Что такое молния, какие бывают виды, насколько опасен удар молнии

Молния с последующими раскатами — самое завораживающее, но очень опасное природное явление. Образование молнии до сих пор учёными до конца не изучено, несмотря на прогресс науки и техники. Любому человеку стоит ее остерегаться, и в то время когда есть предпосылки к возникновению электрического разряда, стоит предпринять профилактические меры, чтобы избежать повреждения жилых зданий, инфраструктуры и, конечно же, гибели людей.

Что такое молния

Во время грозы, когда в небе происходит формирование туч (дождевых облаков большого размера и насыщенно-тёмного цвета), возникают искры невероятной мощности, сопровождающиеся громовым раскатом. Искры вызываются электростатическим разрядом:

Об авторе

Константин Слабунов

Основатель и автор проекта Surviva.ru

Ветеран киокушин каратэ, специалист по выживанию. Участвовал в военной операции в Ираке. После получения серьезной травмы спины обогатил свой жизненный опыт через йогу. Стремится вдохновлять читателей на самопознание, гармонию тела и духа через вызовы природы.

• внутри облака;
• между двумя облаками;
• между облаком и землёй.

Сначала возникает яркая вспышка, то есть молния, которая состоит из изогнутой или ломаной линии с ответвлениями. При этом небо озаряется синеватым свечением. Но так как скорость света гораздо быстрее скорости звука, доходит громовой раскат чуть позже.

Это явление зафиксировано не только на нашей Земле, но и на других планетах солнечной системы и их спутниках. Чаще искры возникают там, где есть атмосфера с ветрами и бурями, а облака состоят из ядовитых веществ, не пригодных для возникновения любых форм жизни — это серная или соляная кислота, метан, водород и т. д. Поэтому наличие водянистых облаков — не обязательное условие возникновения молний.

Почему возникает молния

Тому, как происходит молния, есть научное объяснение. Обязательное условие возникновения этого явления — столкновение частиц, с отрицательным и положительным зарядом. Чем больше разница напряжения между ними, тем сильнее столкновение, а значит, и мощность самой молнии.

Темно-синий цвет приобретают облака большой толщины, нижний край которых располагается в километре от поверхности земли, верхние же порой достигают 7 км. Внизу облако всегда теплее верхних слоёв, где капли воды превращаются в лёд. Происходит постоянное движение — тёплые пары с положительно заряженными частицами стремятся подняться вверх, а льдинки с отрицательно заряженными частицами – опуститься вниз. При столкновении происходит трение и статическая электризация частиц.

Но электрическое поле в самом облаке никогда не превышает 400 кВ/м, а для возникновения разряда необходима напряжённость в 2500 кВ/м, значит, в этом процессе участвуют некие другие силы. И здесь мнения учёных расходятся. В 1992 году российским учёным А. В. Гуревичем была предложена версия, что для получения искры принимают участие космические лучи — частицы высоких энергий, скорость которых приближается к световым.

История изучения молнии

В древности молнию считали посланием разгневанных богов, таких как Зевс из древнегреческой мифологии и Перун – из славянской, которые посылали огненные стрелы на безбожников и грешников. Для защиты от этого явления люди выполняли ритуалы и обряды, тем самым как-бы задабривая богов. Понятие о молнии в виде божьего наказания из античной и славянской мифологий перешло и в христианскую веру.

Тем не менее, даже в древности люди обратили внимание на закономерность поведения молнии. Чаще она поражает отдельно стоящие высокие предметы: дерево, столб, храм со шпилем. Поэтому дома нельзя было строить выше храма, который исполнял роль громоотвода.

Большой вклад в изучении молний принесло мореходство. Моряки сталкивались с грозами, мощность которых в разы превышала их проявлений на суше, при этом стрелка компаса выписывала невероятные «кульбиты». А появление в атмосфере пучков света в виде кисточек, чётко связали с надвигающейся грозой.

