Блискавка: що це таке, види, як і чому виникає, фото і відео

Блискавка – видовищне і відоме кожному явище, що супроводжується гуркотом грому. Незважаючи на неймовірний науково-технічний прогрес і людські можливості, природа блискавки досі мало вивчена. Розглянемо причини та процес виникнення блискавки, її види в супроводі фото і відео.

Блискавка – що це?

Блискавка – це потужний електричний іскровий розряд, який виникає в газовій оболонці нашої планети, атмосфері. Як правило, блискавка виникає під час грози. Вона приймає вигляд яскравих світлових спалахів, що супроводжуються громом.

Блискавка
Цікавий факт: блискавки бувають не тільки на Землі, але і на інших планетах – Урані, Венері, Сатурн, Юпітер та інших.

Як і чому виникає блискавка

Блискавки в більшості випадків утворюються в хмарах купчасто-дощової типу, а іноді і в шарувато-дощових хмарах великого розміру. Грозові хмари чітко виділяються на тлі інших за рахунок насиченого темного кольору.

Темно-синій відтінок з’являється з-за товщини хмари. При цьому нижній його край розташований на висоті близько 1 км над поверхнею землі, а верхня досягає 6-7 км у висоту.

Як відомо, хмара складається з водяної пари. На висоті крапельки замерзають і перетворюються в кристали льоду. З-за нерівномірного розподілу температури нагріте повітря піднімається вгору і тягне за собою дрібні частинки льоду. При цьому вниз опускаються більш великі замерзлі крижини – частинки постійно стикаються.

Освіта блискавки

При зіткненні відбувається електризація крижинок (таке ж явище, як і під час тертя різних предметів). Більш дрібні частинки отримують позитивний заряд, а ті, що більші – негативний. Відповідно заряджаються і різні частини хмари. Вгорі грозова хмара зі знаком «плюс», а внизу – зі знаком мінус.

У результаті виникає різниця потенціалів. Причому вона утворюється як між різними частинами хмари, так і між хмарою і землею. Ця різниця вимірюється в сотнях тисяч вольт.

Блискавка не виникає миттєво з нічого, хоч і рухається вона досить швидко. Формування блискавки можна умовно поділити на початкову, середню і фінальну стадію.

Початкова стадія

Розряд з’являється в певній частині хмари, де присутня велика кількість іонів. Іон – це частинка з електричним зарядом. Вона виникає, коли атом або молекула отримують або втрачають електрони.

Цікаво: Чому гримить грім?

Так само відбувається і з грозовою хмарою. Іони утворюються за рахунок молекул води і газів, з яких, власне, і полягає хмара. На цьому етапі думки вчених розходяться, оскільки досконало вивчити природу блискавки ще не вдалося.

Схема розвитку наземної блискавки

Одні фахівці вважають, що висока концентрація іонів виходить з причини розгону вільних електронів. Вони завжди присутні в повітрі, хоч і в невеликому обсязі. Потім ці електрони стикаються з нейтрально зарядженими молекулами, в результаті чого відбувається їх іонізація.

Згідно з іншою гіпотезою, вся справа в космічному випромінюванні. Воно теж впливає на атмосферу Землі постійно. Саме таким чином повітря іонізується. Іонізований газ добре проводить електрику, тому через нього в хмарі проходить струм.

Середня стадія

Далі запускається ланцюгова реакція. Струм, що проходить під високою напругою, нагріває повітря в певній галузі. Утворюється все більше і більше енергетичних частинок, які перетворюють на іони сусідні області. Тому блискавка поширюється надзвичайно швидко.

Етапи спадного удару блискавки

У складі блискавки є чільна частина – найбільш потужний канал, від якого поширюються відгалуження в різні сторони. Цим пояснюється звивиста форма розрядів: з кожною новою спалахом блискавка неначе стрибками просувається все далі і далі приблизно на кілька десятків метрів.

Цікавий факт: іноді швидкість «головною» блискавки досягає 50 000 км на секунду.

У певний момент найбільш потужний розряд досягає земної поверхні або іншій частині хмари. Але і це ще не кінець. Як тільки електричним розрядом пробивається іонізований канал товщиною декілька сантиметрів, заряджені частинки на високій швидкості проходять по ньому. Фактично це і є блискавка, яку ми можемо спостерігати.

