Молнии бывают разные
Знали ли вы, что у молнии могут быть как положительно, так и отрицательно заряженными? Одинаково ли их удары будут воздействовать на предметы инфраструктуры и человека? Опасно ли во время сильной грозы находиться в автомобиле и почему не рекомендуют прятаться под деревом? И наконец, как лучше защитить себя от молнии, если в небе всё сверкает и громыхает, а ты случайно оказался на открытом пространстве?
«Молния — это более бытовое понятие, которое относится только к некоторым типам электрических разрядов в атмосфере, на самом деле их разнообразие значительно шире», — рассказывает ведущий научный сотрудник лаборатории физики климатических систем Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН (Томск), доцент и старший научный сотрудник Томского государственного университета кандидат физико-математических наук Константин Николаевич Пустовалов.
Все электрические разряды в атмосфере делятся на три основные группы. Первая — коронные разряды, известные в метеорологии как огни святого Эльма. Они проявляются в предгрозовых условиях в виде свечения на вершинах объектов с высокой электрической проводимостью: ветках деревьев, радио-, теле- и корабельных мачтах. Вторая, наиболее многочисленная группа — разряды в кучево-дождевых (грозовых) облаках и их окрестностях. Третья группа — разряды, возникающие в пепловых шлейфах при извержениях вулканов и в сильных пыльных (песчаных) бурях и метелях. Разряды в пепловых и пылевых облаках часто называют «грязными молниями», поскольку они образуются в аэрозольных средах.
Грозовые разряды подразделяются на следующие основные подтипы: линейные, шаровые и чёточные. Первая подгруппа включается в себя вспышки квазилинейной формы, которые представляют собой молнии в их классическом понимании, знакомые большинству людей. Вторая группа — шаровые разряды (молнии), представляющие собой сферические сгустки плазмы, которые изучены довольно слабо; на сегодняшний день количество гипотез о них превышает число подтвержденных фактов. Третья группа — чёточные разряды (молнии) — представляет собой некую комбинацию первого и второго подтипов и выглядит как чётки (бусы): это линейный разряд, на который нанизаны светящиеся «бусины».
Для линейных разрядов дополнительно существует несколько классификаций. С точки зрения расположения и геометрии линейные разряды подразделяются на следующие подтипы. Выделяют внутриоблачные разряды, которые возникают и заканчиваются внутри одного облака (как правило, между его нижней и верхней частями, где сосредоточены разноименные объемные заряды). Такие разряды легко наблюдать при грозе с открытого пространства. Разряды «облако — облако» происходят между противоположно заряженными частями двух соседних облаков через безоблачное пространство. Разряды «облако — воздух» представляют собой перенос электрического заряда из облака в скопления аэрозоля в безоблачном пространстве, где также сосредоточен некоторый объемный заряд. Наконец, разряды «облако — земля» — это классические молнии, которые мы видим чаще всего. Они представляют наибольшую опасность для человека и хозяйственной деятельности, поскольку непосредственно попадают в землю и расположенные на ней объекты.
В свою очередь, разряды «облако — земля» по направлению делятся на нисходящие и восходящие. Подавляющее большинство молний являются нисходящими, то есть их «дерево» идет от облака к земле. Основной яркий канал, называемый лидером, имеет боковые отростки — стримеры, направление его ветвления указывает на направление распространения разряда. «Восходящие разряды визуально стартуют от земли в направлении облака. Чаще всего они возникают не на открытой местности, а от вершин гор или высоких зданий, особенно телебашен. Визуально такой разряд напоминает дерево, основание которого находится на вершине сооружения, а ветвление направлено в сторону грозового облака», — объясняет Константин Пустовалов.