В XII-XIII веках активно развивалась такая наука как физика, что позволило связать молнию с электричеством. Этого же мнения придерживался и великий учёный того времени М. В. Ломоносов. Физика молнии была раскрыта Бенджамином Франклином, американским учёным и политическим деятелем. Результаты своих опытов с воздушным змеем по извлечению электричества из грозового облака он описал в 1750 году. Также ученый настаивал на возведении громоотводов в виде железного стержня, который должен возвышаться над сооружениями и соединяться с землёй.

Сейчас же портрет изобретателя громоотвода красуется на стодолларовой купюре.

В конце XIX века основная часть учёных уже не сомневались в электрическом происхождении молнии. Помимо основного вида грозового разряда, в верхних слоях атмосферы были обнаружены иные свечения, впоследствии названные эльфами, спрайтами и джетами. В конце XX века при изучении молний были открыты иные физические явления, возникающие под действием гамма-излучений грозовых разрядов. До сих пор учёные мира наблюдают за поведением разных видов молний с искусственных спутников нашей планеты.

Характеристики молнии

Молнию не перепутаешь ни с каким другим явлением, она легко узнаваема не только по внешним проявлениям, но и по другим показателям.

Цвет

Атмосфера, окружающая среда и температура определяют цвет молнии, и её свечение приобретает все оттенки светового спектра, который распределяется в последовательности от горячих оттенков к холодным. Чем выше температура — тем ближе к холодным тонам: голубым, синим, фиолетовым. А при ударе в объект или землю молния обычно окрашивается в красный или оранжевый цвет.

Скорость и длина

Молнии бывают линейными с ответвлениями и пучковыми. Показатели линейных:

• длина — чаще составляет от нескольких километров до 20 км, но были зафиксированы случаи, значительно превышающие эти показатели;
• ответвления от основного канала — по 2-3 км;
• диаметр лидирующего канала — 10-45 см;
• длительность существования — доли секунды;
• скорость движения в среднем — 150 км/сек, но в истории есть случаи, где скорость достигала 50 000 км/с.

В пучковых же молниях каждый канал рассматривается отдельно, и указанные параметры могут разниться в каждом из них.

Сила тока и напряжение

Не менее ошеломляющие цифры и по другим показателям:

• сила тока внутри канала может достигать 200 000 — 500 000 А (ампер);
• температура плазмы — 10 000 ºС;
• средний заряд грозового облака — 30-50 кулонов;
• напряжение электрического поля внутри облака — 100-300 вольт/см, но непосредственно перед разрядом в небольших объёмах доходит до 1600 вольт/см;
• напряжение молнии — до миллиарда вольт.

Если сравнить со смертельным напряжением в розетке (а там всего 220 вольт), можно себе представить что случится, если такое физическое явление как молния нанесёт удар.

Частота

Космические корабли фиксируют, что каждую секунду нашу планету ударяют 40-50 молний, что в год составляет приблизительно 1,4 миллиарда. И это без учёта внутриоблачных, межоблачных и облаковоздушных разрядов, которые составляют 2/3 часть от общего числа.

Стадии возникновения молнии

Разряд не возникает сразу, для этого потребуется некий период времени и определённые условия.

Начальная стадия

В определённой части облака локализуются заряженные частицы – ионы. Они возникают, когда молекулы и атомы воды и газа, из чего и состоит облако, начинают терять или приобретать электроны. Катионами называются положительно заряженные ионы, анионами — отрицательно заряженные. Возникают токи высокого напряжения.

Средняя стадия

Запускается цепная реакция. Поскольку ток — источник тепла, под высоким напряжением нагревается воздух, и ионизация распространяется по облаку, захватывая большие участки. Возникает разряд с ионизированным каналом и ответвлениями от него, через который выходят заряженные частицы на высокой скорости.

Финальная стадия

Во время перемещения частиц по каналу их скорость снижается, но напряжение остаётся довольно высоким. В итоге молния уходит в другой край облака, ударяет в другую тучу, выстреливает в атмосферу или направляется к земле. Иногда молния ударяет в одно и то же место многократно, «облюбовав» себе наиболее короткий путь.