З-за високої напруги температура всередині цього каналу вимірюється в тисячах градусів. Тому ми бачимо блискавку у вигляді дуже яскравого спалаху. Грім ж є наслідком різкого перепаду температур і тиску. Під час електричного розряду виділяється величезна кількість енергії, незважаючи на короткочасність явища.

Фінальна стадія

Швидкість переміщення зарядів по каналу швидко знижується. Однак напруга і сила струму все одно залишаються дуже високими. Як раз на кінцевій стадії блискавка зазвичай досягає землі, різних об’єктів.

Фінальна стадія блискавки

У разі знаходження поблизу людей блискавка стає дуже небезпечною. Фінальна стадія займає навіть не секунди, а її десяті частки. Але і цього достатньо для нанесення шкоди, освіти пожеж і т. д. Блискавка найчастіше вдаряє в одне і те ж місце кілька разів, якщо саме цей шлях самий короткий і «зручний» для розряду.

Види блискавки

Блискавки поділяються на безліч видів. Основним критерієм є характер освіти розряду, адже блискавки можуть виникати на різній висоті. Також вони можуть мати різну форму, довжину та інші параметри.

Цікаво: Чому сніг скрипить під ногами? Причини, опис, фото і відео

Види блискавки в шарах атмосфери

Лінійна (хмара-земля)

Часто зустрічається вид, який виникає з-за різних зарядів верхньої і нижньої частин хмари. З’являється і розвивається лінійна блискавка за принципом, описаним раніше – в результаті активної іонізації повітря. Від основного каналу-лідера поступово розходяться спалаху в різні боку, на фінальній стадії досягають землі.

Лінійна блискавка

Земля-хмара

Об’єкти, розташовані на великій висоті, часто принаджують блискавку, накопичуючи електростатичний заряд. Розряди «земля-хмара» виникають як наслідок пробивання шару атмосфери між нижньою частиною грозової хмари і зарядженої верхівкою.

Блискавка “земля-хмара”

Хмара-хмара

Більшість блискавок виникають саме серед хмар. Спалахи утворюються в результаті того, що різні частини хмар мають різні заряди. Тому хмари, розташовані поблизу, пробивають один одного електричними розрядами.

Блискавка “хмара-хмара”
Цікавий факт: у Венесуелі є унікальне місце, де річка Кататумбо впадає в Озеро Маракайбо. Тут круглий рік з’являється безліч блискавок (звичайно вночі), які спалахують безперервно тривалий час. Частота розрядів – 250 на квадратний кілометр за рік. Найбільший пік – травень і жовтень.

Горизонтальна

Схожа на «хмара-земля», але не досягає земної поверхні. Спалахи поширюються у різні сторони. Така блискавка вважається надзвичайно потужною. Для її утворення достатньо однієї грозової хмари на чистому небі.

Горизонтальна блискавка

Стрічкова

Цікаву форму набуває блискавка, в якій кілька однакових каналів спрямовуються вниз паралельно один одному на невеликій відстані. Ймовірно, причина криється в сильному вітрі, розширювальному дані канали.

Стрічкова блискавка

Четочная (пунктирна)

Рідкісний вид блискавки, природа якого мало вивчена. Розряд йде не суцільною лінією, а з частими дрібними проміжками – пунктирами. Можливо, деякі ділянки блискавки швидко остигають, надаючи їй таку форму. Спалах триває кілька секунд, а сама блискавка б’є хвилею і тільки одним слідом.

Четочная блискавка

Шторовая

Виникає над хмарами, а не всередині або під ними, як попередні види. Як саме утворюється, невідомо. Зовні це широка світла смуга, що складається з великої кількості розрядів. При цьому можна почути тихий гул. Вперше таку блискавку вдалося сфотографувати лише в 1994 році.

Шторовая блискавка

Спрайт

Якщо звичайна блискавка виникає на висоті близько 16 км, то спрайт з’являються набагато вище – 50-130 км. Вони представляють собою електричні розряди холодної плазми, що б’ють із хмар вгору.

Спрайт

Розглянути їх проблематично, але утворюються спрайт групами при кожній сильній грозі через кілька секунд після потужної блискавки. Середня довжина спалахів – 60 км, діаметр – до 100 км, тривалість – до 100 мілісекунд.

Ельф

Масштабні конусоподібні спалаху зі слабким червоним світлом (діаметр приблизно 400 км). Утворюються у верхніх шарах грозових хмар. У висоту досягають 100 км, а тривають близько 3 мілісекунд.

Ельф

Джет

Блискавки трубчасто-конусної форми з синім світінням. У висоту досягають нижніх шарів іоносфери (від 40 до 70 км). За тривалістю трохи обганяють ельфів.

Цікаво: Дощ: чому йде, причини, як вимірюють, фото і відео

Джети

Вулканічна

Виникає при виверженні вулкана. Ймовірно, з-за того, що попіл і магма при викиді несуть електричний заряд. Крім того, ці частинки постійно стикаються, чим і викликають розряди.

Вулканічна блискавка

Вогні Святого Ельма

Фактично це не блискавка, а розряди, які виникають на загострених кінцях піднімаються об’єктів. Сюди належать вершини скель, дерева, щогли судів, вежі і т. п. Утворюються вони з-за високої напруженості електричного поля. Найчастіше це відбувається під час грози або хуртовини взимку.

Вогні Святого Ельма

Кульова

Блискавка у вигляді згустку плазми кулястої форми, плаваючого прямо в повітрі. Як і чому утворюється такий розряд, вченими досі не встановлено. Можна напевно стверджувати лише те, що така блискавка веде себе непередбачувано. Багато хто до цих пір сумніваються в її існуванні.

Кульова блискавка, гравюра XIX століття

Які види блискавки небезпечні для людини?

Для людини загрозу представляють всі види блискавки, які можуть досягти земної поверхні. Безпечні розряди, які виникають і б’ють тільки серед хмар або над ними. Також безпечні вогні Святого Ельма.

Колір блискавки

Блискавка може мати різні відтінки: рожевий, білий, жовтий, помаранчевий, червоний. Колір залежить від складу атмосфери. Канал блискавки розігрівається в 5 разів сильніше Сонця. При такій температурі повітря властиві блакитні, фіолетові тони. Тому розряди, видимі неподалік у чистій атмосфері, набувають синювате світіння.

Блакитнувате світіння блискавки – найбільш розповсюджене

На значній відстані спалаху стають білими, ще далі – жовтіють. Так відбувається через те, що блакитні тони розсіюються в повітрі. Якщо в атмосфері багато пилу, спалахи набувають помаранчевий колір.

Краплі води «забарвлюють» блискавку в червоні відтінки. Найбільш рідкісне явище – створення складних оптичних ефектів за рахунок високої концентрації дрібних частинок льоду в повітрі.

Швидкість і довжина блискавки

У середньому блискавки переміщуються на швидкості близько 56 тисяч км/сек. При цьому грозове атмосферне явище рухається зі швидкістю 40 км/год. Середня довжина електричного розряду – 9,5 км

Старе фото блискавки в Бостоні
Цікавий факт: найдовша блискавка в світі зафіксована в американському штаті Оклахома – 321 км. А найбільш тривалий розряд з часу спостерігали в Альпах – протягом 7,74 сек.

Сила струму і напруга блискавки

Так як блискавка безпосередньо пов’язана з електрикою, для неї існує дві фізичні величини – сила струму і напруга. У розряді блискавки на нашій планеті зафіксована сила струму в межах від 10 000 до 500 000 ампер. Напруга також надзвичайно висока і вимірюється в десятках мільйонів і мільярди вольт.

Потужна блискавка

Бувають блискавки взимку?

Грози і блискавки взимку – дуже рідкісне явище. У холодну пору року поверхню землі прогрівається менше. Тому не виникають сильні висхідні потоки повітря. Проте останнім часом, на тлі глобального потепління, зими бувають досить теплими, так що блискавки цілком можливі.

Цікаво: Кульова блискавка – що це, опис, коли з’являється, небезпеки, види, фото і відео

Блискавка вдарила взимку в Статую Свободи

Частота блискавки

Ранні дослідження показували, що блискавка вдаряє приблизно 100 разів в секунду на території нашої планети. Але супутники дозволяють спостерігати за самими вилученими або важкодоступними місцями на Землі.

Частота блискавки (на квадратний кілометр за рік)

Нові дані вказують на 44 плюс-мінус 5 ударів блискавки в секунду. Це означає, що за рік трапляється близько 1,4 мільярда електричних розрядів. З них приблизно 25% вдаряють в землю, а інші 75% спалахують серед хмар.

Як визначити відстань до блискавки і грому?

