Atmosferska fizika: kako, zakaj in od kod prihaja strela. Vrste strele: linearne, znotrajoblačne, zemeljske

Strela je fascinanten in fascinanten naravni pojav. Hkrati je to eden najbolj nevarnih in nepredvidljivih naravnih pojavov. Toda kaj v resnici vemo o streli? Po vsem svetu znanstveniki zbirajo dejstva o streli, jih poskušajo reproducirati v svojih laboratorijih, merijo njihovo moč in temperaturo, vendar še vedno ne morejo določiti narave strele in napovedati njenega obnašanja. A vseeno si poglejmo že znana zanimiva dejstva o streli.

V tem trenutku je na svetu približno 1800 neviht.

Vsako leto Zemljo v povprečju doživi 25 milijonov udarov strel ali več kot sto tisoč neviht. To je več kot 100 udarov strele na sekundo.

Povprečni udar strele traja četrtino sekunde.

Grmenje lahko slišite 20 kilometrov stran od strele.

Razelektritev strele potuje s hitrostjo okoli 190.000 km/s.

Povprečna dolžina udara strele je 3-4 kilometre.

Nekatere strele v zraku potujejo po zaviti poti, ki v premeru ne sme presegati debeline vašega prsta, dolžina poti strele pa bo 10-15 kilometrov.

Temperatura tipičnega udara strele lahko preseže 30.000 stopinj Celzija – to je približno 5-kratna površinska temperatura sonca.

"Strela nikoli ne udari dvakrat na isto mesto." Na žalost je to mit. Strela pogosto udari v isto mesto večkrat.

Stari Grki so verjeli, da ko strela udari v morje, se pojavi nov biser.

Drevesa lahko včasih prenesejo udar strele, ne da bi se vnela. To je zato, ker električna energija prehaja skozi mokro površino neposredno v tla.

Ob udaru strele se pesek spremeni v steklo. Po nevihti lahko v pesku najdemo steklene proge.

Če so vaša oblačila mokra, vam bo zadrga povzročila manj škode.

Med 6-urno nevihto, ki je trajala po Združenih državah Amerike, je po nebu odjeknilo 15.000 strel. Zdelo se je, kot da nenehno žgejo strele.

Na samem visoka zgradba na svetu - CN Tower, strela udari približno 78-krat na leto.

Utripe strele lahko vidimo tudi na Veneri, Jupitru, Saturnu in Uranu.

V srednjem veku so verjeli, da sta grom in strela stvaritev hudiča, cerkveni zvonovi pa so odganjali zle duhove. Zato so menihi med nevihto nenehno poskušali zvoniti in zato najpogosteje postali žrtve strele.

Iracionalni strah pred strelo imenujemo keraunofobija. Strah pred grmenjem je brontofobija.

Na Zemlji je hkrati od 100 do 1000 primerkov kroglične strele, vendar je možnost, da boste videli vsaj eno od njih, 0,01 %.

V Rusiji zaradi udara strele v povprečju umre približno 550 ljudi.

Približno četrtina vseh ljudi, ki postanejo žrtve strele, umre.

Moške strela ubije približno 6-krat pogosteje kot ženske.

Telefon je eden najpogostejših vzrokov za udar strele v človeka. Izogibajte se telefoniranju med nevihto, tudi v zaprtih prostorih. Po udaru strele na človeškem telesu ostanejo razvejane črte - znaki strele. Ob pritisku s prstom izgine.

Strela je eden tistih naravnih pojavov, ki že dolgo vzbujajo strah. človeški rasi. Največji umi, kot sta Aristotel ali Lukrecij, so si prizadevali razumeti njeno bistvo. Verjeli so, da gre za kroglo, sestavljeno iz ognja in stisnjeno v vodni pari oblakov, ki se poveča, prebije skoznje in s hitro iskro pade na tla.

Pojem strele in njen izvor

Najpogosteje se strela oblikuje na območjih, ki so precej velika. Zgornji del se lahko nahaja na nadmorski višini 7 kilometrov, spodnji pa le 500 metrov nad površjem zemlje. Ob upoštevanju atmosferske temperature lahko pridemo do zaključka, da na višini 3-4 km voda zmrzne in se spremeni v led, ki se ob trčenju med seboj naelektri. Tisti, ki imajo največja velikost, dobiti negativni naboj, najmanjši pa so pozitivni. Glede na njihovo težo so v oblaku enakomerno razporejeni po plasteh. Ko se približujeta drug drugemu, tvorita plazemski kanal, iz katerega nastane električna iskra, imenovana strela. Zlomljeno obliko je dobil zaradi dejstva, da so na poti do tal pogosto različni delci zraka, ki tvorijo ovire. In da bi jih obšli, morate spremeniti pot.

