Молнии из земли

Выражение «молния не бьет в одно место дважды” может вызвать у колумбийца Александра Мэндона грустную улыбку: разряд молнии поражал молодого человека уже четыре раза. Житель города Сампуес, расположенного в 300 км к северу от Боготы, впервые был «атакован” молнией в сентябре 2012 года.
Потрясенный Александр долго приходил в себя и радовался тому, что выжил. Но «небесный огонь” не оставил колумбийца в покое, настигнув его еще раз. После этого инцидента дважды пораженный Мэндон обратился за помощью к врачам, но те не смогли объяснить причину, по которой молния «облюбовала” парня.
Через некоторое время молодого человека призвали в армию, куда он отправился с большим энтузиазмом, надеясь, что в его отсутствие сплетни и слухи наконец прекратятся. Однако пребывание в казармах не спасло новобранца — электрический разряд настиг его во время учений.
Начальство гарнизона поспешило избавиться от ходячей катастрофы, заявив, что присутствие рядового Мэндона подвергает риску остальных солдат, присутствующих с ним на стрельбище. Таким образом дембель снова оказался в родном городе. Колумбиец стал избегать открытых пространств и распахнутых окон, боясь быть застигнутым врасплох. Его тактика не принесла результатов — Александра шарахнуло в четвертый раз.
Парень с трясущимися конечностями обратился к целителям, умоляя помочь ему, избавив от этого проклятья. Знахари, видимо, вспомнили все, что знали о молниях, и придумали выход в виде закапывания в землю.



«Местный врач порекомендовал Мэндону похоронить себя заживо в вертикальном положении, чтобы снять с себя электрический заряд и передать его земле”, — сообщает испанское издание Noticias Uno. Молодой человек, готовый на все, согласился на «земляную” терапию.
В назначенный день двое мужчин вывели из дома обессилевшего Александра и опустили в заранее выкопанную яму.

Пока остальные участники церемонии забрасывали тело парня землей, родственники придерживали его голову и вытирали рот от попадавшей пыли.
Знахари, наблюдавшие за спасительным ритуалом, не смогли ответить, насколько надежен такой вид лечения и каков его «гарантийный” срок. Так что время, вернее, ближайшая гроза, покажет результаты их стараний.

Виды

Молния ударяет в Эйфелеву башню, фотография 1902 г.

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 4 июля 2018 года.

Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках, тогда они называются грозовыми; иногда молния образуется в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.

Обычно наблюдаются линейные молнии, которые относятся к так называемым безэлектродным разрядам, так как они начинаются (и заканчиваются) в скоплениях заряженных частиц. Это определяет их некоторые до сих пор не объяснённые свойства, отличающие молнии от разрядов между электродами. Так, молнии не бывают короче нескольких сотен метров; они возникают в электрических полях значительно более слабых, чем поля при межэлектродных разрядах; сбор зарядов, переносимых молнией, происходит за тысячные доли секунды с миллиардов мелких, хорошо изолированных друг от друга частиц, расположенных в объёме нескольких км³. Наиболее изучен процесс развития молнии в грозовых облаках, при этом молнии могут проходить в самих облаках — внутриоблачные молнии, а могут ударять в землю — молния облако-земля. Для возникновения молнии необходимо, чтобы в относительно малом (но не меньше некоторого критического) объёме облака образовалось электрическое поле (см. атмосферное электричество) с напряжённостью, достаточной для начала электрического разряда (~ 1 МВ/м), а в значительной части облака существовало бы поле со средней напряжённостью, достаточной для поддержания начавшегося разряда (~ 0,1—0,2 МВ/м). В молнии электрическая энергия облака превращается в тепловую, световую и звуковую.

Молнии облако-земля

Молнии в г. ЕссентукиМолнии в Бостоне.

Процесс развития такой молнии состоит из нескольких стадий. На первой стадии в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая вначале свободными зарядами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с молекулами, составляющими воздух, ионизуют их.

По более современным представлениям, ионизация атмосферы для прохождения разряда происходит под влиянием высокоэнергетического космического излучения — частиц с энергиями 1012—1015 эВ, формирующих широкий атмосферный ливень с понижением пробивного напряжения воздуха на порядок от такового при нормальных условиях.

Запуск молнии происходит от высокоэнергетических частиц, вызывающих пробой на убегающих электронах («спусковым крючком» процесса при этом являются космические лучи). Таким образом возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов — стримеры, представляющие собой хорошо проводящие каналы, которые, сливаясь, дают начало яркому термоионизованному каналу с высокой проводимостью — ступенчатому лидеру молнии.

Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков метров со скоростью ~ 50 000 километров в секунду, после чего его движение приостанавливается на несколько десятков микросекунд, а свечение сильно ослабевает; затем в последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков метров. Яркое свечение охватывает при этом все пройденные ступени; затем следуют снова остановка и ослабление свечения. Эти процессы повторяются при движении лидера до поверхности земли со средней скоростью 200 000 метров в секунду.

Анимация молнии облако-земля

По мере продвижения лидера к земле напряжённость поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером. Эта особенность молнии используется для создания молниеотвода.

В заключительной стадии по ионизованному лидером каналу следует обратный (снизу вверх), или главный, разряд молнии, характеризующийся токами от десятков до сотен тысяч ампер, яркостью, заметно превышающей яркость лидера, и большой скоростью продвижения, вначале доходящей до ~ 100 000 километров в секунду, а в конце уменьшающейся до ~ 10 000 километров в секунду. Температура канала при главном разряде может превышать 20000—30000 °C. Длина канала молнии может быть от 1 до 10 км, диаметр — несколько сантиметров. После прохождения импульса тока ионизация канала и его свечение ослабевают. В финальной стадии ток молнии может длиться сотые и даже десятые доли секунды, достигая сотен и тысяч ампер. Такие молнии называют затяжными, они наиболее часто вызывают пожары. Но земля не является заряженной, поэтому принято считать, что разряд молнии происходит от облака по направлению к земле (сверху вниз).

Главный разряд разряжает нередко только часть облака. Заряды, расположенные на больших высотах, могут дать начало новому (стреловидному) лидеру, движущемуся непрерывно со скоростью в тысячи километров в секунду. Яркость его свечения близка к яркости ступенчатого лидера. Когда стреловидный лидер доходит до поверхности земли, следует второй главный удар, подобный первому. Обычно молния включает несколько повторных разрядов, но их число может доходить и до нескольких десятков. Длительность многократной молнии может превышать 1 секунду. Смещение канала многократной молнии ветром создаёт так называемую ленточную молнию — светящуюся полосу.

Внутриоблачные молнии

Внутриоблачные молнии включают в себя обычно только лидерные стадии; их длина колеблется от 1 до 150 км. Доля внутриоблачных молний растёт по мере смещения к экватору, меняясь от 0,5 в умеренных широтах до 0,9 в экваториальной полосе. Прохождение молнии сопровождается изменениями электрических и магнитных полей и радиоизлучением, так называемыми атмосфериками.

Полёт из Калькутты в Мумбаи.

Вероятность поражения молнией наземного объекта растёт по мере увеличения его высоты и с увеличением электропроводности почвы на поверхности или на некоторой глубине (на этих факторах основано действие молниеотвода). Если в облаке существует электрическое поле, достаточное для поддержания разряда, но недостаточное для его возникновения, роль инициатора молнии может выполнить длинный металлический трос или самолёт — особенно, если он сильно электрически заряжен. Таким образом иногда «провоцируются» молнии в слоисто-дождевых и мощных кучевых облаках.

В верхней атмосфере

Молнии и электрические разряды в верхних слоях атмосферы

В верхней атмосфере наблюдаются особые виды молний: эльфы, джеты и спрайты.

«Эльфы»

Эльфы (англ. Elves; Emissions of Light and Very Low Frequency Perturbations from Electromagnetic Pulse Sources) представляют собой огромные, но слабосветящиеся вспышки-конусы диаметром около 400 км, которые появляются непосредственно из верхней части грозового облака. Высота эльфов может достигать 100 км, длительность вспышек — до 5 мс (в среднем 3 мс).

Джеты

Джеты представляют собой трубки-конусы синего цвета. Высота джетов может достигать 40-70 км (нижняя граница ионосферы), продолжительность джетов больше, чем у эльфов.

Спрайты

Основная статья: Спрайт (молния)

Спрайты трудно различимы, но они появляются почти в любую грозу на высоте от 55 до 130 километров (высота образования «обычных» молний — не более 16 километров). Это некое подобие молнии, бьющей из облака вверх. Впервые это явление было зафиксировано в 1989 году случайно. Сейчас о физической природе спрайтов известно крайне мало.

Взаимодействие с поверхностью земли и расположенными на ней объектами

Глобальная частота ударов молний (шкала показывает число ударов в год на квадратный километр)

Согласно ранним оценкам, частота ударов молний на Земле составляет 100 раз в секунду. По современным данным, полученным с помощью спутников, которые могут обнаруживать молнии в местах, где не ведётся наземное наблюдение, эта частота составляет в среднем 44 ± 5 раз в секунду, что соответствует примерно 1,4 миллиарда молний в год. 75 % этих молний ударяет между облаками или внутри облаков, а 25 % — в землю.

Самые мощные молнии вызывают рождение фульгуритов.

Зачастую молния, попадая в деревья и трансформаторные установки на железной дороге, вызывает их возгорание. Обычный грозовой разряд опасен для телевизионных и радиоантенн, расположенных на крышах высотных зданий, а также для сетевого оборудования.

Ударная волна

Разряд молнии является электрическим взрывом и в некоторых аспектах похож на детонацию взрывчатого вещества. Он вызывает появление ударной волны, опасной в непосредственной близости. Ударная волна от достаточно мощного грозового разряда на расстояниях до нескольких метров может наносить разрушения, ломать деревья, травмировать и контузить людей даже без непосредственного поражения электрическим током. Например, при скорости нарастания тока 30 тысяч ампер за 0,1 миллисекунду и диаметре канала 10 см могут наблюдаться следующие давления ударной волны:

  • на расстоянии от центра 5 см (граница светящегося канала молнии) — 0,93 МПа, что сопоставимо с ударной волной, создаваемой тактическим ядерным оружием,
  • на расстоянии 0,5 м — 0,025 МПа, что сопоставимо с ударной волной, вызванной взрывом артиллерийской мины и вызывает разрушение непрочных строительных конструкций и травмы человека,
  • на расстоянии 5 м — 0,002 МПа (выбивание стёкол и временное оглушение человека).

На бо́льших расстояниях ударная волна вырождается в звуковую волну — гром.

Люди, животные и молния

Молнии — серьёзная угроза для жизни людей и животных. Поражение человека или животного молнией часто происходит на открытых пространствах, так как электрический ток идёт по каналу наименьшего электрического сопротивления, что в общем случае соответствует кратчайшему пути «грозовое облако — земля».

Поражение обычной линейной молнией внутри здания невозможно. Однако бытует мнение, что так называемая шаровая молния может проникать внутрь здания через щели и открытые окна.

В организме пострадавших отмечаются такие же патологические изменения, как при поражении электрическим током. Жертва теряет сознание, падает, могут отмечаться судороги, часто останавливается дыхание и сердцебиение. На теле обычно можно обнаружить «метки тока», места входа и выхода электричества. В случае смертельного исхода причиной прекращения основных жизненных функций является внезапная остановка дыхания и сердцебиения от прямого действия молнии на дыхательный и сосудодвигательный центры продолговатого мозга. На коже часто остаются так называемые знаки молнии, древовидные светло-розовые или красные полосы, исчезающие при надавливании пальцами (сохраняются в течение 1—2 суток после смерти). Они — результат расширения капилляров в зоне контакта молнии с телом.

Пострадавший от удара молнией нуждается в госпитализации, так как подвержен риску расстройств электрической активности сердца. До приезда квалифицированного медика ему может быть оказана первая помощь. В случае остановки дыхания показано проведение реанимации, в более лёгких случаях помощь зависит от состояния и симптомов.

По одним данным, каждый год в мире от удара молнии погибают 24 000 человек и около 240 000 получают травмы. По другим оценкам, в год в мире от удара молнии погибает 6000 человек.

В США из тех, кто получил удар молнией, погибают 9—10 %,что приводит к 40—50 смертям в год в стране.

Вероятность, что житель США получит удар молнией в текущем году, оценивается как 1 из 960 000, вероятность того, что он когда-либо в жизни (при продолжительности жизни 80 лет) получит удар молнией, составляет 1 из 12 000.

Американец Рой Салливан, сотрудник национального парка, известен тем, что на протяжении 35 лет был семь раз поражён молнией и остался в живых.

Жертвы

  • Российский академик Г. В. Рихман — в 1753 году погиб, вероятно, от удара шаровой молнии во время проведения научного эксперимента.
  • Артемий Веркольский — 13-летний крестьянин, погибший от удара молнии и канонизированный Русской православной церковью.
  • Казанский губернатор Сергей Голицын — 1 (12) июля 1738 года погиб во время охоты от удара молнии.
  • Советник министра здравоохранения РФ Ланской Игорь Львович — 18 августа 2017 года погиб во время грозы возле Девичьей башни в Судаке (Крым) от удара молнии.

16 июля 2016 года в деревне Красатинка Монастырщинского района Смоленской области открыли памятник погибшим от удара молнии жителям. В 1960 году они заготавливали сено для колхоза «Восход». Молния ударила в стог сена, 13 человек погибло: самому младшему было 16, старшему — 69 лет. В тот день выжил только один человек  —  13-летний Володя Кузьмин.

Деревья и молния

Тополь, пораженный молнией во время летней грозы. Макеевка, Украина, фотография 2008 г. Расщеплённое дерево в Уэльсе, Великобритания.

