Co wywołuje błyskawice i grzmoty?

Co wywołuje błyskawice i grzmoty?

Błyskawica jest wyładowaniem elektrycznym o bardzo dużym natężeniu. Przenosi w kierunku Ziemi ujemne ładunki elektryczne. Przepływ ładunków może odbywać się wewnątrz chmury albo pomiędzy chmurą i powierzchnią gruntu. W danym momencie na naszej planecie jest 1500-2000 aktywnych burz, dających około 6000 błysków na minutę. Prawie 250 lat od czasów Beniamina Franklina, amerykańskiego naukowca, który udowodnił że, błyskawica jest formą elektryczności, nadal pozostaje wiele nie wyjaśnionych zagadnień związanych z elektrycznością atmosferyczną.
Aby zapoczątkować lawinę elektronów, które dadzą początek uderzenia błyskawicy, potrzebna jest w chmurze burzowej różnica potencjałów około 1 miliona woltów/metr. Ten potencjał chmura burzowa wytwarza w ciągu tylko pół godziny. Jest to rezultat istnienia silnych występujących i zastępujących prądów powietrza.
Warunkiem powstania pola elektrycznego chmury jest występowanie dużych kropel deszczu, gradzin, bryłek lodu, które wędrując w chmurze zderzają się, a rozpadając wytwarzają ładunki elektryczne. Spadający strumień zyskuje ładunek ujemny, podczas gdy unoszący się – ładunek dodatni. Skutkiem tego ładunki ujemne gromadzą się w dolnej części chmury, ładunki dodatnie zaś – u jej wierzchołka.
W momencie wyładowania iskra zaczyna wędrować z chmury do Ziemi, przenosząc ujemny ładunek elektryczny i pozostawiając za sobą kanał silnie zjonizowanego powietrza o średnicy 1-5 cm. Dowodem jest kształt pochodzący z uderzenia błyskawicy w piasek tzw. pioruniaków (fulgurytów) – stopionej w rurkowatej dziurce krzemionki. Kiedy błyskawica uderzy w wilgotne obiekty, takie jak: drzewo, droga, ściana, efekt cieplny jest tak duży, że wilgoć w nich zawarta może zagotować się gwałtownie rozrywając obiekt na kawałki.

Niebezpieczne błyskawice
Spływające w dół elektrony lub wyładowanie wstępne (lider), zwykle szukają najkrótszej i najlepiej przewodzącej drogi do gruntu. Nie tylko wysokie budynki, anteny telewizyjne i drzewa, ale również ludzie będący na otwartej przestrzeni, zwłaszcza trzymający metalowe przedmioty (np. kije golfowe, parasole), są narażeni na niebezpieczeństwo porażenia błyskawicą. Jednym z bezpieczniejszych miejsc chroniących od porażenia błyskawicą jest wnętrze samochodu, ponieważ prąd bezpiecznie spływa do Ziemi po jego metalowej karoserii. Najbardziej niebezpiecznym miejscem schronienia przed burzą są wysokie, samotne drzewa stające na otwartej przestrzeni; błyskawica uderza w drzewo, ponieważ jest ono wysokie, ale rozgałęzienia wyładowania mogą przechodzić przez ciało człowieka, ponieważ jest ono lepszym przewodnikiem elektryczności. Około ¼ ofiar porażenia błyskawicą stanowią osoby, które schroniły się pod samotnym drzewem.
Jedną z ciekawszych form błyskawicy jest błyskawica kulista. Jest to kula rozżarzonego gazu, znajdującego się w ruchu obrotowym, utworzona na drodze dwóch błyskawic liniowych, których wyładowania biegną w przeciwnych kierunkach. Błyskawice kuliste bardzo często przedostają się do mieszkań przez otwarte drzwi, okna i wszelkiego rodzaju szpary.
Objawami istnienia elektryczności atmosferycznego są dodatnie ładunki płynące ku górze z punktowych przedmiotów, takich jak drzewa lub strzeliste wieże kościelne. Mogą być one widziane jako pojedyncze iskierki lub miotełki iskierek. Z tego samego powodu włosy ludzkie mogą stawać do góry.