Fizični opis strele

Razelektritev strele sprosti od 109 do 1010 joulov energije. Tako ogromna količina električne energije v v večji meri se porabi za ustvarjanje bliskavice, ki se drugače imenuje grom. Toda že majhen del strele je dovolj, da naredi nepredstavljive stvari, na primer, njen izpust lahko ubije človeka ali uniči zgradbo. Še ena zanimivo dejstvo pravi, da je to naravni pojav sposobni taliti pesek in tvoriti votle valje. Ta učinek je dosežen zaradi visoka temperatura znotraj zadrge lahko doseže 2000 stopinj. Tudi čas, potreben za udarec ob tla, ne sme biti daljši od sekunde. Kar zadeva moč, lahko amplituda impulza doseže več sto kilovatov. Če združimo vse te dejavnike, pride do najmočnejše naravne razelektritve toka, ki nosi smrt vsega, česar se dotakne. Vse obstoječe vrste strele so zelo nevarne, srečanje z njimi pa je za ljudi izjemno nezaželeno.

Nastanek groma

Vseh vrst strele si ne moremo predstavljati brez grmenja, ki sicer ne predstavlja enake nevarnosti, lahko pa v nekaterih primerih povzroči izpad omrežja in druge tehnične težave. Nastane, ko topel val zraka, ki ga strela segreje na temperaturo, ki je višja od sonca, trči ob hladen val. Nastali zvok ni nič drugega kot val, ki ga povzročajo zračne vibracije. V večini primerov se volumen poveča proti koncu zvitka. To se zgodi zaradi odboja zvoka od oblakov.

Katere vrste strele obstajajo?

Izkazalo se je, da so vsi različni.

1. Linearna strela- najpogostejša sorta. Električna roka je videti kot narobe obrnjeno, zaraščeno drevo. Iz glavnega kanala sega več tanjših in krajših »poganjkov«. Dolžina takega praznjenja lahko doseže 20 kilometrov, moč toka pa je lahko 20.000 amperov. Hitrost gibanja je 150 kilometrov na sekundo. Temperatura plazme, ki polni kanal strele, doseže 10.000 stopinj.

2. Intracloud strela - nastanek te vrste spremljajo spremembe v električnem in magnetnem polju, oddajajo pa se tudi radijski valovi. Tak razcvet najverjetneje najdemo bližje ekvatorju. V zmernih zemljepisnih širinah se pojavlja zelo redko. Če je v oblaku strela, lahko tuji predmet, ki krši celovitost lupine, na primer elektrificirano letalo ali kovinski kabel, povzroči, da pride ven. Dolžina se lahko spreminja od 1 do 150 kilometrov.

3. Zemeljska strela - ta tip gre skozi več stopenj. Pri prvem od njih se začne udarna ionizacija, ki jo na začetku ustvarijo prosti elektroni, ti so vedno prisotni v zraku. Pod vplivom električno polje elementarni delci pridobiti visoke hitrosti in se usmeri proti tlom ter trči z molekulami, ki sestavljajo zrak. Tako nastanejo elektronski snežni plazovi, drugače imenovani streamerji. So kanali, ki med spajanjem povzročajo svetle, toplotno izolirane strele. Do tal pride v obliki majhnega stopnišča, ker so na njegovi poti ovire, in da bi jih obšel, spremeni smer. Hitrost gibanja je približno 50.000 kilometrov na sekundo.

Po strela bo minila na svoji poti se za več deset mikrosekund ustavi, svetloba pa oslabi. Po tem se začne naslednja stopnja: ponavljanje prehojene poti. Najnovejša razelektritev po svetlosti presega vse prejšnje, tok v njej lahko doseže več sto tisoč amperov. Temperatura znotraj kanala niha okoli 25.000 stopinj. Ta vrsta strele traja najdlje, zato so lahko posledice uničujoče.

Biserna strela

Ko odgovarjamo na vprašanje, katere vrste strele obstajajo, ne moremo izgubiti izpred oči tako redkega naravnega pojava. Najpogosteje izpust poteka po linearnem in popolnoma ponovi svojo pot. Samo na videz je videti kot kroglice, ki se nahajajo na razdalji drug od drugega in spominjajo na kroglice iz plemenitega materiala. Takšno strelo spremljajo najglasnejši in najbolj brneči zvoki.

Kroglasta strela

Naravni pojav, ko strela prevzame obliko krogle. V tem primeru postane pot njegovega leta nepredvidljiva, zaradi česar je še bolj nevarna za človeka. V večini primerov se takšna električna grudica pojavlja skupaj z drugimi vrstami, vendar je bilo zabeleženo dejstvo, da se pojavi tudi v sončnem vremenu.

Kako nastane To je vprašanje, ki si ga najpogosteje zastavljajo ljudje, ki so se srečali s tem pojavom. Kot vsi vemo, so nekatere stvari odlični prevodniki električne energije in v njih se začne pojavljati kroglica, ko se nabira njihov naboj. Pojavi se lahko tudi iz glavne strele. Očividci trdijo, da se preprosto pojavi od nikoder.

Premer strele je od nekaj centimetrov do metra. Kar zadeva barvo, obstaja več možnosti: od bele in rumene do svetlo zelene, zelo redko je najti črno električno kroglico. Po hitrem spustu se premika vodoravno, približno meter od površine zemlje. Takšna strela lahko nepričakovano spremeni svojo pot in prav tako nenadoma izgine, pri tem pa sprosti ogromno energije, ki povzroči taljenje ali celo uničenje različnih predmetov. Živi od deset sekund do nekaj ur.

Sprite strela

Nedavno, leta 1989, so znanstveniki odkrili drugo vrsto strele, ki se je imenovala sprite. Do odkritja je prišlo povsem po naključju, saj pojav opazujemo izjemno redko in traja le desetinke sekunde. Od drugih se ločijo po nadmorski višini, na kateri se pojavljajo - približno 50-130 kilometrov, medtem ko druge podvrste ne premagajo 15-kilometrske meje. Strelo Sprite odlikuje tudi ogromen premer, ki doseže 100 km. Pojavijo se navpično in utripajo v skupinah. Njihova barva se razlikuje glede na sestavo zraka: bližje tlom, kjer je več kisika, so zelene, rumene ali bele, pod vplivom dušika pa na nadmorski višini več kot 70 km pridobijo svetlo. rdeč odtenek.

Obnašanje med nevihto

Vse vrste strele predstavljajo izjemno nevarnost za zdravje in celo življenje ljudi. Da bi se izognili električni udar, na odprtih območjih je treba upoštevati naslednja pravila:

1. V tej situaciji so najbolj ogroženi visokih predmetov, zato se izogibajte odprtim prostorom. Če želite postati nižji, je najbolje, da počepnete in položite glavo in prsni koš na kolena; v primeru poraza bo ta položaj zaščitil vse vitalne organe. V nobenem primeru ne smete ležati ravno, da ne povečate območja možnega udarca.
2. Prav tako se ne smete skrivati ​​pod visokimi drevesi in nezaželeno zatočišče bodo tudi nezaščitene konstrukcije ali kovinski predmeti (na primer zavetišče za piknik).
3. Med nevihto morate takoj izstopiti iz vode, ker je dober prevodnik. Ko strela zadene, se zlahka razširi na človeka.
4. V nobenem primeru ne uporabljajte mobilnega telefona.
5. Za prvo pomoč žrtvi je najbolje izvesti kardiopulmonalno oživljanje in takoj poklicati reševalno službo.

Pravila obnašanja v hiši

Obstaja tudi nevarnost poškodb v zaprtih prostorih.

1. Če je zunaj nevihta, morate najprej zapreti vsa okna in vrata.
2. Vse električne naprave morajo biti izklopljene.
3. Držite se proč od žičnih telefonov in drugih kablov; Kovinske cevi imajo enak učinek, zato ne smete biti v bližini vodovodne napeljave.
4. Vedeti, kako nastane kroglasta strela in kako nepredvidljiva je njegova pot, če pride v prostor, ga morate takoj zapustiti in zapreti vsa okna in vrata. Če so ta dejanja nemogoča, je bolje stati pri miru.

Narava je še vedno zunaj človekovega nadzora in predstavlja številne nevarnosti. Vse vrste strel so v bistvu najmočnejše električne razelektritve, ki so po moči nekajkrat večje od vseh umetnih virov toka.

Težko pričakovani umik vročine spremljajo močne nevihte. Sankt Peterburg je v preteklem tednu doživel dve hudi nevihti. Prizor je bil grozen. Zdelo se je, kot da nebo poka in se trga na koščke, strele so spominjale na eksplozije.
Zakaj nastane takšna nevihta, kako nastane v ozračju? Takšna vprašanja se porajajo ravno v tem nevihtnem času. Poskusimo to ugotoviti na podlagi pristojnih virov. Kako boste to videli temperatura tukaj igra ključno vlogo.

Kje se najpogosteje pojavljajo nevihte?