Высокие деревья — частая мишень для молний. На реликтовых деревьях-долгожителях легко можно найти множественные шрамы от молний — громобоины. Считается, что одиночно стоящее дерево чаще поражается молнией, хотя в некоторых лесных районах громобоины можно увидеть почти на каждом дереве. Сухие деревья от удара молнии загораются. Чаще удары молнии бывают направлены в дуб, реже всего — в бук, что, по-видимому, зависит от различного количества жирных масел в них, представляющих большое или меньшее сопротивление проведению электричества.

Молния проходит в стволе дерева по пути наименьшего электрического сопротивления, с выделением большого количества тепла, превращая воду в пар, который раскалывает ствол дерева или чаще отрывает от него участки коры, показывая путь молнии. В следующие сезоны деревья обычно восстанавливают повреждённые ткани и могут закрывать рану целиком, оставив только вертикальный шрам. Если ущерб является слишком серьёзным, ветер и вредители в конечном итоге убивают дерево. Деревья являются естественными громоотводами, и, как известно, обеспечивают защиту от удара молнии для близлежащих зданий. Посаженные возле здания, высокие деревья улавливают молнии, а высокая биомасса корневой системы помогает заземлять разряд молнии.

По этой причине опасно прятаться от дождя под деревьями во время грозы, особенно под высокими или одиночными на открытой местности.

Из деревьев, поражённых молнией, делают музыкальные инструменты, приписывая им уникальные свойства.

Молния и электрооборудование

Разряды молний представляют большую опасность для электрического и электронного оборудования. При прямом попадании молнии в провода в линии возникает перенапряжение, вызывающее разрушение изоляции электрооборудования, а большие токи обуславливают термические повреждения проводников. В связи с этим аварии и пожары на сложном технологическом оборудовании могут возникать не мгновенно, а в период до восьми часов после попадания молнии. Для защиты от грозовых перенапряжений электрические подстанции и распределительные сети оборудуются различными видами защитного оборудования такими как разрядники, нелинейные ограничители перенапряжения, длинноискровые разрядники. Для защиты от прямого попадания молнии используются молниеотводы и грозозащитные тросы. Для электронных устройств представляет опасность также и электромагнитный импульс, создаваемый молнией, который может повреждать оборудование на расстоянии до нескольких километров от места удара молнии. Достаточно уязвимыми к электромагнитному импульсу молнии являются локальные вычислительные сети.

Молния и авиация

Атмосферное электричество вообще и молнии в частности представляют значительную угрозу для авиации. Попадание молнии в летательный аппарат вызывает растекание тока большой величины по его конструкционным элементам, что может вызвать их разрушение, пожар в топливных баках, отказы оборудования, гибель людей. Для снижения риска металлические элементы наружной обшивки летательных аппаратов тщательно электрически соединяются друг с другом, а неметаллические элементы металлизируются. Таким образом, обеспечивается низкое электрическое сопротивление корпуса. Для стекания тока молнии и другого атмосферного электричества с корпуса летательные аппараты оборудуются разрядниками.

Ввиду того, что электрическая ёмкость самолёта, находящегося в воздухе, невелика, разряд «облако-самолёт» обладает существенно меньшей энергией по сравнению с разрядом «облако-земля». Наиболее опасна молния для низколетящего самолёта или вертолёта, так как в этом случае летательный аппарат может сыграть роль проводника тока молнии из облака в землю. Известно, что самолёты на больших высотах сравнительно часто поражаются молнией и тем не менее, случаи катастроф по этой причине единичны. В то же время известно очень много случаев поражения самолётов молнией на взлете и посадке, а также на стоянке, которые закончились катастрофами или уничтожением летательного аппарата.

Известные авиационные катастрофы, вызванные молнией:

  • Катастрофа Ил-12 под Зугдиди (1953 год) — 18 погибших, в том числе Народная артистка Грузинской ССР и Заслуженная артистка РСФСР Нато Вачнадзе
  • Катастрофа L-1649 под Миланом (1959 год) — 69 погибших (официально — 68)
  • Катастрофа Boeing 707 в Элктоне (1963 год) — 81 погибший. Занесена в книгу рекордов Гиннесса, как наибольшее число погибших из-за удара молнии. После неё в правила по созданию новых самолётов внесли пункт об испытаниях на попадания молний.

Молния и корабли

Молния также представляет очень большую угрозу для надводных кораблей ввиду того, что последние приподняты над поверхностью моря и имеют много острых элементов (мачты, антенны), являющихся концентраторами напряженности электрического поля. Во времена деревянных парусников, обладающих высоким удельным сопротивлением корпуса, удар молнии практически всегда заканчивался для корабля трагически: корабль сгорал или разрушался, от поражения электрическим током гибли люди. Клёпаные стальные суда также были уязвимы для молнии. Высокое удельное сопротивление заклёпочных швов вызывало значительное локальное тепловыделение, что приводило к возникновению электрической дуги, пожарам, разрушению заклёпок и появлению водотечности корпуса.

Сварной корпус современных судов обладает низким удельным сопротивлением и обеспечивает безопасное растекание тока молнии. Выступающие элементы надстройки современных судов надежно электрически соединяются с корпусом и также обеспечивают безопасное растекание тока молнии, а молниеотводы гарантируют защиту людей, находящихся на палубах. Поэтому для современных надводных кораблей молния не опасна.

Растущая огненная полусфера наземного взрыва Иви Майк мощностью 10,4 Мт и молнии вокруг неё

Деятельность человека, вызывающая молнию

При мощных наземных ядерных взрывах недалеко от эпицентра под действием электромагнитного импульса могут появиться молнии. Только в отличие от грозовых разрядов эти молнии начинаются от земли и уходят вверх.

Примечания

  1. Кошкин Н. И., Ширкевич М. Г. Справочник по элементарной физике. 5-е изд. М: Наука, 1972 г. С. 138
  2. Ученые назвали самую протяженную и самую продолжительную молнии
  3. 1 2 3 4 Красные Эльфы и Синие Джеты
  4. Ермаков В. И., Стожков Ю. И. Физика грозовых облаков // Физический институт им. П. Н. Лебедева, РАН, М., 2004 г. :37
  5. В возникновении молний обвинили космические лучи // Lenta.Ru, 09.02.2009
  6. Александр Костинский. «Молниеносная жизнь эльфов и гномов» Вокруг света, № 12, 2009.
  7. ELVES, a primer: Ionospheric Heating By the Electromagnetic Pulses from Lightning
  8. Fractal Models of Blue Jets, Blue Starters Show Similarity, Differences to Red Sprites
  9. V.P. Pasko, M.A. Stanley, J.D. Matthews, U.S. Inan, and T.G. Wood (March 14, 2002) «Electrical discharge from a thundercloud top to the lower ionosphere, » Nature, vol. 416, pages 152—154.
  10. Появление НЛО объяснили спрайтами. lenta.ru (24.02.2009). Проверено 16 января 2010. Архивировано 23 августа 2011 года.
  11. Kifuka – place where lightning strikes most often. Wondermondo. Проверено 21 ноября 2010.
  12. Annual Lightning Flash Rate. National Oceanic and Atmospheric Administration. Проверено 8 февраля 2009. Архивировано 30 марта 2008 года.
  13. Lightning Activity in Singapore. National Environmental Agency (2002). Проверено 24 сентября 2007. Архивировано 27 сентября 2007 года.
  14. Teresina: Vacations and Tourism. Paesi Online. Проверено 24 сентября 2007. Архивировано 5 сентября 2008 года.
  15. Staying Safe in Lightning Alley. NASA (January 3, 2007). Проверено 24 сентября 2007.
  16. Pierce, Kevin. Summer Lightning Ahead (недоступная ссылка). Florida Environment.com (2000). Проверено 24 сентября 2007. Архивировано 12 октября 2007 года.
  17. John E. Oliver. Encyclopedia of World Climatology. — National Oceanic and Atmospheric Administration, 2005. — ISBN 978-1-4020-3264-6.
  18. Annual Lightning Flash Rate (недоступная ссылка). National Oceanic and Atmospheric Administration. Проверено 15 апреля 2011. Архивировано 23 августа 2011 года.
  19. Where LightningStrikes. NASA Science. Science News. (December 5, 2001). Проверено 15 апреля 2011. Архивировано 23 августа 2011 года.
  20. К. БОГДАНОВ «МОЛНИЯ: БОЛЬШЕ ВОПРОСОВ, ЧЕМ ОТВЕТОВ». «Наука и жизнь» № 2, 2007
  21. Живлюк Ю. Н., Мандельштам С. Л. О температуре молнии и силе грома // ЖЭТФ. 1961. Т. 40, вып. 2. С. 483—487.
  22. Ronald L. Holle Annual rates of lightning fatalities by country (PDF). 0th International Lightning Detection Conference. 21-23 April 2008. Tucson, Arizona, USA. Retrieved on 2011-11-08.
  23. A new approach to estimate the annual number of global lightning fatalities. Проверено 20 июля 2014. Архивировано 27 июля 2014 года.
  24. Cherington, J. et al. 1999: Closing the Gap on the Actual Numbers of Lightning Casualties and Deaths. Preprints, 11th Conf. on Applied Climatology, 379-80..
  25. 2008 Lightning Fatalities (PDF). light08.pdf. NOAA (22 апреля 2009). Проверено 7 октября 2009.
  26. Lightning – Frequently Asked Questions. National Weather Service. Проверено 17 июня 2015.
  27. Знакомые советника главы Минздрава рассказали, что его убило молнией, РЕН ТВ (19 августа 2017). Проверено 9 октября 2017.
  28. Молния // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  29. Правила поведения во время грозы. VLBoat.ru. Проверено 17 марта 2010. Архивировано 23 августа 2011 года.
  30. Ирина Лукьянчик. Как вести себя во время грозы?. Ежедневный познавательный журнал «ШколаЖизни.ру». Проверено 17 марта 2010. Архивировано 23 августа 2011 года.
  31. Михайло Михайлович Нечай
  32. Р. Г. Рахимов. Башкирский кубыз. Маультроммель. Прошлое, настоящее, будущее. Фольклорное исследование
  33. Ядерный взрыв в космосе, на земле и под землёй. (Электромагнитный импульс ядерного взрыва). Сб. статей / Пер. с англ. Ю. Петренко под ред. С. Давыдова. — М.: Воениздат, 1974. — 235 с., С. 5, 7, 11
  34. Н. А. Кун «Легенды и мифы Древней Греции» ООО «Издательство АСТ» 2005—538,с. ISBN 5-17-005305-3 Стр.35-36.

Что происходит, когда молния попадает в землю?

Один из выпусков новостей по телевидению сделал экспертов по молниезащите и атмосферному электричеству чуть ли не самыми востребованными людьми для журналистов всех уровней. В передаче рассказывалось, как в китайца дважды ударила молния. И оба раза он остался жив, более того, ушёл с места происшествия своим ходом. Этот случай привлёк огромное внимание к самому явлению молнии, хотя на самом деле не представлялся чем-то исключительным. Попадание молнии не всегда приводит к смерти. Если покопаться в архивах, то легко можно найти массу сообщений на эту тему. Вот молнией ударило целую футбольную команду, игравшую на стадионе во время грозы. Вот она поразила людей, ждущих автобус. Вот не повезло стаду коров и т. д. Во многих случаях после таких происшествий люди оказываются на больничной койке, но не в морге. Неужели опасность атмосферных разрядов просто преувеличена? Неужели люди могут выдержать прямое попадание молнии без серьёзных последствий для себя? А кто сказал, что в описанных выше ситуациях это воздействие было прямым? Как правило, когда речь идёт о чудесных спасениях, мы имеем дело не с прямым контактом, а с попаданием разряда в землю рядом с человеком.

Для начала давайте оценим масштаб этого опасного атмосферного явления. Небольшая молния, которую даже можно назвать слабой, имеет силу тока около 30 тысяч ампер. Разряды, которые можно отнести к категории мощных, имеют силу в десять раз больше. При ударе в землю этот заряд растекается по всему объёму грунта. Именно для этой цели (перевода мощного заряда в грунт) служат молниеотводы, оснащённые заземлителями. Последние представляют собой электроды, уходящие на определённую глубину в землю. Здесь действует закон Ома, согласно которому, чтобы рассчитать напряжение на заземлителе, необходимо силу тока умножить на сопротивление.

В данном примере нужно учесть, что напряжение в грунте принимается за нулевое. Когда речь идёт о человеке, стоящем на земле при ударе молнии, всё буквально переворачивается с ног на голову. Напряжение будет действовать на нас снизу, через ноги. Попробуем разобраться в том, каким образом это будет происходить.

Для начала рассмотрим нашу землю как проводник. Насколько хорошо она проводит электричество? Первый ответ, который напрашивается сам собой, – очень хорошо. Неслучайно же мы делаем заземление, вводя электричество в грунт. Однако нам нужна более точная оценка свойств земли как проводника, а именно – удельное сопротивление. Для хорошей земли оно составляет в среднем 100 Ом на метр. То есть сопротивление здесь просто огромное. Для примера: в обычной чёрной стали оно в миллиард раз меньше. Однако, несмотря на это, земля эффективно отводит ток благодаря своему большому объёму.

Теперь, чтобы уточнить, как ведёт себя электричество при попадании в землю, рассмотрим ещё один важный параметр – напряжённость электрического поля. Этот параметр определяет, каким образом падает напряжение на определённом промежутке. Мы будем рассматривать падение напряжения на длине 1 метр. Этот показатель, называемый шаговым напряжением, выбран неслучайно – примерно столько составляет длина человеческого шага. То есть, если в грунте имеется поле напряжённостью 1 вольт на метр, на шагающего человека будет воздействовать напряжение 1 вольт.

Теперь разберём гипотетическую ситуацию с попаданием молнии в громоотвод и её выводом в заземлитель. Для примера рассмотрим случай, когда в качестве заземлителя используется металлическая полусфера диаметром полметра. Ток, пройдя по проводнику, будет утекать с полусферического заземлителя равномерно в грунт. Рассчитаем плотность тока при его силе, равной 30 тысячам ампер. Для этого силу тока разделим на площадь, в которой он действует. Получим величину примерно в 76 000 ампер на квадратный метр. Теперь рассчитаем напряжённость, по закону Ома умножив сопротивление грунта на полученный результат. В результате получим величину около 7,6 миллиона вольт на метр. Внушительная цифра. И вряд ли описанный в начале статьи счастливец из Китая подвергался воздействию именно такого напряжения.

Так почему же китаец выжил? Для ответа на этот вопрос нужно понять, каким образом меняется полученный здесь показатель по мере удаления от заземлителя. Мы будем брать гипотетический пример с описанным выше полусферическим заземлителем и однородным грунтом. По мере удаления от заземлителя будет расти радиус полусферы, для которой мы проводим расчёты. В результате вырастет и площадь полусферы, а следовательно, снизится плотность тока, а за ней и напряжённость. Уже в десяти метрах от заземлителя вместо пугающих нас миллионов вольт напряжённость составит всего 5 тысяч вольт на метр. А это хотя и опасно, болезненно, но уже не всегда смертельно. Такой удар вполне может отбросить человека, сбить на землю, как это и было в описанном телевизионщиками случае. Учтите ещё и то, что время, которое электричество будет воздействовать на человека, составит всего 0,1 миллисекунды.

Таким образом, чем дальше мы находимся от места попадания молнии в землю, тем меньше будет напряжение, воздействию которого мы подвергаемся. Поэтому понятно, почему на уроках ОБЖ нам говорили, что нельзя прятаться от грозы под высокими деревьями. Именно в них обычно попадают разряды. И, находясь рядом, мы рискуем подвергнуться серьёзному удару. Дело в том, что корневая система деревьев в данном случае выступит как заземлитель. И чем ближе к нему, тем сильнее разряд. А особенно сильным будет удар, если мы не стоим под деревом, а лежим, так как в данном случае увеличится контур, с которого мы получим разряд.

Мы не хотим вводить читателя в заблуждение, говоря о том, что молнии не опасны. Озвученные цифры нисколько не завышены. Наоборот – столкнуться с молнией зарядом до 100 тысяч ампер может каждый из нас, в то время как расчёты мы проводили для молнии в 30 тысяч ампер. Поэтому критическое шаговое напряжение может быть более внушительным и на более отдалённом расстоянии от заземлителя.

Кроме этого, нужно учесть, что мы в своих расчётах приводили пример с полусферическим заземлителем. При такой конструкции напряжённость поля будет обратно пропорциональна квадрату расстояния от центра полусферы. Однако такие электроды используются крайне редко. На промышленных объектах их вообще нет. Как правило, там применяются специальные стержни, из-за чего напряжённость по мере удаления от громоотвода убывает медленнее. Здесь уже радиус критического поражения, в том числе летального, может составлять несколько десятков метров.

Теперь приведём пример с типовыми устройствами, применяемыми в молниезащите в нашей стране. Возьмём для расчётов критические данные, которые дадут нам более внушительный результат. В качестве грунта будет использоваться сухой песок с сопротивлением 1 кОм на метр. Силу тока в молнии возьмём за 100 тысяч ампер. Сам заземлитель будет состоять из рекомендованных техническими нормами трёх штырей и шины, к которой они крепятся. В таком контуре и при указанной выше силе тока на расстоянии 15 метров от заземлителя будет действовать напряжение в 70 тысяч вольт. А в радиусе 40 метров – 10 тысяч вольт, что тоже немало.

Именно поэтому для сложных объектов, в которые часто попадает молния, и рядом с которыми высока вероятность нахождения людей, разрабатываются индивидуальные системы молниезащиты. Например, такая система использована при строительстве храма Христа Спасителя. Она состоит из множества шин, расположенных под землёй. Они обеспечивают растекание молнии и снижение шагового напряжения вблизи храма.

С воздействием мощного электрического заряда связана ещё одна серьёзная опасность. Если показатели напряжённости доходят до 1 мегавольта на метр, начинается ионизация грунта. А при совпадении ряда факторов результатом такой ионизации будет увеличение плазменного канала. Он будет проходить уже под землёй, неглубоко от её поверхности. Такие каналы в ионизированном грунте, по сути, являются частью основной молнии и могут уходить на расстояние до десятков метров от места непосредственного удара.