Встановити відстань до грози з грому можна приблизно. Для цього засікається, скільки секунд проходить між звуком грому і спалахом блискавки. Необхідно враховувати швидкість звуку – близько 300 метрів в секунду. Так, 3 секунди – це приблизно 1 км до грози.

Відстань до блискавки

Виконання декількох вимірів дозволяє дізнатися, наближається або віддаляється гроза по відношенню до спостерігача. Важливо пам’ятати про те, що блискавка розтягується на кілька кілометрів. Якщо при відсутності грому видно розряди блискавки, значить, гроза знаходиться на відстані понад 20 км

Наслідки блискавки

Блискавка залишає за собою велику кількість різних слідів, залежно від місця, куди розряд вдаряє, а також його потужності. Розглянемо наступні прояви блискавки:

• освіта фульгуритов;
• попадання в землю;
• попадання в дерева, будинки та інші об’єкти;
• попадання в автомобілі;
• попадання в людини.

Фульгурит – це речовина, яка утворюється при попаданні електричного розряду в пісок або будь-яку гірську породу. По суті, певну кількість піску просто плавиться і застигає під короткочасним впливом високої температури.

Фульгурит

Виявити фульгуриты непросто. Зазвичай вони зустрічаються на гірських вершинах або в областях, де грози вважаються частим явищем. Потрапляючи в поклади піску, блискавка утворює з нього трубочки довільних форм, порожнисті всередині. Фактично вони виходять скляними.

Між піщаними частками завжди є волога і повітря. Потужний удар їх швидко нагріває до високих температур, розширює, в результаті чого і з’являються ці трубочки всіляких розмірів і форм. Потім вони моментально охолоджуються.

Дуже рідко розряди блискавки потрапляють саме в землю, оскільки для них краще максимально короткий і доступний шлях. Але у разі потрапляння на поверхні залишається поглиблення, від якого в різні боки відходять вигадливі лінії, що нагадують блискавку за формою.

Слід від блискавки на землі

Підносячись над іншими об’єктами, дерева найчастіше привертають до себе блискавку. У більшості випадків вони згоряють, причому моментально. Якщо ж в дерево потрапляє кульова блискавка, вона підпалює його зсередини. При попаданні в будівлю блискавка часто пошкоджує покрівельну частина і теж може викликати загоряння.

Блискавка вдарила в дерево

Якщо розряд потрапить в закрите транспортний засіб, наприклад автомобіль, то швидко пошириться по металевому корпусу і піде у земну поверхню. Вважається, що авто – безпечне місце, в якому можна перечекати негоду, так як блискавка не потрапляє всередину салону. Однак наслідки прямого попадання все одно серйозні.

Цікаво: Чому взимку немає грози? Опис, фото і відео

Блискавка вдарила в авто

Попадання розряду блискавки в людину непередбачувано. Воно порівнянно удару електричним струмом, але напруга при цьому в рази вище. Найчастіше блискавка вражає грудну клітку або голову.

Фігури Ліхтенберга

На тілі залишаються особливі сліди, які нагадують блискавку по формі – їх називають фігурами Ліхтенберга. Такий слід залишається в результаті пошкодження кровоносних судин. Удар блискавкою вкрай небезпечний, тому у випадку грози слід прийняти всі необхідні заходи безпеки.

Чи є користь від блискавки?

Електричні розряди очищають повітря від дрібних частинок пилу, різних забруднень. Це відчувається навіть фізично, так як після грози повітря більш свіжий. Блискавка перетворює важкі речовини корисні. Сприяє накопиченню великих обсягів азоту, які потрапляють у грунт і благотворно впливають на ріст і розвиток рослин.

Утворення озону

Можна використовувати енергію блискавки?

Існує спеціальний термін – грозова енергетика. Це спосіб, за допомогою якого енергія блискавки «збирається» і прямує в електричні мережі. Ця енергія належить до числа альтернативних поновлюваних джерел.

Електромережі

Потенціал використання енергії блискавки величезний. Її нескінченний запас – він вирішить проблему дорогого електрики і знизить шкоду, який зараз наноситься екології планети. В даний час ведуться розробки експериментальних установок для захоплення блискавки, вивчається грозова активність.

Але є у цього способу енергоспоживання і свої мінуси. Складно передбачити, де і коли буде гроза. Крім того, спалах триває частки секунди, тому потрібно потужне дороге обладнання.

