Spis treści:

Jak powstaje burza?

Do powstania burzy dochodzi, gdy masy ciepłego i wilgotnego powietrza unoszą się, a potem zderzają z masami zimnymi i suchymi. Efektem tego jest ochłodzenie się ciepłego powietrza oraz jego zamiana w parę wodną, która następnie skrapla się i częściowo zamarza. Schłodzone w ten sposób powietrze opada w dół, a tam znów się nagrzewa i ponownie unosi się w górę. Takie wznoszenie i opadanie mas powietrza prowadzi do powstania chmur konwekcyjnych, z których niektóre (np. cumulonimbusy) mogą powodować gwałtowne zjawiska atmosferyczne, zwane burzą.

Przeczytaj również: Jak powstaje burza i co przyciąga pioruny?

Jak działa piorun?

Wewnątrz chmury burzowej wieje silny wiatr, który sprawia, że cząsteczki wody i lodu o siebie trą, co skutkuje ich elektryzowaniem się. Gdy liczba ładunków elektrycznych staje się duża, musi nastąpić rozładowanie tej energii, które polega na przepływie prądu między chmurą a ziemią lub między dwoma chmurami. Zjawisko to nazywane jest piorunem.

Piorun przemieszcza się po najkrótszej drodze między chmurą a ziemią. Jego uderzeniu może towarzyszyć grom dźwiękowy, który potocznie nazywany jest grzmotem, oraz zjawisko świetlne, określane błyskawicą. Większa część energii pioruna rozładowuje się już powietrzu, rozpraszając się w nim w postaci ciepła. Reszta wyładowania następuje w miejscu uderzenia łuku elektrycznego w powierzchnię ziemi. Takie wyładowanie może być niebezpieczna dla znajdujących się blisko tego miejsca ludzi oraz urządzeń elektrycznych.

Jak działa piorunochron?

Z powodu negatywnych skutków uderzania piorunów w ziemię, naukowcy od wielu lat pracowali nad wynalazkiem, który mógłby chronić od gromów ludzi oraz należące do nich budowle i sprzęty. Znaną i używaną powszechnie do dziś konstrukcję piorunochronu zaprojektował w XVIII wieku Benjamin Franklin, a pierwszą taką ochronę przeciwgromową zainstalowano w 1752 roku w Filadelfii.

Jak działa piorunochron? Ma on za zadanie przejąć piorun i „odprowadzić” go w miejsce, w którym będzie mogło nastąpić jego bezpieczne wyładowanie. Piorunochron najczęściej ma formę ostrego, metalowego elementu, który wystaje poza dach lub ściany budynku i ściąga do siebie pioruny, by nie uderzały one w inne, znajdujące się w pobliżu elementy (np. dach domu). Gdy piorun uderza w piorunochron, jest odprowadzany przez ciągnący się od piorunochronu układ zwodów pod ziemię, do tzw. uziomu (mogą nim być metalowe części podziemne np. rurociągów wodnych), gdzie następuje bezpieczne wyładowanie.  

W dachy budynków, które nie mają takiego zabezpieczenia, piorun może uderzyć bezpośrednio i wówczas energia wyładuje się nie pod ziemią, a właśnie na częściach budynku, co może zaprowadzić do pożaru lub uszkodzeń instalacji elektrycznej czy urządzeń podłączonych do prądu. Warto pamiętać, że piorun uderza z natężeniem nawet kilkunastu tysięcy amperów, a powietrze, w którym płynie, osiąga temperaturę bliską 30 tysiącom stopni Celsjusza, zatem może on wyrządzić wiele szkód.

Przeczytaj również: W tym miejscu burza trwa przez 300 dni w roku. Poznaj burzowe rekordy świata

Laser, czyli piorunochron na miarę XXI wieku

Od 270 lat, czyli od momentu, w którym Benjamin Franklin wymyślił piorunochron, tego typu ochrona przeciwgromowa jest powszechnie używana, a jej konstrukcja praktycznie się nie zmienia. Choć wynalazek ten stosunkowo dobrze działa, to ma jednak pewne ograniczenia – chroni niewielki teren, a zasięg jego ochrony jest zależy od tego, ile mierzy (tj. tradycyjny piorunochron o wysokości 10 m, gwarantuje ochronę terenu o promieniu ok. 10 metrów od siebie). Naukowcy od kilkudziesięciu lat prowadzą badania nad innymi sposobami ujarzmiania piorunów, jednak dopiero w minionym roku udało im się znaleźć nowe rozwiązanie.  

W połowie stycznia 2023 roku w czasopiśmie akademickim „Nature Photonics” zostały opublikowane wyniki badań, związanych z użyciem laserów do przekierowywania piorunów. Eksperyment wykonali naukowcy m.in. z Uniwersytetu Genewskiego i École Polytechnique w Paryżu. Latem na górze Säntis w Szwajcarii podczas burzy skierowali w niebo promień lasera. Okazało się, że gdy z wiązką jego światła spotkał się piorun, to został on przez nią przesunięty na odległość aż 50 metrów!  




Zdaniem naukowców, w przyszłości tego typu technologia może zastąpić zwykłe piorunochrony. Wiązka laserowa może być bowiem dłuższa od tradycyjnej instalacji przeciwgromowej i pozwala na skierowanie pioruna w wyznaczony przez nas kierunek, co zapewnia budynkom i ludziom lepszą ochronę.

Czy lasery niebawem zastąpią piorunochrony?

Droga do zastąpienia tradycyjnych piorunochronów przez lasery może być jednak długa, o czym decydują przede wszystkim kwestie ekonomiczne. Założenie tradycyjnej instalacji odgromowej w domu jednorodzinnym to koszt zaledwie kilku tysięcy złotych, natomiast cena lasera, który wykorzystano do badań, wyniosła aż dwa miliardy dolarów. Zatem w najbliższej przyszłości tego typu zaawansowaną metodę ochrony przed piorunami będzie się wykorzystywać głównie w większych kompleksach np. bazach wojskowych, lotniskach, fabrykach czy elektrowniach. Być może jednak za parędziesiąt lat „laserowe piorunochrony” zaczną być wykorzystywane również komercyjnie.

oprac. Joanna Cwynar


Rozwiąż nasze quizy:

Czy popełniasz te typowe błędy ortograficzne? Rozwiąż QUIZ z języka polskiego

QUIZ ze znajomości Polski. Wiesz, gdzie to jest?

Test z wiedzy ogólnej. Uczeń podstawówki nie ma z nim problemu, a ty?