Виды молнии

Молния может возникнуть на разной высоте, иметь различную длину, заряд, форму, направление и многие параметры.

Линейная туча-земля

Сначала появляются светящиеся стримеры, ищущие кротчайший путь к разряду в облаке. Они возникают всегда по несколько штук. Некоторые из них, едва появившись, гаснут. Затем формируется лидирующий канал, с появлением которого все стримеры пропадают и вся мощь, сосредоточенная в одном канале, устремляется к земле.

Визуально человек видит изогнутую или ломаную светящуюся линию, но при замедленной съемке видно, что заряд спускается не сразу, а ступенчато. Длина отрезков составляет около 50 метров. После каждого интервала молния замирает на 50-тимиллионные доли секунды и продолжает движение вниз.

Лидирующий спускающийся канал перенасыщен отрицательно заряженными частицами, и, чем ближе он находится от земли, тем сильнее возрастает положительный заряд внизу, чаще – на пиках высоких объектов. Возникает вспышка, длящаяся доли секунды, но человеческий глаз видит остаточное изображение и возникает иллюзия долгого свечения.

Земля-облако

Для некоторых сейчас будет открытием узнать, что молния не всегда имеет направление облако-земля. В доли секунды не всегда можно заметить движение разряда, однако с технической точки зрения молния идёт как сверху вниз, так и снизу вверх. Для возникновения подобного вида молнии должны быть созданы определённые условия, например, пик отдельно стоящей горы или сооружений-небоскрёбов. Это происходит по причине концентрации электрических полей на верхушках во время грозового разряда в облаках.

Облако-облако

Такое явление происходит по принципу обмена электрическими зарядами между двумя облаками. Так как в каждом из облаков присутствуют положительно и отрицательно заряженные частицы, они могут притянуться друг к другу.

Горизонтальная

Эта молния не бьёт в землю, а распространяется горизонтально. Может выстрелить из одиночного грозового облака в атмосферу.

Ленточная

Несколько разрядов рисуют в пространстве одинакового размера зигзаги, параллельно смещённые относительно друг другу. Иногда между линиями формируется небольшие промежутки, что очень красиво смотрится. Но чаще они сливаются между собой, образуя как бы широкую ленту.

Чёточная пунктирная

Данная форма редко встречается в природе. Разряд идёт не сплошной линией, а с промежутками, напоминает цепочку. Такое изображение формируется, возможно, из-за быстрого остывания отдельных её участков. Обычно такая молния вырисовывается одной пунктирной линией, без ответвлений.

Шторовая

Когда вряд несколько молний выстреливают из облаков и устремляются к земле, сопровождаемые гулом, создаётся видимость светящейся шторы.

Спрайт

Их ещё называют красными спрайтами — крупногабаритные электрические разряды холодной плазмы. Они возникают высоко над грозовыми облаками, в тропосфере, расположенной в 50-90 км над землёй, образуя удивительные мерцающие формы красного или оранжевого цвета.

Эльф

Конусообразная слабосветящаяся вспышка над грозовым облаком в диаметре достигающаяся 400 км, а в высоту до 100 км, как бы напоминает колпак эльфа, отчего и получила своё название. Длительность свечения продолжается в среднем 3 мс.

Джет

Джеты возникают в нижней части ионосферы и похожи на трубки-конусы синего цвета, высотой 40-70 км. Свечение длится дольше эльфов.

Вулканическая

В этом случае молния вызывается электрическим зарядом частиц во время извержения вулкана. Происходит уплотнение вулканического пепла, и за счёт генерализации образуется статическое напряжение внутри вулканического шлейфа. Иногда в этом процессе участвуют кристаллы льда. Отличительной особенностью вулканических молний является то, что разряд появляется прежде формирования в пылевом облаке льдинок.

