1.Wyładowania atmosferyczne

Początek wyładowaniom atmosferycznym dają zakłócenia cyrkulacji atmosfery, które pojawiają się w zależności od pory roku i miejsca na kuli ziemskiej, z większą lub mniejszą częstotliwością. Ogromne rozmiary chmur burzowych, powodują szybkie skraplanie się zgromadzonej w nich pary wodnej. W tych groźnych chmurach ścierają się ze sobą prądy ciepłego i zimnego powietrza, czego oznaką są porywiste wiatry, ulewne deszcze, grzmoty, błyskawice, a nawet grad. Czyli wszystko to, co kojarzy nam się z burzami. W dawnych czasach, póki naukowcy i obserwatorzy nie odkryli mechanizmów rządzących powstawaniem burz i wyładowań atmosferycznych, ludzie uważali je za zjawiska nadprzyrodzone. Co w połączeniu z ich gwałtownym przebiegiem budziło grozę i przerażenie. Dzisiaj wiemy już, że wyładowania atmosferyczne, mimo swej spektakularności oraz często niszczycielskiej siły, są również źródłem wielkiej energii. Jeżeli nauczymy się ją przechwytywać i wykorzystywać, to będzie to jak odkrycie "drugiej twarz" wyładowań - jako "potworów" przynoszących niewymierne korzyści energetyczne.

2. Powstawanie burzy.

Zwiastuny burzy:

  • szybkie pojawianie się ogromnych, czarnych chmur burzowych
  • porywisty, chłodny i wilgotny wiatr
  • niepokój, a nawet ucieczka z danego terenu zwierząt.

Szokujący jest fakt, że na całej kuli ziemskiej w każdej chwili istnieje 44 tys. burz, a na dodatek istnieją przedziwne zależności miedzy nimi, które powodują, że, jeśli jedna burza cichnie to druga rodzi się w odległości 1500 km. Samo zjawisko trwa od kilku minut do ok. 2,5 godziny i częściej powstaje nad lądem niż nad wodami.

Etapy powstawania burzy:

  • Wstępujący prąd ciepłego powietrza unosi go wysoko ponad powierzchnię ziemi, gdzie powietrze to rozszerza się i ochładza. Jeśli zawiera ono duże ilości pary wodnej, to następuje jej skroplenie. A w przypadku silnego, gwałtownego schłodzenia krzepnięcie w kostki lodu. W ten sposób tworzą się ogromne chmury burzowe- o nazwie cumulonimbus.
  • Chmura umacnia się w kolejne porcje wody i lodu, powiększając się głównie w kierunku pionowym, aż do wysokości ok.12km. Tak wielka masa wody i lodu, osiąga w pewnym momencie maksimum swojej pojemności i gwałtownie spada na powierzchnię Ziemi. Opady powodują powstawanie prądów zstępujących, zsuwających duże masy zimnego powietrza w kierunku powierzchni Ziemi.
  • W wyniku walki prądów wstępujących i zstępujących powstają wyładowania atmosferyczne (patrz poniżej).
  • Gdy zaczynają dominować prądy zstępujące, tłumią one dopływ ogrzanego i wilgotnego powietrza do chmury, opady słabną, a wyrównywanie się temperatury chmury i otaczającego ją powietrza prowadzi do rozmycia chmury i jej rozdrobnienia.

Z reguły burze nie zachodzą w pojedynczych chmurach, ale ich zespołach, co powoduje spotęgowanie już i tak gwałtownych walk prądów wstępujących ze zstępującymi, które zachodzą w każdej z chmur osobno.

3. Jak powstają pioruny:

Chmury burzowe niosą w sobie ogromne ilości ładunków elektrycznych, zadziwiające jest to, że w nieznany nam do tej pory sposób ładunki te są porozdzielane - na grupy ładunków dodatnich i ujemnych. Ładunki dodatnie kumulowane są przeważnie w górnych warstwach chmur, a ujemne w dolnych. W ten sposób tworzą się napięcia pola elektrycznego, zarówno między fragmentami chmur, jak i chmurami i powierzchnią Ziemi. Napięcia wewnątrz chmur są rozładowywane poprzez wyładowania iskrowe - nazywane błyskawicami płaskimi, natomiast między chmurami, a Ziemia w postaci błyskawic piorunów. A nieodłącznie towarzyszące tym zjawiskom huk i trzask nazywamy grzmotem.

Etapy powstawania pioruna:

  • Krople wody i kryształki lodu przemieszczane w chmurach burzowych przez ścierające się prądy powietrza, uderzają o siebie i wytwarzają ładunki elektryczne o wielkiej mocy. Pociąga to za sobą konsekwencje - powierzchnia Ziemi indukcyjnie ładuje się ładunkiem dodatnim.
  • Ujemne ładunki, zakumulowane w dolnej części chmur są przyciągane przez dodatnie ładunki, którymi naładowana jest powierzchnia Ziemi. Zrównoważeniu tych ładunków początkowo przeszkadza powietrze, będące świetnym izolatorem.
  • Wzrasta napięcie między chmurami i Ziemią. W pewnym momencie ładunki ujemne w chmurach "nie wytrzymują" napięcia (ok. 100 mln V) i spadają na Ziemię. Wszystko to jednak dzieje się w dwóch etapach i w ustalonym porządku, w celu przeniesienia ładunków ujemnych na Ziemię.
  • Wyładowanie liderowe - pilotujące: w kierunku powierzchni Ziemi wysuwa się pierwsza porcja ładunku ujemnego - tzw. ładunek pilotujący (przewodni, lider), tworzy on za sobą rozgałęziony kanał - zygzakowaty - o średnicy do 5 cm, w którym powietrze ulega silnej jonizacji. Pierwsza część wyładowania zazwyczaj nie dociera do samej powierzchni Ziemi, ale reszta ładunków ma "wyznaczony" szlak podróży.
  • Wyładowanie wstępne: Pędzą one w dół, powodując rozprzestrzenianie się rozgałęzień, aż do momentu, gdy któreś z nich dotknie powierzchni Ziemi. W zaledwie 0,0001s ładunki ujemne osiągają swój cel. A ich przepływ ponad 1000 razy przewyższa przepływ ładunków w domowej sieci elektrycznej.
  • Wyładowanie powrotne: wzdłuż tego samego kanału, ale tym razem w górę, biegnie wyładowanie transportujące do wnętrza chmury ładunki dodatnie nazywane prądami powrotnymi.
  • Proces zachodzenia wyładowań wstępnych na przemian z wyładowaniami powrotnymi jest powtarzany kilkakrotnie i to w czasie krótszym niż jedna sekunda, aż zgromadzone w chmurze ładunki zostaną zneutralizowane.

Dlaczego widzimy pioruny? Błyskawice piorunów są bezbarwne, a mimo to je widzimy. Jest to możliwe dzięki temu, że piorun rozgrzewa powietrze, a ono podobnie jak inne substancje rozgrzane do temperatury przekraczającej 8000C emitują światło czerwone, które z dalszym wzrostem temperatury przechodzi w barwę białą. Wyraźnie uzmysławia nam to fakt, że temperatura pioruna niekiedy przekracza nawet 25 0000K - czyli czterokrotnie więcej niż temperatura na powierzchni Słońca. Kontakt np. drzewa z taką temperaturą powoduje rozerwanie jego pnia wskutek gwałtownej sublimacji jego soków w parę. Pozostałe właściwości pioruna również budzą podziw:

  • długość wynosi średnio ok. 1 km, ale widywano pioruny o długości ponad 20km,
  • różnica napięcia pomiędzy chmurami, a powierzchnią ziemi dla przeciętnego pioruna może przekraczać nawet wartość milionów woltów (średnio kilkaset milionów)- zależy ono również od zanieczyszczeń, temperatury i ciśnienia powietrza, a także intensywności opadów,
  • moc pioruna sięga od 1000 do 2000 kWh,
  • każdego dnia co 1s w ziemię uderza do 100 piorunów,
  • ilość burz w ciągu roku w znacznej mierze zależy o położenia regionu na kuli ziemskiej - na jawie ok. 222 - 322 dni burzowych, w Polsce ok. 36, a w Kalifornii tylko ok.8 dni.
  • godzinie polskiej burzy towarzyszy ok. 65 piorunów, natomiast w krajach tropikalnych liczba ta sięga aż 10 000.

4. Powstanie grzmotu?

Wiemy już, że temperatura wewnątrz pioruna jest przeważnie ok. 4 - 5 razy wyższa od temperatury Słońca. Powoduje to gwałtowne ogrzanie powietrza wzdłuż zygzaka pioruna. Gdy temperatura powietrza wzrasta, powietrze rozszerza swą objętość, a chcąc wyrównać ponownie ciśnienie rozprzestrzenia się we wszystkich kierunkach z ponaddźwiękową prędkością. Wytwarza przy tym drgania, które my odbieramy jako grzmot (dudnienie, huk. Gdy piorun uderzy stosunkowo blisko nas, to grzmot przypomina odgłos wybuchu, natomiast z większej odległości rozchodzi się w postaci charakterystycznego łoskotu.

Ponieważ światło ma większą prędkość rozchodzenia się niż dźwięk, umożliwia nam to określenie naszej odległości od miejsca uderzenia pioruna. Odległość tę wyrażoną w kilometrach otrzymujemy poprzez podzielenie liczby sekund upływających między błyskiem, a grzmotem przez 3.

5. Rodzaje piorunów:

  • liniowe - zygzakowate
  • paciorkowe (łańcuchowe) - są łańcuszkami złożonymi z wielu punktowych źródeł światła. Do tej pory nie znamy mechanizmu ich powstawania,
  • kuliste - to najbardziej niebezpieczne i nadal nie do końca poznane pioruny. Mają one kształt kuli o średnicy dorównującej średnicy piłki do futbolu. Widywano również pioruny kuliste o nieco innym kształcie, przypominającym owalny dysk lub krople, czasem z wydłużonym "ogonem". Inne charakterystyczne cechy tych piorunów, to emisja iskier lub ognistych płomieni. Ich powierzchnia może być gładka lub poszarpana, mogą się również wydobywać z niej dymy i iskry. Pioruny kuliste mają ciekawą kolorystykę - mienia się barwami czerwieni, żółci i pomarańczu. Niestety mogą być bardzo niebezpieczne i siać zniszczenie, a nawet śmierć. Jest to spowodowane kilkoma ich własnościami - pojawiają się nagle podczas burzy lub nawet przy spokojnym deszczu, poruszają się z prędkością ok. 2 m/s, i gwałtownie zmieniają kierunek lotu "wyczuwając" ruch w powietrzu, potrafią wedrzeć się do domu nie tylko przez uchylone okna, czy otwory kominowe, ale nawet przez ścianę czy szybę. Zbudowane są z gorącej plazmy. Mogą wybuchnąć nawet przy lekkim zetknięciu się z powierzchnią przedmiotów. Ich wybuch jest szczególnie niebezpieczny w zamkniętych pomieszczeniach, gdyż przypomina wtedy wybuchu petardy - na otwartej przestrzeni wybucha bez przynoszenia obrażeń, ale eksplodując np. w pudełku lub zaciśniętej dłoni powoduje uszkodzenia. Pioruny kuliste są bardzo niebezpieczne również w czasie lotu - np. stopić metal (szczególnie niebezpieczne dla przewód elektrycznych, samolotów, anten satelitarnych i telewizyjnych, masztów radiowych, itp.), uszkodzić asfalt, wypalić dziury w barierach stojących na trasie jego lotu.

6. "Spotkania" człowieka z piorunem

Człowiek od wieków bał się piorunów i niestety również niejednokrotnie ponosił śmierć rażony jego niszczycielską siłą. Tak jest niestety do dziś. Ludzie giną od piorunów, albo też zostają przez nie porażeni. W Stanach Zjednoczonych, co roku ginie z tego powodu około sto osób. Moc pioruna budzi przerażenie swoją ogromna wartością, sięgającą nawet setek tysięcy megawatów. Może spowodować zatrzymanie akcji serca, zaburzenia pracy innych organów wewnętrznych, a nawet rozległe udary cieplne, do spopielenia włącznie. Zazwyczaj po uderzeniu pioruna uszkodzone są czasowo oczy, a od grzmotu pękają bębenki.

Jeśli uda nam się kiedyś "okiełznać" tę ogromną moc piorunów, nie tylko poczujemy się bezpieczniejsi, ale zdobędziemy nowe, naturalne źródło ogromnej energii.

7. Jak zachowywać się w czasie burzy?

- bez konieczności nie opuszczać domu, czy też wewnątrz bezpiecznego schronienia, w którym znajdujemy się w momencie nadejścia burzy.

- Oddalić się na znaczną odległość od metalowych przedmiotów i urządzeń - ponieważ one ściągają wyładowania elektryczne. Wyrzucić również metalowe przedmioty, które mamy ze sobą.

- chronić dostęp do łatwopalnych materiałów

- Należy wyłączyć wszystkie urządzenia produkujące fale elektromagnetyczne - telefony komórkowe, radia, krótkofalówki! Urządzenia te mogą ściągnąć pioruny. .

- W czasie podróży samochodem, pozostać w środku, gdyż samochód bardzo dobrze zapewnia bezpieczeństwo w czasie burzy

- gdy burza zaskoczy nas na otwartej przestrzeni należy kucnąć, ale tak aby mieć jak najmniejszy kontakt z ziemią. Nie wolno na niej siadać, ani się kłaść. Bardzo ważne jest, aby odsunąć się od wszystkich wysokich obiektów.

- Będąc nad wodą, należy natychmiast opuścić zbiorniki wodne i oddalić się od ich miejsca występowania (tylko bardzo czysta chemicznie woda nie przewodzi prądu!)

- Nie wolno chować się pod drzewami, gdyż mogą przewodzić prąd,

- zakończyć pracę z urządzeniami elektrycznymi, ochroni to nas od "ściągnięcia" pioruna a urządzenia od uszkodzenia.

- Gdy ładunki elektryczne dają się wyczuć w powietrzu, należy natychmiast przykucnąć na ziemię, aby nie stać się ofiarą pioruna.

- Unikać stania w grupach, należy jak najbardziej się rozproszyć.

- Wyłączyć telefony komórkowe,

- Odsunąć się od okien, kominków i otworów wentylacyjnych.

- Zawsze jak najszybciej szukać schronienia w zagłębieniach terenu (dolina, fosa), w pomieszczeniach czy nawet niszach skalnych.

Jak chronić się przed piorunami kulistymi?

  • przede wszystkim należy nie panikować,
  • unikać gwałtownych ruchów, nie uciekać, ale delikatnie odsunąć się od pioruna, tak aby uniemożliwić mu kontakt z ciałem
  • jeżeli piorun zbliża się do nas, należy spróbować zasłonić się od niego izolatorem elektrycznym - np. gazetą, piorun może się od niej odbić lub do niej przykleić. W razie przyklejenia trzeba spróbować łagodnie odstawić go na ziemię
  • nie wolno uderzać go przedmiotami, gdyż każda taka ingerencja w jego strukturę może skończyć się wybuchem
  • należy pamiętać, ze porusza się pod wiatr i reaguje na ruch powietrza i innych ciał.