Я очень люблю осень. Это время года, когда отступает летняя невыносимая жара, а пейзажи приобретают самые волшебные краски. Обожаю, когда в окно стучат капли дождя, а я с чаем и под теплым пледом смотрю интересный фильм. Но иногда эту идиллию нарушают громкий грохот грома и яркие сверкания молнии. Эти явления способны нагнать страх и ужас.

Почему люди боятся грома

Наверное, все кроется в нашем сознании, ведь еще в самые древние времена люди расценивали такие явления, как гром и молнию, наказанием богов и сильно их опасались. Гром вселял в людей страх по таким причинам:

• они верили в существование бога-громовержца, который и насылал на людей проклятье;
• верили в существования великана, который живет в небе, и если его разгневать, он пустит свои огненные стрелы;
• и даже существовало мнение, что гром - предшественник болезней и бед.

Конечно, сейчас гром уже никто не воспринимает, как кару небесную, но возможно, именно страх наших предков и передался нам на генетическом уровне.

Почему мы слышим гром

Как я узнала позже, гром - это явление в атмосфере, возникает вместе с разрядом молнии и являет собою звуковую волну, которая продолжается на несколько секунд. А все дело в том, что внутри грозовых туч потоки воздуха очень быстро перемещаются. Вверху этих туч температура достигает 40 градусов минусовой температуры . Когда капли воды поднимаются наверх, они замерзают. Эти замерзшие льдинки перемещаются внутри тучи с колоссальной скоростью. Ударяясь между собой, они распадаются и заряжаются электричеством. Кусочки льда меньших размеров удерживаются вверху тучи, а большие льдинки спускаются и оттаивают, становясь снова каплями воды. Так и выходит, что внутри тучи создаются сразу позитивный и негативный заряды . И если они сталкиваются, то возникает сильный электрический разряд, то есть молния . Молния в свою очередь очень быстро разогревает около себя воздух до такой степени, что он разрывается . Этот взрыв и есть в нашем понимании не что иное, как гром.

Но самым интересным для меня оказался тот факт, что мы слышим не одну такую ударную волну, а несколько. Это в народе называется «раскатом грома», чтоочень похоже на грохот покатившихся бочек в небе.Такое явление можно объяснить тем, что волны звука ударной волны встречают на своем пути разные препятствия и отражаются от них. Очень важно понимать, что на самом деле гром - всего лишь звуковой эффект, которого вовсе не стоит боятся.Однако, стоит опасаться сопровождающее его явление - молнию, которая очень опасна и может создать угрозу для жизни. Поэтому ни в коем случае не гуляйте по улице во время молнии. Берегите себя!

Самым захватывающим явлением природы на земле без преувеличения можно назвать грозу. Она одновременно и прекрасна, когда пронизывает небо своими лучами и страшна, когда слышны перекаты грома. Давайте выясним, что же происходит в небе во время грозы.

Все, кто учился в школе, из уроков физики наверняка помнят, что облака собирают в себе заряд электричества. Образованию грозовых облаков способствует высокая температура (в тропических широтах, например).

Облако постепенно увеличивается, поднимаясь в высшие слои атмосферы где температура уже отрицательная, таким образом, начинается образование тяжелых кристаллов льда. Цвет облака становится темным, приобретая «свинцовый» оттенок.

При столкновении с частицами воздуха кристаллы льда и капли воды электризуются внутри облака. В последствии чего, капли воды и льдинки падая, переносят на нижнюю часть тучи отрицательный заряд. В это время происходит притяжение верхней части тучи — положительно заряженной и нижней части тучи — которая заряжена отрицательно.

Между верхней и нижней частями тучи возникает очень большое напряжение в сотни миллионов Вольт. Появляется огромная искра между землей и облаком протяженностью в несколько километров — это молния.

Образовавшаяся вспышка нагревает воздух, из-за чего он «разрывается» и этот взрыв называется громом. Он гремит раскатами, отзываясь эхом. Объяснить это явление можно тем, что скорость света гораздо выше скорости звука, из-за этого молния видна сразу, а гром мы слышим спустя несколько секунд.

Такие сложнейшие атмосферные явления приводят к образованию молний и грозовых облаков.

