что первично гром или молния
Гром и молния: что об этом нужно знать
В теплое время года довольно часто бывают грозы ‑ впечатляющие природные явления, тем не менее, вызывающие не только любопытство, но и страх. Во время грозы между облаками и Землей возникают электрические разряды, которые хорошо видно и слышно: молния наблюдается в виде ветвящихся светящихся линий, пронизывающих небо, а несколько позже мы слышим раскатистый звук грома. При этом, как правило, наблюдается ливневый дождь, сопровождающийся шквальным ветром и градом. Гроза является одним из наиболее опасных атмосферных явлений: только наводнения связаны с большим, чем у гроз количеством человеческих жертв. Интерес к изучению природного электричества возник еще в давние времена. Первым, кто исследовал электрическую природу молнии, был Бенджамин Франклин – американский политический деятель, но вместе с тем ученый и изобретатель. Именно он еще в 1752 году предложил первый проект молниеотвода. Давайте попробуем разобраться, какую опасность несет гроза, и что нужно знать и делать, чтобы себя обезопасить.
Одновременно на Земле действует около полутора тысяч гроз, средняя интенсивность разрядов оценивается как 100 молний в секунду или свыше 8 миллионов в день. По поверхности планеты грозы распределяются неравномерно. Над океаном гроз наблюдается приблизительно в десять раз меньше, чем над континентами. В тропической и экваториальной зоне (от 30° северной широты до 30° южной широты) сосредоточено около 78 % всех молниевых разрядов. Максимум грозовой активности приходится на Центральную Африку. В полярных районах Арктики и Антарктики и над полюсами гроз практически не бывает. Интенсивность гроз следует за солнцем: максимум гроз приходится на лето (в средних широтах) и дневные послеполуденные часы. Минимум зарегистрированных гроз приходится на время перед восходом солнца. На грозы влияют также географические особенности местности: сильные грозовые центры находятся в горных районах Гималаев и Кордильер.
Во время грозы между тучами и Землей возникает огромное напряжение, достигающее значения в 1000000000 В. При таком напряжении воздух ионизируется, превращаясь в плазму, и возникает гигантский электрический разряд с силой тока до 300000 А. Температура плазмы в молнии превышает 10000 °С. Молния проявляется яркой вспышкой света и ударной звуковой волной, которую несколько позднее слышно в качестве грома. Опасна молния еще и тем, что она может ударить совершенно неожиданно, и ее путь может быть непредсказуем. Однако расстояние до грозового фронта и скорость его приближения или удаления можно легко определить при помощи секундомера. Для этого необходимо засечь время между вспышкой света молнии и раскатом грома. Скорость звука в воздухе составляет примерно 340 м/с, поэтому, если вы услышали гром через 10 с после вспышки света, то до грозового фронта примерно 3,4 км. Измеряя таким образом время между вспышкой света и громом, а также время между разными ударами молнии, можно определить не только расстояние до них, но и скорость приближения или удаления грозового фронта:
где 
– скорость звука, 
– время между вспышкой света и громом первой молнии, 
– время между вспышкой света и громом второй молнии, 
– время между молниями. Если значение скорости получится положительным, то грозовой фронт приближается, а если отрицательным – удаляется. При этом необходимо учитывать, что направление ветра не всегда совпадает с направлением движения грозы.
Если все-таки вы попали в грозу, то следует соблюдать ряд простых правил, чтобы себя обезопасить:
Во-первых, во время грозы желательно избегать открытой местности. Молния с большей вероятностью бьет в самую высокую точку, одинокий человек в поле – это и есть та самая точка. Если Вы по какой-то причине остались в поле один на один с грозой, спрячьтесь в любом возможном углублении: канавке, ложбинке или самом низком месте поля, сядьте на корточки и пригните голову. При этом следует помнить, что песчаная и каменная почвы имеют меньшую электропроводность, а значит, они безопаснее, чем глинистая. Не следует прятаться под отдельно стоящими деревьями, так как они в первую очередь подвержены ударам молнии. А если вы находитесь в лесу, то лучше всего прятаться под низкорослыми деревьями с густой кроной.
В-третьих, если гроза застала Вас в машине, то она достаточно хорошо защищает от молнии, так как даже при ударе молнии разряд идет по поверхности металла. Поэтому закройте окна, отключите радиоприёмник и GPS-навигатор. Не следует дотрагиваться до любых металлических деталей автомобиля. Очень опасно во время грозы разговаривать по мобильному телефону. Лучше всего во время грозы его тоже выключить. Были случаи, когда входящий звонок становился причиной попадания молнии. Велосипед и мотоцикл в отличие от машины от грозы вас не спасут. Необходимо слезть, уложить транспорт на землю и отойти на расстояние примерно 30 м от него.
В природе существуют разные виды молний: линейные (наземные, внутриоблачные, молнии в верхней атмосфере) и шаровые молнии – светящиеся плавающие в воздухе образования, уникально редкое природное явление. Если природа линейной молнии ясна и ее поведение более предсказуемо, то природа шаровой молнии до сих пор хранит в себе множество тайн. Несмотря на то, что вероятность поражения человека шаровой молнией мала, тем не менее, она представляет серьезную опасность, так как не существует надежных методов и правил защиты от нее.
Поведение шаровой молнии непредсказуемо. Она может неожиданно появляться где угодно, в том числе в закрытых помещениях. Отмечены случаи появления шаровой молнии из телефонной трубки, электрической бритвы, выключателя, розетки, репродуктора. Достаточно часто она проникает в здания через трубы, открытые окна и двери. Известны случаи, когда шаровая молния проникала в помещение через узкие щели и даже замочную скважину. Размеры шаровой молнии могут быть различными: от нескольких сантиметров до нескольких метров. В большинстве случаев шаровая молния легко парит или катится над землей, иногда подскакивая, но может и зависнуть над поверхностью земли. Как утверждают очевидцы, шаровая молния реагирует на ветер, сквозняк, восходящие и нисходящие потоки воздуха. Но это не всегда так: известны случаи, кода шаровая молния никак не реагировала на потоки воздуха.
Шаровая молния может внезапно появиться и так же внезапно исчезнуть, не нанеся вреда человеку или помещению. Например, может залететь в окно и вылететь из помещения через открытую дверь или дымовую трубу, пролетев мимо Вас. При этом следует знать, что всякий контакт с человеком приводит к тяжелым травмам, ожогам, а в большинстве случаев к смертельному исходу. Поэтому, если вы увидели шаровую молнию, безопаснее всего удалиться от нее на максимально возможное расстояние.
Кроме того шаровая молния часто взрывается. Возникающая при этом ударная воздушная волна может травмировать человека или привести к разрушениям. Например, известны случаи взрывов молний в печках, дымоходах, что привело к серьезным разрушениям. Температура внутри шаровой молнии достигает 5000 °С, поэтому она может стать причиной пожара. Статистика поведения шаровой молнии говорит о том, что в 80% случаев взрывы не были опасны, однако тяжелые последствия все-таки возникали в 10% взрывов.
По предложенному методу мы предлагаем вам рассчитать расстояние до грозового разряда и его скорость, если первый гром был слышен через 20 секунд после наблюдения первой молнии, а второй через 15 секунд после наблюдения второй молнии. Время между молниями составляет 1 минуту.
Автор: Матвеев К.В., методист ГМЦ ДО г. Москвы
Каким образом гремит гром?
Электричество проходит через воздух и приводит частицы воздуха в состояние вибрации. Молния сопровождается невероятно высокой температурой, поэтому воздух вокруг нее также очень сильно нагревается. Горячий воздух расширяется, увеличивая при этом силу и количество вибраций. Что такое гром? Это и есть звуковые вибрации, возникающие при разрядах молнии.
Мы видим молнию прежде, чем слышим гром, потому что свет распространяется быстрее, чем звук. Есть старый миф о том, что считая секунды между вспышкой молнии и громом, можно узнать расстояние до того места, где бушует буря. Однако, с математической точки зрения, это предположение не имеет под собой научного обоснования, так как скорость звука равна примерно 330 метров в секунду.
Таким образом, чтобы гром прошел один километр, ему потребуется 3 секунды. Поэтому более правильным будет посчитать количество секунд между вспышкой молнии и шумом грома, а затем разделить это число на пять, это и будет расстояние до грозы.
Тепло от электричества молнии повышает температуру окружающего воздуха до 27,000°С. Поскольку молния двигается с невероятной скоростью, нагретый воздух просто не успевает расширяться. Нагретый воздух сжимается, его атмосферное давление при этом увеличивается в разы и становиться от 10 до 100 раз больше нормального. Сжатый воздух вырывается наружу от канала молнии, формируя ударную волну сжатых частиц в каждом направлении. Подобно взрыву быстро распространяющиеся волны сжатого воздуха создают громкий, гулкий всплеск шума.
Исходя из того, что электричество следует кратчайшим путем, преобладающее количество молний близки к вертикальным. Однако молния может также разветвляться, вследствие чего меняется и звуковая окраска громового грохота. Ударные волны от разных вилок молнии отскакивают друг от друга, а низко висящие облака и близлежащие холмы помогают создавать непрерывное ворчание грома. Почему гремит гром? Гром вызывается быстрым расширением воздуха, окружающего путь молнии.
Что вызывает молнии?
Молния представляет собой электрический ток. Внутри грозового облака высоко в небе многочисленные небольшие кусочки льда (замерзшие капли дождя) сталкиваются друг с другом, двигаясь в воздухе. Все эти столкновения создают электрический заряд. Через некоторое время целая туча наполняется электрическими зарядами. Положительные заряды, протоны, формируются в верхней части облака, а отрицательные заряды, электроны, образуются в нижней части облака. А как известно, противоположности притягиваются. Основной электрический заряд концентрируется вокруг всего, что выпирает над поверхностью. Это могут быть горы, люди или одинокие деревья. Заряд идет вверх от этих точек и в конечном итоге соединяется с зарядом идущих вниз от облаков.
Что вызывает гром?
Что такое гром? Это звук, который вызывает молния, являющаяся, по сути, потоком электронов, протекающих между или внутри облака, или между облаком и землей. Воздух вокруг этих потоков нагревается до такой степени, что становится в три раза горячее, чем поверхность Солнца. Проще говоря, молнией называется яркая вспышка электроэнергии.
Такое потрясающее и одновременно устрашающее зрелище грома и молнии является сочетанием динамических вибраций молекул воздуха и их нарушения посредством электрических сил. Это великолепное шоу в который раз напоминает всем о могущественной силе природы. Если был слышен грохот грома, скоро блеснет и молния, на улице в это время лучше не находиться.
Гром: забавные факты
Осторожно, молния!
Молния – это довольно опасное природное явление, и лучше от нее держаться подальше. Находясь в помещении во время грозы, нужно избегать воды. Это отличный проводник электричества, поэтому не стоит принимать душ, мыть руки, посуду или стирать. Не стоит пользоваться телефоном, так как молния может ударить по внешним телефонным линиям. Не включать электрическое оборудование, компьютеры и бытовую технику во время шторма. Зная, что такое гром и молния, важно правильно вести себя, если вдруг гроза застала врасплох. Стоит держаться подальше от окон и дверей. Если кого-то ударила молния, нужно позвать на помощь и вызвать скорую.
Молния и гроза
Молнии, возникающие в грозу и ненастье, представляют собой захватывающее и удивительное зрелище. Каждый из нас видел в вечерней дождевой мгле их ослепительные вспышки и слышал внушительные громовые раскаты.
Но мало кто поверит, что гроза — одно из наиболее опасных для человека явлений природы. Да-да, именно гроза, а не цунами, пожары, землетрясения или извержения вулканов.
Удивительно, но по количеству официально зарегистрированных смертельных случаев лишь последствия наводнений бывают более трагическими и приводят к большим человеческим жертвам. Так что люди, панически боящиеся грозы с молнией и провоцирующие тем самым насмешки со стороны, во многом правы. С грозой всегда следует быть начеку!
Что же такое гроза?
Чаще всего грозы зарождаются в недрах больших кучево-дождевых облаков и сопровождаются не только громом и молниями, но и ливнями, шквальными порывами ветра, а нередко и градом. По сути, гроза — это образование сверхмощных электрических разрядов (молний) между облаками и поверхностью земли либо внутри самих облаков.
А вот гром возникает в результате мгновенного повышения давления воздуха на пути молнии. Поскольку молния очень длинная, то звуки от «раскалываемого» ею воздуха с разных участков долетают до нас неравномерно, порождая раскаты грома.
Механизм образования молний до конца еще не изучен, но в целом он выглядит следующим образом. При определенных погодных условиях в облаке начинают образовываться маленькие частички льда. Эти частички накапливают положительные или отрицательные заряды, постепенно перегруппировываясь внутри облака. Положительно заряженные кристаллики накапливаются в верхней части грозовой тучи, а отрицательно заряженные — внизу. И в определенный критический момент, внутри облака происходит гигантский искровой разряд.
Наземные и внутриоблачные молнии
Около 90% молний, сверкающих в экваториальной полосе, — внутриоблачные. А вот жителям умеренных широт повезло меньше: здесь каждая вторая молния бьет в землю.
Когда напряженность электрического поля в грозовом облаке достигает некоего критического значения, возникает удивительный феномен. За тысячные доли секунды происходит мгновенная аккумуляция зарядов с миллиардов мельчайших, изолированных друг от друга частичек, которые находятся в облаке огромного объема (порядка нескольких км 3 ).
Под действием электрического поля в туче отдельные свободные заряды, присутствующие в воздухе, устремляются к земле и запускают процесс ударной ионизации. Они сталкиваются с молекулами воздуха и ионизируют их. Возникает настоящая электронная лавина, формирующаяся в стримеры (проводящие каналы). Последние, соединяясь, рождают яркий канал с высокой проводимостью, называемый лидером.
Лидер устремляется к земной поверхности с огромной скоростью (около 50 тыс. км/с). Однако его движение неравномерно. В среднем лидер достигает поверхности земли со скоростью 200 км/с.
По мере приближения лидера к земле возникает очередное чудо: напряженность поля на его острие стремительно растет и под ее воздействием снизу, из выступающих над землей предметов, расположенных ближе всего к лидеру, выбрасывается нить встречного стримера, сливающаяся с лидером.
По образовавшемуся ионизованному каналу снизу вверх (!) ударяет основной (обратный) разряд молнии — ослепительно яркий и чудовищно стремительный. Начальная его скорость достигает 100 тыс. км/с! Ток в этом разряде возрастает до десятков и даже сотен тысяч ампер, а температура достигает 27 000 °С, что в пять раз больше, чем на поверхности Солнца. Причем весь этот сложный процесс занимает лишь десятые доли секунды!
Внутриоблачные молнии — это разряды, происходящие внутри облака или между облаками. В силу этого они состоят только из лидерных стадий. Зато длина этих молний-монстров может достигать 150 км!
Молнии в верхних слоях атмосферы
Высота образования традиционных молний не превышает 16 км. Но молнии «живут» и выше в атмосфере. Обнаруженные в 1989 г. на высоте около 100 км конусообразные вспышки с диаметром основания до 400 км ученые назвали эльфами. А спустя шесть лет, в 1995 г., был зафиксирован и описан еще один вид молний — джеты. Эта более «живучая» разновидность молний представляет собой синие трубчатые конусы высотой около 50 км.
Существуют также молнии, бьющие из грозового облака вверх. Они являются спутниками практически любой грозы, но «хозяйничают» на высоте от 50 до 130 км, поэтому с земли видны слабо. Такие молнии, открытые около 20 лет назад, исследователи назвали спрайтами.
Спрайты, джеты и эльфы — настоящая загадка для ученых. О них почти ничего не известно, поскольку исследовать их практически невозможно.
Убийцы или источник жизни?
Удар молнии вызывает короткое замыкание в электрических системах организма. Поэтому даже те, кто чудом выжил после смертоносного контакта, чаще всего остаются инвалидами.
У них наблюдаются потеря памяти, ослабление слуха, нарушения сна, постоянные боли. Такие люди оказываются серьезно травмированными и в психическом плане.