Огни святого Эльма

Другое название — «огни святого Элмо». Эти беззвучные разряды относятся к оптическому явлению в атмосфере в форме светящихся пучков. Они возникают на заострённых концах высокостоящих одиноких объектах: мачте, пике башни, дереве, скалистой вершине и даже человека. Появляются во время грозы, зимней метели, пылевой бури или морского шторма, когда напряжённость в атмосфере достигает 100 000 В/м.

Шаровая

Но самое загадочное природное явление — светящийся плавающий шар. До сих пор учёными не предоставлена единая физическая теория по возникновению и поведению этого объекта. Некоторые покорители наук относят это явления к галлюцинациям человеческого сознания.

Популярные вопросы и ответы

Чтобы обезопасить себя во время грозы, человеку стоит знать насколько опасны некоторые виды молний, и принять меры по уменьшению рисков.

Какие виды молнии опасны для человека

Опасность представляют только те виды молний, которые ударяют в землю или наземные объекты. Но человек не может предвидеть, куда именно ударит молния на земле или выстрелит горизонтально, поэтому стоит придерживаться общих правил поведения во время грозы. Безопасными считаются Огни святого Эльма.

Бывают ли молнии зимой

В зимний период возникновение молнии — редкое явление, так как земля недостаточно прогрета, и воздухообмен тёплых и холодных потоков не интенсивен. Обязательным условием для возникновения разряда является большая разница температур. Однако на фоне глобального потепления зимы бывают довольно тёплыми, а значит, молнии могут возникнуть.

Как определить расстояние до молнии по грому

Расстояние до разряда по громовому раскату можно рассчитать приблизительно, учитывая скорость звука, которая составляет около 300 м/сек. Для этого при вспышке засекают время и при первых громыханиях фиксируют конечный результат. 3 секунды приравниваются примерно к 1 километру.

Есть ли польза от молнии

Учёные считают, что обязательное условие зарождения жизни на Земле — это молнии. Без них на нашей планете не было бы той формы жизни, частью которой является человечество. Помимо этого во время грозовых дождей воздух очищается от пыли и вредных соединений. А искра преобразует вредные соединения в полезные, например, азот в аксиды азота или азотную кислоту.

Эти химические элементы считаются полезным удобрением для растений во время вегетации.

Можно ли использовать энергию молнии

Было бы неплохо использовать грозовую энергетику во благо человечеству. Ведь данный источник энергии неисчерпаем. Сейчас учёными ведутся разработки по созданию установок по захвату молний. Это бы снизило себестоимость электроэнергии и негативное влияние современных электростанций на экологию планеты. Но сложность состоит в том, что определить, в каком месте возникнет молния, практически невозможно.

Что делать во время грозы

При грозе путнику стоит соблюдать определённые правила поведения, чтобы снизить риски попадания молнии.

1. Нельзя прятаться от грозового дождя под одинокостоящим деревом или высотным зданием, а, наоборот, отойти от него как можно дальше. Ведь от центра удара разряда напряжение распространяется по кругу.
2. На открытом пространстве лучше присесть, склонить голову к земле и обхватить руками.
3. Если рядом находится водоём, отойти от него на значительное расстояние, и ни в коем случае в нём не купаться.
4. Зонт с металлическим пиком вверху может притянуть к себе молнию, поэтому его и все длинные металлические предметы нужно убрать от себя подальше.
5. Имеющиеся гаджеты выключить.
6. Если есть возможность, укрыться в автомобиле, плотно закрыв окна.
7. Находясь в жилом помещении или в здании, исключить возникновение сквозняка, отключить электроприборы, перекрыть газ и выключить телефон.

Существует такое понятие как «шаговое напряжение», то есть, напряжение между двумя точками. И чем дальше они друг от друга находятся, тем сильнее сила тока. Так крупный рогатый скот или лошади, копыта которых находятся на большом расстоянии друг от друга, находятся в зоне риска.

Как защищают самолеты от молнии

В первую очередь во время грозы рейсы отменяют, так как корпус самолёта сделан из металла, который будет притягивать к себе разряды. Во-вторых, приборы могут дать сбой и показать неверные показатели или вовсе выйти из строя. Например, удар может вывести из строя радиосвязь, электронику и навигационное оборудование. На некоторое время в салоне может погаснуть свет. Если во время рейса гроза застала самолёт, то экипаж старается изменить курс и вывести самолёт из опасной зоны.