Co wywołuje zjawiska atmosferyczne?

Drobne cząsteczki powietrza bardziej rozpraszają fale świetlne krótszej długości (znajdujące się w niebieskiej części widma świetlnego) niż większe fale dłuższe (znajdujące się w czerwonej części). To jest powodem niebieskiej barwy nieba. Gdy powietrze zawiera mniej aerozolu, na przykład po deszczu, barwa nieba jest bardziej przyciemniona. Kiedy Słońce znajduje się tuż nad horyzontem, jego światło przechodzi przez grubszą, zapyloną atmosferą. cząsteczki pyłu i kurzu intensywniej rozpraszają fale dłuższe, powodując, że rano i wieczorem niebo ma zabarwienie czerwonawe. Krople, z których składają się chmury i mgły o średnicach większych niż długości fal świetlnych, rozpraszają je równomiernie i powodują, że niebo jest białe.
W czasie zachodu Słońca tuż nad horyzontem można zaobserwować zielony błysk (tzw. zielony płomień). Zjawisko to powstaje w wyniku różnego rozpraszania i załamywania się fal świetlnych o różnej długości. Fala o długości odpowiadającej barwie zielonej załamuje się w atmosferze bardziej niż fale barwy czerwonej – dlatego znika ostatnia. Pasmo światła niebieskiego zostało rozproszone przez molekuły powietrza i dlatego wcześniej zniknęło z pola widzenia.

Atmosferyczny pryzmat
Kiedy światło słoneczne przechodzi przez krople deszczu, zachodzą w nich zjawiska załamania, rozszczepiania i odbicia światła widzialnego w widmo kolorów od niebieskiego do czerwonego tworząc tęczę. Tęcze tworzą się parami. W pierwotnej tęczy barwa czerwona znajduje się w zewnętrznym zakrzywieniu; w tęczy drugiej – barwa czerwona jest w łuku wewnętrznym. Pomiędzy tymi dwoma tęczami rozproszone niewielkie ilości światła tworzą zaciemnienie nazywane łukiem Aleksandra. Niekiedy w łuku pierwszej tęczy widoczne są bledsze kolory: różowy, zielony i fioletowy – jest to spowodowane wzajemnym nakładaniem się fal świetlnych, docierających do oka obserwatora. Kiedy fazy fal świetlnych są przesunięte (wierzchołek jednej fali nakłada się na dolinę drugiej) barwy znoszą się wzajemnie; gdy fazy zbiegają się (wierzchołki i doliny nakładają się) intensywność kolorów wzmacnia się.

Gloria
Odbicie fal świetlnych w atmosferze mogą wywołać piękne zjawiska. Osoby stojące na wzgórzu, mające za plecami Słońce, rzucają na zalegającą w dolinie mgłę cień, który jest otoczony barwnym lub białym pierścieniem – jest to gloria. Także cienie na czubkach chmur, widzianych z samolotu lecącego nad nimi, mogą być otoczone kolorowymi pierścieniami utworzonymi na skutek załamującego się światła. Zjawisko to powstaje w wyniku dyfrakcji promieni świetlnych na kropelkach tworzących chmurę lub mgłę. Zjawisko to może być jeszcze bardziej efektowne, gdy cień obserwatora jest powiększony – nazywa się je wtedy zjawiskiem Brockenu.

Mnożące się słońce
Odbicie i załamanie promieni słonecznych przez kryształki lodu zawarte w chmurze może utworzyć zjawisko halo. Są to białawe lub barwne pierścienie, łuki, słupy, krzyże lub świetliste plamy. Te świetliste plamy, o promieniu 22, pojawiają się na lewo lub prawo od Słońca lub Księżyca i są zwane pozornymi słońcami lub księżycami. Kiedy kryształki lodu działają jak lustro, tworzą jasną kolumnę światła-słupy- rozciągającą się nad Słońcem. Ten słup jasnego światła może być nawet widoczny przez pewien czas po zachodzie Słońca.