Долгожданное отступление жары сопровождается сильными грозами. В Петербурге за последнюю неделю пронеслось два сильнейших грозовых урагана. Зрелище было страшное. Казалось, что небо трещало и разрывалось на части, вспышки молний напоминали взрывы.
Почему возникает такая гроза, как она зарождается в атмосфере? Такие вопросы приходят в голову именно в это грозовое время. Попробуем разобраться, опираясь на компетентные источники. Как Вы увидите, что температура играет здесь важнейшую роль.

Где чаще всего возникают грозы?

Над континентами в тропиках. Над океаном гроз на порядок меньше. Одна из причин такой асимметрии — в интенсивной конвекции в континентальных областях, где суша эффективно прогревается солнечным излучением. Быстрый подъем прогретого воздуха способствует образованию мощных конвективных вертикальных облаков, в верхней части которых температура ниже - 40°C. В результате формируются частицы льда, снежной крупы, града, взаимодействие которых на фоне быстрого восходящего потока и приводит к разделению зарядов.

Примерно 78% всех молний регистрируется между 30°ю.ш. и 30°с.ш. Максимальная средняя плотность числа вспышек на единицу поверхности Земли наблюдается в Африке (Руанда). Весь бассейн р.Конго площадью около 3 млн км 2 регулярно демонстрирует наибольшую молниевую активность.

Как заряжается грозовое облако?

Это самый интересный вопрос в «грозоведении». Грозовые облака огромны. Чтобы на масштабе в несколько километров возникло электрическое поле, сравнимое по величине с пробойным (примерно 30 кВ/см для воздуха в нормальных условиях), нужно, чтобы беспорядочный обмен зарядами при столкновениях облачных твердых или жидких частиц привел к согласованному, коллективному эффекту сложения микротоков в макроскопический ток весьма большой величины (несколько ампер). Как показали измерения электрического поля на поверхности земли, а также внутри облачной среды (на баллонах, самолетах и ракетах), в типичном грозовом облаке «основной» отрицательный заряд — в среднем несколько десятков кулон — занимает интервал высот, соответствующий температурам от 10 до 25°C. «Основной» положительный заряд составляет также несколько десятков кулон, но располагается выше основного отрицательного, поэтому большая часть молниевых разрядов облако—земля отдает земле отрицательный заряд. Однако в нижней части облака также часто обнаруживается меньший по величине (10 Кл) положительный заряд.

Для объяснения описанной выше (трипольной) структуры поля и заряда в грозовом облаке рассматривается множество механизмов разделения зарядов. Они зависят, прежде всего, от таких факторов, как температура и фазовый состав среды. Несмотря на обилие различных микрофизических механизмов электризации, сейчас многие авторы считают главным безындукционный обмен зарядами при столкновениях мелких (с размерами от единиц до десятков микрометров) кристаллов льда и частиц снежной крупы. В лабораторных экспериментах было установлено наличие характерного значения температуры, при которой меняется знак заряда, т.н. точки реверса, лежащей обычно между 15 и 20°C. Именно эта особенность сделала данный механизм столь популярным, так как с учетом типичного профиля температуры в облаке она объясняет трипольную структуру распределения плотности заряда.

Недавние эксперименты показали, что многие грозовые облака обладают еще более сложной структурой пространственного заряда (до шести слоев). Восходящие потоки в таких облаках могут быть слабые, но электрическое поле имеет устойчивую многослойную структуру. Вблизи нулевой изотермы (0 °С) здесь формируются достаточно узкие (толщиной в несколько сотен метров) и стабильные слои пространственного заряда, во многом ответственные за высокую молниевую активность. Вопрос о механизме и закономерностях образования слоя положительного заряда в окрестности нулевой изотермы остается дискуссионным. Разработанная в ИПФ модель, основанная на механизме разделения зарядов при таянии ледяных частиц, подтверждает формирование слоя положительного заряда при таянии ледяных частиц вблизи нулевой изотермы на высоте около 4 км. Расчеты показали, что за 10 минут образуется структура поля с максимумом около 50 кВ/м.

Как происходит разряд молнии?

Существует несколько теорий. Недавно был предложен и исследован новый сценарий молнии, связанный с достижением облаком режима самоорганизованной критичности. В модели электрических ячеек (с характерным размером ~1—30 м) со случайно растущим в пространстве и времени потенциалом отдельный мелкомасштабный пробой между парой ячеек способен вызвать «эпидемию» внутриоблачных микроразрядов — разыгрывается стохастический процесс фрактальной «металлизации» внутриоблачной среды, т.е. быстрый переход облачной среды в состояние, напоминающее обьемную паутину из динамичных проводящих нитей, на фоне которых и формируется видимый глазом канал молнии — проводящий плазменный канал, по которому переносится основной электрический заряд

По некоторым представлениям, разряд инициируют высокоэнергетические космические лучи, которые запускают процесс, получивший название пробоя на убегающих электронах. Интересно, что наличие ячеистой структуры электрического поля в грозовом облаке оказывается существенным для процесса ускорения электронов до релятивистских энергий. Случайно ориентированные электрические ячейки наряду с ускорением резко увеличивают время жизни релятивистских электронов в облаке благодаря диффузионному характеру их траекторий. Это позволяет объяснить значительную продолжительность всплесков рентгеновского и гамма излучений и характер их взаимосвязи с молниевыми вспышками. Роль космических лучей для атмосферного электричества должны прояснить эксперименты по исследованию их корреляции с грозовыми явлениями. Такие эксперименты ведутся в настоящее время на ТяньШанской высокогорной научной станции Физического института РАН и на Баксанской нейтринной обсерватории Института ядерных исследований РАН.

Отметим также, что разрядные явления в средней атмосфере, коррелирующие с грозовой активностью, получили разные наименования в зависимости от высоты над Землей. Это спрайты (область свечения простирается от высот 50—55 км до 85—90 км над землей, а длительность вспышки составляет от единиц до десятков миллисекунд), эльфы (высоты — 70—90 км, продолжительность менее 100 мкс) и джеты (разряды, стартующие в верхней части облака и распространяющиеся порою до мезосферных высот со скоростью около 100 км/с).

Температура молнии

В литературе можно найти данные, что температура канала молнии при главном разряде может превышать 25 000 °C. Наглядным свидетельством того, что температура молнии может достигать 1700 °С являются найденные на скалистых вершинах гор и в районах с сильной грозовой активностью фульгуриты (от лат. fulgur — удар молнии) — спёкшиеся от удара молнии кварцевые трубки,которые могут быть разнообразной причудливой формы.

На фото фульгурит, найденный в 2006 г. в штате Аризона, США (подробности на сайте www.notjustrocks.com). Появление стеклянной трубочки связано с тем, что между песчинками всегда находятся воздух и влага. Электрический ток молнии за доли секунд раскаляет воздух и водяные пары до огромных температур, вызывая взрывообразный рост давления воздуха между песчинками и его расширение. Расширяющийся воздух образует цилиндрическую полость внутри расплавленного песка. Последующее быстрое охлаждение фиксирует фульгурит — стеклянную трубочку в песке. Фульгуриты, состоящие из переплавленного кремнезёма, обыкновенно представляют собой конусообразные трубочки толщиной с карандаш или с палец. Их внутренняя поверхность гладкая и оплавленная, а наружная образована приставшими к оплавленной массе песчинками и посторонними включениями. Цвет фульгуритов зависит от примесей минералов в песчаной почве. Фульгурит очень хрупок, и попытки очистить от прилипшего песка нередко приводят к его разрушению. Особенно это относится к ветвистым фульгуритам, образовавшимся во влажном песке. Диаметр трубчатого фульгурита не более нескольких сантиметров, длина может доходить до нескольких метров, находили фульгурит длиной 5-6 метров.

Изучением молнии и вообще атмосферного электричества - это очень интересное и важное научное направление. На эту тему опубликовано множество научных трудов и популярных статей. Ссылка на одну из наиболее исчерпывающих обзорных работ приводится в конце нашей заметки.

В заключение хочется отметить, что молнии — серьёзная угроза для жизни людей. Поражение человека или животного молнией часто происходит на открытых пространствах так как электрический ток идёт по кратчайшему пути «грозовое облако-земля». Часто молния попадает в деревья и трансформаторные установки на железной дороге, вызывая их возгорание. Поражение обычной линейной молнией внутри здания невозможно, однако бытует мнение что так называемая шаровая молния может проникать через щели и открытые окна. Обычный грозовой разряд опасен для телевизионных и радиоантенн, расположенных на крышах высотных зданий, а также для сетевого оборудования.

Почему гремит гром вроде бы и все знают, но вот объяснить данный факт как-то сложно. Конечно, мы не древние люди и в гнев богов, по крайней мере, в данном его проявлении уже не верим. Все в природе, в том числе и гром, имеет свою естественную причину.

Немного истории

Безусловно, грозовые облака выглядят внушительно и даже в некотором роде грозно. А когда их разрезает ослепительный блеск молнии и слышится массивный раскат грома, воочию становится видимой вся сила природных явлений. В такие моменты человек особенно остро ощущает свою ничтожность. Но это было по большей части от того, что люди не знали причин происходящего. Они придумали божество, которое в такой способ показывало человечеству свой гнев. О пантеоне богов какой цивилизации бы не шла речь, но везде был свой громовержец и он всеми верховодил, был сильнейшим из богов. Сейчас ни в одной из мировых религий нет указания на то, что данной природное явление имеет под собой сверхествеетсвенную основу. Люди изучили и объяснили все, чего боялись веками.

Почему в природе бывает гром?

Итак, гром среди ясного неба – это не более, чем метафорическая фраза. Такого на самом деле нет, это нонсенс. Следовательно, он неразрывно связан с грозой и соответствующим типом облаков. Выделяют несколько различных типов облаков – это перламутровые, перистые, перисто-кучевые и кучевые. Они все различаются между собой внешне и по особенностям строения. Именно грозовое облако, как правило, возникает в процессе столкновения различных масс воздуха. В таком виде облака, особенно в верхней части его, образуется большое количество мельчайших ледяных кристалликов. Благодаря такому процессу вся верхняя часть облака начинает покрываться специфической белой пеленой, да и само облако медленно, постепенно приобретает все более темный, словно свинцовый окрас.

Ну вот, так сказать, почва для молнии и неизменно сопровождающего ее грома уже готова. Капельки воды точечно касаются иголочек льда и частиц воздуха, в результате всего этого они быстро электризуются. Когда же вода вместе со льдинками становится довольно тяжелой, чтобы преодолевать сопротивление из воздуха, она начинает падать вниз, тем самым перенося свой отрицательный заряд из верхней уже в нижнюю часть грозового облака. Так идет дождь. Происходит параллельное скопление отрицательны зарядов внизу и положительных в верхней части грозовой тучи. Немного вспомнив некоторые школьные уроки по физике, можно без особого труда догадаться, что происходит затем: верхушка и низ облака начинают с возрастающей силой притягиваться друг к дружке. Так возникает напряжение, порой просто колоссальной мощности в десятки или даже сотни миллионов вольт, собственно, оно и порождает искру – то, что мы называем молния. Она тут же устремляется к земле. Но при этом она сильно разогревает вокруг себя воздух, все же ее температура бывает и 25 000 °C, и тем самым создает давление. Как только она прошла, воздух опять сжимается. Но это сжатие сопровождается как бы треском. Это и есть гром. Мы слышим его волнами, так сказать, раскатами, ведь из курса физики в школе помним, что звуковая волна не единожды отражается от поверхности, как облаков, так и земли. Между светом и звуком немного времени имеется. Это просто скорость звука.

А знаете ли вы?

• Жираф считается самым высоким животным в мире, его рост достигает 5,5 метров. В основном за счет длинной шеи. Не смотря на то, что в […]
• Многие согласятся с тем, что женщины в положении становятся особенно суеверными, они больше других подвержены всяческим поверьям и […]
• Редко можно встретить человека, который бы не находил розовый куст красивым. Но, при этом, общеизвестно. Что такие растения довольно нежны […]
• Кто с уверенностью скажет, что не знает о том, что мужчины смотрят порнофильмы, самым наглым образом соврет. Конечно же, смотрят, просто […]
• Крылатое выражение «дело – труда» говорит о том, что все кончено. На самом деле это имело смысл ранее, когда ситуация с дымящей печью […]
• Нет, наверное, в просторах всемирной паутины такого сайта автомобильной тематики или такого автофорума, на котором бы не задавали вопрос о […]
• Смех и слезы, а точнее, плач, являют собой две прямо противоположные эмоции. О них известно то, что обе они являются врожденными, а не […]