Нисходящие разряды «облако — земля» также классифицируют с точки зрения полярности переносимого заряда. Выделяют отрицательно и положительно заряженные молнии. Первых значительно больше — около 90 %. Положительных меньше, но зачастую они обладают большей разрушительной силой. «Сила тока в канале положительного разряда может в десять и более раз превосходить силу тока отрицательного разряда. Поскольку от силы тока зависят как температура нагрева канала, так и воздействие на точку удара, положительные разряды приводят к значительно более серьезным последствиям: возгораниям объектов (включая постройки и деревья) и повреждениям электросетей и подстанций. Один положительный разряд может причинить ущерб, превышающий последствия десятка отрицательных», — рассказывает Константин Пустовалов.
Визуально отрицательный и положительный разряды также отличаются. Первый стартует из нижней части грозового облака вертикально вниз и сильно ветвится, напоминая прямое дерево с множеством веток. Положительный разряд стартует из верхней части облака, но не может распространяться вертикально, поскольку экранирован нижележащими слоями облака. Поэтому он сначала идет по кривой вбок, а затем бьет вниз. Такой разряд слабо ветвится и выглядит как кривое дерево практически без веток. «Траектория положительно заряженной молнии тоже может нести дополнительную разрушающую силу. Если отрицательные разряды бьют вертикально вниз — туда, где уже выпали ливневые осадки, то положительные разряды часто попадают в области, где осадков не было — сухие и пересушенные участки. Именно с ними связаны так называемые сухие грозы. Сочетание высокой силы тока, температуры и сухой поверхности повышает вероятность возгорания на порядки», — отмечает Константин Пустовалов.
Для человека удар положительно заряженной молнии тоже с большей вероятностью будет смертельным, однако тяжесть последствий зависит от многих дополнительных условий. Сухая обувь и одежда, особенно резиновая, служит хорошим изолятором между телом и землей. Мокрая одежда, напротив, значительно повышает риск поражения. «Молния всегда выбирает путь наименьшего электрического сопротивления, поэтому объект с более высоким сопротивлением является менее привлекательной мишенью», — рассказывает ученый.
Если во время грозы вы оказались на открытой местности без возможности найти укрытие, следует пригнуться, приняв позу эмбриона, чтобы уменьшить свою высоту при минимальном контакте с почвой — чаще всего молния бьет в наиболее высокий объект. Надежным укрытием служит автомобиль. Его металлический корпус действует как клетка Фарадея: даже при прямом попадании разряд проходит по поверхности автомобиля, не проникая внутрь, человеку достаточно не касаться металлических конструкций.
Особую опасность во время грозы представляют отдельно стоящие деревья. «Хотя дерево выше человека и примет удар на себя, при попадании молнии заряд распространяется по влажному высокопроводящему слою древесины — камбию (тонкий слой насыщенных соком живых клеток между корой и древесиной). Влага в этих слоях мгновенно вскипает, что приводит к взрывному расширению тканей. Внешние слои древесины разлетаются в стороны, как картечь, и могут нанести человеку тяжелые травмы вплоть до смертельных. Основная опасность заключается в поражающих элементах (щепках), разлетающихся с большой скоростью. Дополнительную опасность создает шаговое напряжение, связанное с тем, что заряд молнии не сразу уходит в землю, а распределяется по корневой системе дерева, создавая большую радиальную разность потенциалов на расстоянии до нескольких десятков метров вокруг ствола дерева. Под ее влиянием ток может пойти через тело человека — от одной ноги к другой. Наконец, возможен перескок молнии от ствола дерева в человека с последующим уходом через его тело в землю», — объясняет Константин Пустовалов.
Ученый отмечает, что в лесу риск быть ударенным молнией или подвергнуться ее негативным последствиям значительно ниже. Вероятность того, что она попадет в конкретное дерево, возле которого находится человек, ничтожно мала, особенно если это дерево не самое высокое. Поэтому при невозможности укрыться в здании или автомобиле лучше уйти в лес, чем оставаться на открытой местности.
Диана Хомякова
Фото Артёма Лаптева
- Подробнее о Молнии бывают разные
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии
