Молния
Конечно, сегодня мы значительно больше знаем о том, как рождаются грозовые облака, почему сверкают молнии и гремит гром. И все же нельзя сказать, что природа этих явлений до конца ясна, еще много здесь странного, необъяснимого, загадочного.
Однако сейчас каждый школьник знает, что вода, испаряясь с поверхности Земли, поднимается в виде водяного пара в тропосферу. В тропосфере температура воздушных масс значительно ниже, и начинается обратный процесс - конденсационный, то есть из парообразного состояния вода переходит в жидкое состояние - пар превращается в микроскопические капельки воды. Капельки вместе с воздушными потоками продолжают подниматься вверх и расти.
Следующий этап - этап образования заряженных частиц, ученые считают, что их появление в атмосфере связано с прохождением через нее космических лучей, представляющих собой заряженные частицы высоких энергий. Летят они с фантастической скоростью, близкой к световой. Подсчитано, что на каждый квадратный сантиметр поверхности земной атмосферы за секунду падают 2-3 таких частицы. Космические "пришельцы" ионизируют молекулы воздуха, забирая из них электроны, таким образом получаются положительные ионы. Освобожденные электроны прилипают к другим молекулам, электрически нейтральным, и так образуются отрицательные ионы. Отрицательные ионы, будучи более подвижными, находят капли покрупнее и прикрепляются к ним. Получается, что большие капли заряжаются отрицательно, а мелкие - положительно.
Капли, выросшие до нескольких микрон, опускаются ниже под действием силы притяжения Земли и образуют облако. Тяжелые отрицательные частицы занимают нижнюю часть, и нижний слой в целом получает отрицательный заряд. Верхняя часть облака состоит из легких положительных ионов и имеет в целом положительный заряд. Так формируется грозовая туча, потенциал ее отрицательно заряженной нижней части относительно Земли равен сотням миллионов вольт.
Так что же приводит к пробою многометрового воздушного изолятора, почему возникает мощный кратковременный заряд, происходящий то между облаком и Землей, то между двумя облаками, а иногда внутри облака? В принципе, это сложный процесс, в каждом отдельном случае имеющий свои особенности. Рассмотрим упрощенную схему грозового разряда между тучей и равниной. В данной ситуации пробой происходит потому, что в воздухе присутствуют различные примеси, пыль и прочие неоднородности. Первый светящийся комочек, именуемый ступенчатым лидером, чаще всего невидим, но именно он прокладывает путь, по которому потом промчится разряд. Этот комочек движется вниз не по прямой, а по ломаной линии - останавливаясь через каждые 50 метров, и лишь после короткого отдыха, длящегося 50 миллионных долей секунды, продолжает свой путь, совершая еще один шаг, а за ним вновь следует передышка и так далее. Вот, наконец, его длинный путь закончен, лидер касается земли, и прокладка своеобразного проводящего канала, полного отрицательно заряженными частицами, завершена. Теперь отрицательный заряд может покинуть тучу. Самый нижний электрон так и поступает, он переходит на землю, и после его ухода на этом месте появляется положительный заряд, притягивающий отрицательные заряды из высших частей лидера, и так далее. Получается, что молния, которую мы наблюдаем, бьет не в Землю, а от Земли, поэтому этот основной сопровождаемый ярким свечением и выделением тепла в проводящем канале разряд называют возвратным ударом, длительность этого удара всего лишь одна тысячная доля секунды.
Выделение колоссального количества тепла за столь малый промежуток времени вызывает резкий нагрев и быстрое расширение воздуха вокруг проводящего канала, за одну тысячную долю секунды температура воздуха подскакивает до 30 тысяч градусов и, вполне естественно, его расширение при этом носит взрывоопасный характер, рождаются ударные волны, именно эти волны улавливаются нашим слуховым аппаратом и воспринимаются как гром, а так как длина пути молнии очень велика, то ударные волны от различных ее участков поступают не одновременно, так формируются громовые раскаты.
В отдельных случаях молния может ударить по одному проводящему каналу несколько раз. Зарегистрирован экстраординарный случай, когда молния 42 раза прошла по одному и тому же пути. Именно подобного рода явления чаще всего становятся причиной пожаров, и их принято называть затяжными разрядами.
В природе существует несколько типов молний. Чаще всего мы наблюдаем линейную молнию, представляющую собой огненную извилистую полосу с многочисленными ответвлениями. Обычно длина такой молнии 2-3 километра, но иногда ее длина превышает 10 километров. В темных грозовых облаках средних размеров за минуту происходит несколько разрядов, мощность которых составляет несколько сот мегаватт. Исследования показывают, что мощность, выделяемая грозой, пропорциональна пятой степени линейных размеров тучи, то есть если облако будет в 2 раза больше, то вырабатываемая им мощность станет больше в 32 раза. Чаще происходят линейные разряды внутри облака, но мы их не замечаем и думаем, что внутренние молнии редки.
Следующий тип молний - плоский, воспринимается нами как электрическая вспышка на поверхности облака.
Редкая, но интересная молния - четочная, выглядит светящейся пунктирной линией, ее можно наблюдать 1-2 секунды. Происхождение этого вида таково: обычная линейная молния иногда превращается в точную, разделяясь на ряд коротких сверкающих по сок - "четок".
Одним из самых загадочных явлений природы можно считать шаровую молнию - светящееся газовое образование, как правило, сферической формы, хотя она может иметь и форму цилиндра, ленты, жгута. Этот кипящий, искрящийся огненный сгусток может достигать в диаметре одного метра, существует он около 5-15 секунд. Двигается шаровая молния плавно, может не только лететь по воздуху, но и катиться по земле или полу, иногда перемещается с устрашающим шипением и свистом.
Шаровая молния появляется всегда неожиданно на улице или внутри помещения, иногда прямо на глазах рождается буквально "из ничего". Бывает, она каким-то непостижимым образом выходит из самых обычных бытовых предметов: радиоприемников, антенн, телефонных аппаратов и так далее. Но самое удивительное, что это странное, как нам кажется, неживое творение природы способно "чувствовать" открытые двери и окна, если они закрыты, оно находит другие лазейки и проникает в помещения через самые маленькие отверстия и щели. Шаровые молнии наблюдали даже внутри самолетов, находившихся в полете.
В 90 случаях из 100 шаровые молнии образуются во время сильных гроз, сразу после ударов линейных молний, часто этот тип молнии появляется при извержениях вулканов и во время торнадо.
Завершает свое существование это чудо природы по-разному: иногда просто постепенно гаснет, иногда рассыпается на части. Самый опасный вариант ее смерти - взрыв; он бывает очень сильным и способен привести к гибели людей. Прикосновение огненного шара к человеку оставляет на его теле следы, напоминающие результат воздействия высоковольтного напряжения.