Що робити під час грози?

Якщо гроза застала на вулиці необхідно дотримуватися таких правил:

1. Не можна ховатися під деревами та іншими високими об’єктами, стояти поруч зі стовпами, дорожніми знаками, які найчастіше б’є блискавка. Слід відійти від них подалі, так як від центру удару напруга розходиться в різні сторони.
2. На відкритій місцевості треба присісти і притиснути голову до колін, зайняти максимально низкорасположенное місце.
3. Прибрати подалі від себе парасольку, всі металеві і довгі предмети – вони притягують блискавку.
4. Вимкнути телефон, інші пристрої.
5. При можливості сховатися в машині.
6. Не підходити до водойми, тим більше не купатися.

Що робити під час грози

Перебуваючи у приміщенні, слід вимкнути телефон, електроприлади, подачу газу. Рекомендовано закрити всі вікна. Існує версія, що навіть промінь лазерної указки, спрямований у небо, може залучити розряд.

Цікавий факт: існує поняття крокового напруги. Воно виникає між двома точками поверхні, і чим більше відстань між цими точками, тим вище сила струму. Наприклад, в більшій небезпеці знаходиться велика рогата худоба, коні, тому що передні і задні ноги у них розташовані далеко.

Як захищають літаки від блискавки?

Весь корпус літака захищений спеціальною оболонкою, всередині якої міститься екрануюча сітка з металу. Таким чином, при ударі блискавкою оболонка проводить струм, але запобігає проникнення електричного розряду всередину літака. Люди, які знаходилися всередині і устаткування залишаються в безпеці.

Цікаво: Чому вдень вітер дме з моря на сушу, а вночі-навпаки?

Розрядники на крилі літака

Також все технічне оснащення літака обладнано додатковим захистом від електричних розрядів. Попадання блискавки припадає на ніс літака, розряд просувається до крил і хвоста. Пасажири і екіпаж можуть під час удару почути гучний звук, але так відбувається не завжди.

Цікавий факт: перед тим, як літак здається в експлуатацію, він проходить ретельну перевірку. Один з її етапів – симуляція попадання блискавки.

Як захищають обладнання від блискавки?

Потрібно розуміти, що захисту від прямого попадання блискавки в обладнання не існує. Мова йде про грозозащите – це спеціальне оснащення, яке дозволяє захистити техніку від пошкоджень, що виникають із-за грози. Також обладнають громовідводи і захищають обладнання від перенапруги.

Грозозахист

Головна мета грозозахисту – захистити обладнання від статичної електрики. У нього є певний показник захисту, що позначається як ESD Protection. Цей показник вимірюється в киловольтах і вказується у вигляді числової величини.

Стандарт грозозахисту – 15-20 кВ. Вона являє собою діодний місток. При виявленні в проводах різниці напруги в 6 і більше, спрацьовує захисний діод, який заземлює дроти.

Історія вивчення

Спостерігати блискавку люди могли ще з давніх часів, але тривалий час цього явища не було пояснення. Спочатку вважалося, що спалахи в небі – результат діяльності богів. Ще давньогрецькі філософи помітили, що блискавка вражає високі об’єкти.

Значний внесок у вивчення блискавки зробили мореплавці. У відкритому морі електричні розряди виявилися ще потужніше. Зв’язок між блискавкою і електрикою була висунута в 17-18 століттях, в період розвитку фізики.

Блискавка в море

Найбільш детально таку гіпотезу описав у своїх дослідженнях Бенджамін Франклін. У 1750 він представив наукова праця, в якій був описаний відомий нині експеримент з визначення електричної природи блискавки.

Суть досвіду полягала в запуск повітряного змія під час грози. При цьому до змію кріпився стрижень з міді, а до троса – металевий ключ. Мета експерименту – довести електричну природу блискавки.

Досвід Бенджаміна Франкліна, ілюстрація

Для підтвердження гіпотези блискавка повинна вдарити у змія, пройти по канату і залишити слід на ключі. Досвід Франклін провів у червні, подбавши про громовідхильник. Варто сказати, що він пройшов успішно і підтвердив здогадки фізика.

У 20-му столітті вчені відкрили незвичайні види блискавки (спрайт, джети, ельфи), які виникають у верхніх шарах атмосфери. В даний час дослідження блискавки проводяться за допомогою супутників.

Блискавка, цікаве відео

Джерело