Но даже если молния всё же попадёт в самолёт, что случается раз или два раза в год, конструкторами-разработчиками учтён и этот фактор. Так как самолёты в воздухе не подключены к земле, то в атмосфере ток гораздо ниже, и вокруг металлического самолёта образуется «клетка Фарадея». Таким образом, ток проходит по поверхности корпуса, не проникая внутрь, и находящиеся в салоне пассажиры могут не волноваться по поводу ударов молнии.

Как защищают оборудование от молнии

От прямого попадания молнии оборудование полностью не защитить, но чтобы уменьшить риски, проводят профилактические меры и устанавливают громоотводы с грозозащитой в 15-20 кВ в виде:

• приемников стержневых;
• тросов защитных;
• молниеприемников сетчатых;
• токоотводов;
• контуров заземления строительных объектов.

Варианты защиты также разнятся на внешние, когда происходит отвод энергии в землю и её рассеивание, и внутренние — вторичный фактор защиты.

Как вызвать разряд молнии

После многочисленных опытов учёных, пытающихся вызвать молнию искусственным путём, в 1990 году всё же удалось это сделать безопасным способом. Ведь до этого опыты нередко заканчивались гибелью исследователей. Например, российский академик Г. В. Рихман в 1753 году погиб от удара молнии, пытаясь повторить опыт Франклина.

Один из способов вызвать разряд — запустить в грозовое облако ракету, тем самым искусственно создав канал для выхода молнии и обеспечив ей связь с землёй. А чтобы обеспечить более благоприятные условия для образования разряда, к ракете крепят металлический провод, который создаёт связь с землёй.

Почему грозы чаще над сушей, чем над морем

Над морем грозы также часто бывают, как и на суше. Просто свидетелей там меньше. Но космические и метеорологические станции фиксируют частоту молний и на суше и на море примерно в одинаковом количестве.

Как можно защититься от молнии с помощью водяной струи и лазера

Последние разработки учёных удивляют своей креативностью. Они предлагают на детских площадках и местах наибольшего скопления людей устанавливать водяные громоотводы. Принцип состоит из выстреливания струи воды высотой 300 метров и диаметром в сантиметр.

Вода в составе будет содержать соль для улучшения электропроводности и жидкие полимеры, для предотвращения распада струи на капли. Фонтан будет работать только в грозу, включаясь после ее окончания автоматически. Прибор, контролирующий выброс воды, зафиксирует достаточно высокое электрическое поле в атмосфере, при котором возникнет наибольшая вероятность формирования молнии и подаст сигнал.

В качестве громоотвода может послужить и лазерный луч. С его помощью можно ионизировать воздух и создать канал для молнии. Но эту защиту лучше размещать вдали от скопления людей.

Главное, что эти конструкции не только обезопасят окружающих от удара разрядом, но и сами по себе безопасны. Сейчас идут доработки, и в обозримом будущем эти сооружения появятся в наших городах.

Может ли поразить молния внутри дома

Разряд вполне может войти внутрь здания по:

• телефонному проводу, если рядом находится столб;
• трубам центрального отопления и водоснабжения, так как они соединяются с землёй и легко проводят электроэнергию;
• через электропроводку.

В последнем случае в розетках возникает всплеск напряжения, после чего могут перегореть электроприборы или их предохранители.

Много интересного в образовании молний ежедневно фиксируют спутники, которые недавно пришли на помощь учёным. Хоть это природное явление и является поистине зрелищным, но для человека и человеческой жизни оно очень опасно. Молнии могут стать источником пожара и нанести непоправимый ущерб окружающей среде. А удар в человека закончится его моментальной гибелью. Поэтому каждому необходимо усвоить одну истину — с молнией «шутки плохи».

А вы боитесь молнии?

Видео по теме