Nad celinami v tropih. Nad oceanom je za red velikosti manj neviht. Eden od razlogov za to asimetrijo je intenzivna konvekcija na celinskih območjih, kjer je kopno učinkovito segreto sončno sevanje. Hiter dvig segretega zraka prispeva k nastanku močnih konvektivnih navpičnih oblakov, v zgornjem delu katerih je temperatura pod -40°C. Posledično nastanejo ledeni delci, snežne pelete, toča, katere interakcija v ozadju hitrega toka navzgor vodi do ločitve nabojev.

Približno 78 % vseh strel je zabeleženih med 30° J zemljepisne širine. in 30°S. Največ povprečna gostotaštevilo izbruhov na enoto zemeljske površine opazimo v Afriki (Ruanda). Celotno porečje reke Kongo s površino približno 3 milijone km2 redno izkazuje največjo aktivnost strele.

Kako se polni nevihtni oblak?

To je največ zanimivo vprašanje v "znanosti o nevihtah". Nevihtni oblaki so ogromni. Da nastane električno polje, ki je po velikosti primerljivo s prebojnim poljem, na merilu nekaj kilometrov (približno 30 kV/cm za zrak v normalne razmere), potrebno je, da naključna izmenjava nabojev med trki motnih trdnih ali tekočih delcev vodi do usklajenega, skupnega učinka dodajanja mikrotokov v makroskopski tok zelo velike magnitude (več amperov). Kot kažejo meritve električnega polja na površini zemlje, pa tudi v oblačnem okolju (na balonih, letalih in raketah), v tipičnem nevihtnem oblaku zavzema "glavni" negativni naboj - v povprečju več deset kulonov. višinsko območje, ki ustreza temperaturam od 10 do 25 °C. "Glavni" pozitivni naboj je prav tako nekaj deset kulonov, vendar se nahaja nad glavnim negativnim nabojem, torej večina Razelektritve oblak-zemlja dajejo zemlji negativen naboj. Manjši (10 C) pozitivni naboj pa pogosto najdemo tudi v spodnjem delu oblaka.

Za razlago zgoraj opisane (tripolne) strukture polja in naboja v nevihtnem oblaku je upoštevanih veliko mehanizmov ločevanja nabojev. Odvisni so predvsem od dejavnikov, kot sta temperatura in fazna sestava medija. Kljub obilici različnih mikrofizičnih mehanizmov elektrifikacije mnogi avtorji zdaj obravnavajo glavno neinduktivno izmenjavo nabojev med trki majhnih (velikosti od nekaj do deset mikrometrov) ledenih kristalov in delcev snežnih zrn. IN laboratorijski poskusi prisotnost je bila ugotovljena značilna vrednost temperatura, pri kateri se spremeni predznak naboja, ti. obratna točka, običajno med 15 in 20 °C. Prav ta lastnost je naredila ta mehanizem tako priljubljen, saj ob upoštevanju značilnega temperaturnega profila v oblaku pojasnjuje tripolno strukturo porazdelitve gostote naboja.

Nedavni poskusi so pokazali, da imajo številni nevihtni oblaki celo več kompleksna struktura prostorski naboj (do šest plasti). Vzgornji tokovi v takih oblakih so lahko šibki, vendar ima električno polje stabilno večplastno strukturo. V bližini ničelne izoterme (0 °C) se tu oblikujejo dokaj ozke (debele nekaj sto metrov) in stabilne plasti prostorskega naboja, ki so v veliki meri odgovorne za visoko aktivnost strele. Vprašanje mehanizma in vzorcev nastanka plasti pozitivnega naboja v bližini ničelne izoterme ostaja sporno. Model, razvit pri IAP, ki temelji na mehanizmu ločevanja naboja med taljenjem ledenih delcev, potrjuje nastanek plasti pozitivnega naboja med taljenjem ledenih delcev v bližini ničelne izoterme na nadmorski višini približno 4 km. Izračuni so pokazali, da se v 10 minutah oblikuje poljska struktura z največ okoli 50 kV/m.

Kako strela udari?

