на результат струсу мозку. Спрогнозувати наслідки удару блискавки неможливо. В одних трапляється часткова втрата пам’яті та повна амнезія. В інших на тілі залишаються характерні відмітини, так звані «фігури Ліхтенберга», як наслідок зневоднення та пошкоджень судин. У третіх на все життя зберігаються больові відчуття. Усе дуже індивідуально.

Сумний рекордсмен світу за кількістю ураження блискавкою — Рой Салліван, його блискавка била сім разів.

Чому блискавка б’є в людину?

Найпоширенішими вважаються чотири чинники:

• Людина стає частиною каналу електричного розряду і потрапляє під прямий удар.
• Блискавка влучає у високий об’єкт, а частину енергії перенаправляє на об’єкт нижче, яким може виявитися і людина, особливо з увімкненим стільниковим телефоном. Це називається ураження бічним спалахом блискавки.
• Притягнути удар блискавки може людина в активному русі.
• Розсіяна напруга від поверхні землі після удару блискавки також може вразити людину струмом.

Як уберегтися від удару блискавки: 15 основних правил безпеки

 

1. Перебуваючи в лісі або парковій міській зоні, бажано віддалитися від високих дерев. Що вище дерево, то вищий ризик потрапляння блискавки в нього. До стовбура торкатися не можна.
   Не шукайте укриття під самотнім деревом.
2. Якщо можливості вийти з лісу немає, присядьте навпочіпки у западині або під низькорослим лапатим деревом чи кущем без видатної верхівки.
3. Вимкніть стільниковий телефон.
4. У жодному разі не лягайте на землю під час грози.
5. Якщо гроза застала на вулиці в місті, треба залишити відкритий простір, сховавшись від блискавки в приміщенні: магазині, аптеці, кафе чи під’їзді, або хоча б в арці будівлі. Пам’ятайте: усі будівлі в місті захищені громовідводами.
6. Не шукайте укриття всередині зупинок громадського транспорту та біля металевих конструкцій і будок електропередач.
7. Перебуваючи в будинку, не вмикайте електричні побутові прилади, не торкайтеся водопровідних кранів, труб і опалювальних батарей.
8. У приватному будинку потрібно пам’ятати, що пічний (камінний) дим має високу електропровідність, підвищуючи шанси удару блискавки в трубу димоходу.
9. Закрийте вікна, не виходьте на балкони, навіть якщо дуже хочеться вдихнути насиченого озоном грозового повітря.
10. Якщо гроза застала в автомобілі, припиніть рух, з’їхавши на узбіччя і вимкнувши двигун, а також опустіть авто антену.
11. Мотоцикл і велосипед потенційно небезпечні в грозу. Зупиніться, покладіть транспортний засіб на землю і відійдіть від нього метрів на 30.
12. У грозу купатися, ловити рибу, плавати на човні, катамарані або сапборді не можна, краще взагалі в цей час не перебувати в безпосередній близькості від водойми.
13. Тікати від потенційної загрози удару блискавки не можна, пересуватися потрібно спокійним кроком.
14. Не перечікуйте грозу біля багаття. Пам’ятаємо пункт 9 про електропровідність гарячого диму.
15. Телефон екстрених служб:  «112».

У які дерева найрідше б’є блискавка

Вважається, що частіше за інші дерева «притягують блискавку» тополі, дуби, сосни та ялини.

А клен, березу і ліщину блискавки практично не вражають.

Як визначити відстань до блискавки за звуком

Приклад розрахунку до блискавки за звуком

Відстань = кількість секунд * 340 м/с

(340 м/с – швидкість поширення звукової хвилі в повітрі)

приклад: L = 2 с * 340 м/с = 600 м

Швидкість звуку становить 331,3 м/сек у сухому повітрі за 0 °C, а за температури близько 28 °C -346 м/сек. Ці значення заведено усереднювати до 340 м/сек. Тобто звук проходить приблизно 1 кілометр за 3 секунди. А швидкість світла набагато вища – близько 299 800 км/сек.

Щоб визначити відстань до блискавки за звуком, потрібна зовсім проста арифметика. Побачивши блискавку, потрібно почати відраховувати секунди до появи грому, а після кількість секунд розділити на 3. Відповідь дасть розуміння того, за скільки кілометрів від вас вдарила блискавка.

Наприклад: нарахували 30 секунд, значить за 10 кілометрів, 12 – за чотири.

А ще існує правило 30-30, де перше значення – час у секундах, що сигналізує про близькість грози (тобто вона вже за 10 км), а друге – час у хвилинах, який треба провести в укритті після останнього удару блискавки, щоб не отримати залишковий заряд струму.

Місця, де блискавки зустрічаються найчастіше

У 2016 році американські та бразильські метеорологи опублікували рейтинг найнебезпечніших місць світу, які піддаються ударам блискавок найчастіше. Вони проаналізували дані супутника Tropical Rainfall Measuring Mission за період з 1997 по 2015 роки. Розділивши Землю на умовні квадрати і вивчивши їх грозовий фон, вони визначили 500 точок, які частіше за інші місця на планеті піддаються ударам блискавок. Статтю команди вчених, очолювану доктором Речел Альбрехт, опублікувало наукове видання «Bulletin of the American Meteorological Society».

Виявилося, що найчастіше блискавки б’ють по території Південної та Центральної Африки, а також Південної Америки. А головним центром тяжіння блискавок виявилося село Кіфука в Конго, на яке на рік припадає 158 ударів блискавок на один квадратний метр!

Ще один «магніт» для блискавок — озеро Маракайбо у Венесуелі. Воно прославилося на весь світ унікальним явищем під назвою блискавки Кататумбо. У місці впадання річки Кататумбо в озеро Маракайбо відзначено найвищу ймовірність удару блискавок – 250 блискавок на квадратний кілометр на рік. На піку активності — з травня по жовтень, у нічний час доби, приблизно з 19.00 години і до 4.00 ранку — тут було зафіксовано 28 ударів блискавок за хвилину. За що венесуельці прозвали їх нескінченними блискавками, а місцеві авіатори використовують їх як орієнтир, називаючи «Маяк Маракайбо».

Чому грози так часто відбуваються саме в цьому місці? Вчені вважають, що це пов’язано із сукупністю природних умов. Конкретно — вітрів, які дмуть з Анд, а також метану, який виділяють в атмосферу болотисті місцевості. А на підтвердження того, що блискавки в Маракайбо були завжди, говорить опис цього унікального явища в поемі Лопе де Вега «Пісня про Дракона».