Но, как говорится, нет худа без добра. Согласно некоторым научным теориям, именно грозам с молниями мы обязаны зарождению жизни на Земле. По последним исследовательским данным, молнии способны вызывать мутации в ДНК бактерий. В точке удара молнии все бактерии гибнут, но на определенном расстоянии от эпицентра более «удачливые» из них отделываются лишь повреждениями в оболочках клеток. Сквозь них и происходит обмен ДНК, запустивший жизнь миллионы лет назад.
Аргентина — самое молниеопасное место на Земле
Уже в XXI в. ученые при помощи специального спутника NASA TRMM установили самые опасные регионы Земли, где грозы наиболее сильны и часты. Своеобразной грозовой столицей оказалась Аргентина и вся территория к востоку от Анд, где влажный разогретый воздух встречается с сухим холодным.
Но наиболее удивительным оказался тот факт, что в отдельных засушливых регионах северной оконечности Австралии, Индийского полуострова и даже в южных областях Сахары грозы — довольно частые гостьи. Таким образом, ученые разрушили устойчивый стереотип, что гроза и молния неразрывно связаны с дождями. Выяснилось, что в наиболее дождливых регионах земного шара бури с грозами случаются хоть и чаще, но зато они здесь относительно слабее.
Исследования позволили ученым сделать вывод также и о том, что наиболее разрушительные бури и грозы бушуют именно над землей, а не над морями и океанами. К тому же во многих областях грозы — явление чисто сезонное. Они царят летом, а зимой сходят на нет.
Интересные факты о молниях
Молнии Кататумбо
Если для большинства населения планеты молнии — относительно нечастое, а то и вовсе редкое явление, то для людей, живущих близ озера Маракайбо (Венесуэла) и в окрестных районах, ситуация в корне иная. Вспышки молний, озаряющие небо, — здесь такая же будничная вещь, как для нас звезды или луна. На грозовые разряды уже давно никто не обращает внимания. Привыкли.
В районе, где в озеро Маракайбо впадает река Кататумбо, молнии сверкают 1,2-1,65 млн раз в год (!), «фейерверки» нередко продолжаются до 10 часов в день. Причем не только в непогоду, которая здесь дает о себе знать почти половину дней в году, но и при обычных условиях. И не только ночью, но и днем.
Это удивительное природное явление получило название «молнии Кататумбо», что по-испански звучит как Relampago del Catatumbo. Слово же «кататумбо» можно перевести как «вечный блеск в высотах», что вполне соответствует истине.
При своей поразительной интенсивности местные молнии имеют еще одну отличительную особенность — они беззвучны, так как вспышки происходят в небе на 10-километровой высоте. Плотность атмосферы там в разы ниже, а следовательно, звуковые волны получаются значительно слабее и передаются хуже. Такая высота дает возможность наблюдать удивительную полыхающую стихию в самых разных местах: на островах Маргарита, Аруба, а также на полуострове Парагуана (штат Фалькон). Разряды молний вспыхивают обычно между облаками и довольно редко достигают земли.
Большинство ученых считает, что высокая активность молний обусловлена значительным количеством легковоспламеняющихся газов, которые скапливаются в богатой нефтеносными источниками котловине озера Маракайбо.
Когда в январе 2010 г. молнии вдруг исчезли, жители венесуэльского штата Сулия не на шутку переполошились, решив, что это плохой знак. Лишь позднее выяснилось, что отсутствие молний было вызвано сильной засухой в регионе. Как только дожди возобновились, воды реки вновь добрались до болот. Уже в апреле все встало на свои места. Молнии засверкали с прежней интенсивностью.
Шаровая молния
Шаровая молния — едва ли не самое загадочное природное явление на нашей планете.
И хотя, по статистике, с шаровой молнией встречается только каждый 10-тысячный житель Земли, никто до сих пор толком не знает, что же она из себя представляет — как образуется, из чего состоит, по каким законам «живет». Ученые теряются в догадках, ведь воспроизвести шаровую молнию в лабораторных условиях до сих пор не удавалось, а значит, и изучать ее приходится лишь со слов очевидцев, которые порой рассказывают такие фантастические вещи, в которые и поверить-то трудно.
В архивах есть свидетельства, к примеру, того, что шаровая молния сжигала на человеке нижнее белье, оставляя целой верхнюю одежду, двигалась против ураганного ветра, сплавляла монеты в кошельке в общий слиток, оставляя кошелек невредимым, «воровала» с пальцев кольца.
В других случаях она тянула за собой людей, поднимая их в воздух, оставляла после взрыва на теле пострадавших изображения близлежащих предметов: листьев, насекомых, деревьев, гор и даже собственного лица жертвы. Что тут правда, а что вымыслы — сказать трудно.
Вот еще один поразительный случай, который, без сомнения, вызовет в научных кругах скептические отзывы. На Медведицкой гряде (граница Волгоградской и Саратовской областей России) 11 ноября 1990 г. шаровая молния в мгновение ока испепелила сидевшего на камне пастуха Бисена Мамаева, превратив его в черную мумию, но оставив невредимой одежду.
Любопытно, что шаровые молнии не всегда ведут себя так разрушительно. Иногда они абсолютно безобидны и не причиняют людям никакого вреда, даже коснувшись их тела. А в дом или салон летящего самолета могут пробраться, ничего вокруг не повредив, — прямо сквозь стекло или обшивку.
Вот одно из подобных свидетельств.
«В тот июльский вечер 1956 г. была жуткая гроза. После удара молнии где-то поблизости раздался сильный треск и из заслонки вытяжной трубы прямо над моей головой выплыл и «присел» на подушку огненно-красный шарик диаметром 20-25 см. Он переместился с подушки на шерстяное одеяло, под которым я замер, затаив дыхание, и повис над кроватью. Тепла я не чувствовал. Мать, увидев его, бросилась «тушить», молотя по нему голыми руками. Шар от первого же удара рассыпался на несколько мелких шариков, которые она тут же разбила руками. Никаких ожогов у нее не было, правда, где-то неделю пальцы не слушались. А вот на одеяле мы обнаружили выгоревшее пятно 5-7 см диаметром» (М. Я. Базаров, г. Курск).
Этим людям удивительно повезло! При встрече с шаровой молнией ни в коем случае нельзя к ней прикасаться. В безобидном светящемся шарике может таиться огромная разрушительная сила.
Попытки изучения шаровой молнии
От проблем, связанных с изучением шаровой молнии, многие исследователи стараются откреститься, дабы не прослыть научными маргиналами. Ученые же, посвятившие свою исследовательскую деятельность этому явлению, нередко становятся изгоями в научном мире.
Тем не менее изучениями этого загадочного явления имели смелость заниматься такие гениальные ученые, как Н. Тесла, П. Капица, К. Циолковский и многие другие.
В США был проведен опрос сотрудников одной из лабораторий компании Union Carbide Nuclear (Ок-Ридж), а также исследовательского центра NASA. Из 20 тыс. опрошенных в итоге было отобрано около 600 свидетелей, наблюдавших шаровую молнию.
Американский опрос показал, что в девяти из десяти случаев молния имеет форму шара белого, голубоватого, желтого, оранжевого, зеленоватого или красного цветов (с аурой или без нее). Однако временами ее шарообразность искажают потоки воздуха либо электрические поля: молния приобретает эллипсоидную или грушевидную форму, а временами и вовсе деформируется. Два очевидца наблюдали шаровую молнию кольцеобразной формы.
Интересовались явлением шаровой молнии (равно как и другими загадочными объектами) в прошлом веке и в СССР. Так, Центр по проблемам аномальных аэрокосмических явлений Министерства обороны СССР в 1970-х гг. издал секретную директиву. В ней предписывалось фиксировать наблюдения необычных объектов в особых журналах, сообщая об этом начальству.
Работы по наблюдению и исследованию шаровых молний системно велись до 1991 г. не только военными с применением самой современной техники, но и несколькими научными институтами по их заказу. В результате обработки полученного материала ученые даже смогли выделить области, наиболее «любимые» шаровыми молниями. Это Карелия, Воронежская область, отдельные районы Подмосковья, Алтай и Прибалтика, а также печально известная Медведицкая гряда. Последняя находится в Волгоградской области и считается вторым регионом в мире (после Малайзии), где наиболее часто наблюдаются шаровые молнии и прочие аномальные явления.