Teorij je več. Nedavno je bil predlagan in preučen nov scenarij strele, povezan z oblakom, ki doseže režim samoorganizirane kritičnosti. V modelu električnih celic (z značilno velikostjo ~1-30 m) s potencialom, ki naključno raste v prostoru in času, lahko ločen razpad majhnega obsega med parom celic povzroči "epidemijo" mikro v oblaku -razelektritve - odigra se stohastični proces fraktalne "metalizacije" okolja znotraj oblaka, tj. hiter prehod oblačnega okolja v stanje, ki spominja na tridimenzionalni splet dinamičnih prevodnih niti, na ozadju katerih se vidna očesu kanal strele - prevodni plazemski kanal, skozi katerega se prenaša glavni električni naboj

Po nekaterih zamislih razelektritev sprožijo visokoenergijski kozmični žarki, ki sprožijo proces, imenovan razpad ubežnih elektronov. Zanimivo je, da se prisotnost celične strukture električnega polja v nevihtnem oblaku izkaže za bistveno za proces pospeševanja elektronov do relativističnih energij. Naključno usmerjene električne celice skupaj s pospeškom močno povečajo življenjsko dobo relativističnih elektronov v oblaku zaradi difuzijske narave njihovih poti. Tako je mogoče razložiti pomembno trajanje izbruhov rentgenskega in gama sevanja ter naravo njihovega odnosa z bliski strele. Vloga kozmični žarki za atmosfersko elektriko je treba razjasniti s poskusi za preučevanje njihove korelacije s pojavi nevihte. Takšni poskusi se trenutno izvajajo v visoki gori Tien Shan znanstvena postaja Fizikalni inštitut RAS in na nevtrinskem observatoriju Baksan Inštituta za jedrske raziskave Ruske akademije znanosti.

Upoštevajte tudi, da so pojavi praznjenja v srednji atmosferi, ki so povezani z nevihtno aktivnostjo, prejeli različna imena glede na višino nad Zemljo. To so sprite (območje sijaja sega od nadmorske višine 50-55 km do 85-90 km nad tlemi, trajanje bliskavice pa se giblje od enot do deset milisekund), vilini (nadmorska višina - 70-90 km, trajanje manj kot 100 μs) in curki (izpusti, ki se začnejo na vrhu oblaka in se včasih širijo v mezosferske višine s hitrostjo približno 100 km/s).

Temperatura strele

V literaturi lahko zasledimo podatke, da lahko temperatura kanala strele med glavno razelektritvijo preseže 25.000 °C. Jasne dokaze, da lahko temperatura strele doseže 1700 °C, najdemo na skalnatih gorskih vrhovih in na območjih z močnimi nevihtami: fulguriti (iz latinščine fulgur - udar strele) - kremenčeve cevi, sintrane zaradi udara strele, ki so lahko različnih oblik. bizarne oblike.

Na fotografiji je fulgurit, najden leta 2006 v Arizoni v ZDA (podrobnosti na spletni strani www.notjustrocks.com). Videz steklene cevi je posledica dejstva, da je med zrni peska vedno zrak in vlaga. Električni tok strele segreje zrak in vodno paro na enormne temperature v delčku sekunde, kar povzroči eksplozivno povečanje zračnega tlaka med zrnci peska in njegovo širjenje. Zrak, ki se širi, tvori valjasto votlino znotraj staljenega peska. Naknadno hitro ohlajanje fiksira fulgurit, stekleno cev v pesku. Fulguriti, sestavljeni iz staljenega silicijevega dioksida, so običajno videti kot stožčaste cevi, debele kot svinčnik ali prst. Njihovo notranja površina gladka in staljena, zunanjo pa tvorijo zrna peska in tujki, ki se držijo staljene mase. Barva fulguritov je odvisna od mineralnih primesi v peščeni zemlji. Fulgurit je zelo krhek in poskusi odstranjevanja oprijetega peska pogosto povzročijo njegovo uničenje. To še posebej velja za razvejane fulgurite, ki nastanejo v mokrem pesku. Premer cevastega fulgurita ni večji od nekaj centimetrov, dolžina lahko doseže nekaj metrov; najden je bil 5-6 metrov dolg fulgurit.

Preučevanje strele in atmosferske elektrike nasploh je zelo zanimivo in pomembno znanstvena smer. Na to temo so bile objavljene številne publikacije. znanstvena dela in poljudni članki. Povezava do enega najobsežnejših pregledna dela je naveden na koncu našega zapisa.

Na koncu bi rad poudaril, da je strela resna grožnja za človeško življenje. Oseba ali žival, ki ju udari strela, se pogosto zgodi na odprti prostori ker električni tok sledi najkrajši poti od nevihtnega oblaka do tal. Pogosto strele udarijo v drevesa in transformatorske instalacije železnica, zaradi česar se vnamejo. Znotraj stavbe je nemogoče zadeti navadna linearna strela, obstaja pa mnenje, da tako imenovana kroglasta strela lahko prodre skozi razpoke in odprta okna. Običajna strela je nevarna za televizijske in radijske antene na strehah stolpnice, kot tudi za omrežno opremo.