Сила тока в таких каналах меньше, чем в основных молниях, но при этом тоже внушительная. Более того, подземный разряд сопровождается высокой температурой, которая достигает 63 тысяч градусов. А теперь представьте, что такой подземный разряд прошёл рядом с какими-либо горючими веществами или в зону его действия попало важное оборудование, люди.

Именно с такой ситуацией в 2010 году столкнулись жители небольшой деревни в Омской области. Здесь случился пожар, в результате которого сгорели все дома. Местные жители не могли тушить пламя, поскольку, как они сказали, по земле бегали огненные стрелы. Нужно ли говорить, что само возгорание случилось в результате попадания молнии? Жители деревни поступили правильно, не став рисковать, – напряжение в зонах прохождения таких каналов по своим параметрам ничуть не уступает местам, где заземлители громоотводов входят в землю.

Думается, рассказанного здесь достаточно, чтобы понять, что даже при попадании молнии в громоотвод или в землю в отдалении от человека есть реальный риск нанесения ущерба расположенным рядом объектам и людям. Молния словно хитрит, находя обходные дороги и взламывая простую защиту. Именно поэтому важно, чтобы даже домашнюю систему молниезащиты просчитывали и монтировали опытные специалисты. Только они смогут учесть все нюансы и по-настоящему надёжно защитить от всех факторов воздействия грозового разряда.

Почему, если молния бьет из земли, выглядит так, будто она бьет из неба?

Naeel Maqsudov 2337 2 года назад Эксперт TQ по темам: IT, телеком, телефония, базы данных, интеграционные решения, естествознание, образование.

На фотографии показана как раз молния, распространяющаяся вниз. Они наблюдаются чаще, чем восходящие. Молния ветвится именно по ходу своего распространения а не против.

Всё дело в том, как распространяется канал, в котором мгновение спустя распространяется молния. Не буду тут расписывать как накапливается электрический заряд в атмосфере. Начнём сразу со стадии, когда он уже есть.

Есть заряд — есть поле. Есть поле, то заряженные частицы (свободные электроны, ионизированные молекулы, осциллирующие частицы рождённые космическим излучением) начинают двигаться. Двигаясь они сталкиваются с молекулами газов воздуха и ионизируют их. При достаточной напряжённости поля процесс приобретает лавинообразный характер.

Ионизация воздуха происходит неравномерно. Ионизированный канал в воздухе (лидер) местами разветвляется. Естественно, так как он образован ионами, движущимися преимущественно в одном направлении (в силу направленности электрического поля вокруг), ответвления тоже располагаются по ходу движения. Ответвление лидера не может кардинально поменять направление на противоположное.

Как только лидер образовался, и соединил грозовую тучу с землёй, то по этому лидеру начинает течь ток. Ток вызывает дополнительную ионизацию, лидер поддерживает сам себя. Тогда молния мерцает: бьёт несколько раз по тому же самому пути.

Чаще этот процесс обычно именно сверху вниз, так как напряжённость поля наверху часто бывает выше. Но иногда образование лидера может начинаться снизу. Тогда этот процесс разворачивается и течёт снизу вверх. Но для такого случая и картинку на обложке вопроса надо перевернуть, чтобы она напоминала крону дерева, а не его корни.

UPDATE:

Картинка и была правильной, но модератор её поправил(
Только вот ответа на вопрос я так и не увидела, почему создаётся впечатление что молния бьет не из земли?

А, ну раз такое дело, тогда я догадываюсь в чём тут секрет. Я, например, решительно не понимаю, как может создаваться такое впечатление. А значит всё дело в субъективности восприятия. Распространение молнии по лидеру — это очень быстрый процесс. Она оценивается в десятки и сотри тысяч км/с. Учитывая, во-первых, инертность нашего зрения, а, во-вторых, что мы не всегда видим молнию в боковой проекции. Мы фиксируем всю её целиком, не замечая направления её движения. И только знания о том как это работает (или, напротив, незнание) дополняют наше восприятие до «нужной» картины. Например, если «бегущие огни» из лампочек имеют всего 2 такта (когда лампочки горят через одну), то вы можете легко мысленным усилием развернуть их в противоположную сторону. Т.е. сами выбрать в какую сторону они движутся.

Реальная картина всё-таки отличается от того, какое впечатление создаёт обработанная разумом картинка. Вот, например, посмотрите, что происходит, когда видеокамера фиксирует 9000 кадров в секунду, что будет побыстрее нашего глаза: (тут есть и нисходящие и восходящие молнии)

И да, можно видеть, как по образовавшемуся лидеру иногда разряд таки проскакивает в обратном направлении, по проторенной-то дорожке. 2 -1

Записи созданы 1930

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Начните вводить, то что вы ищите выше и нажмите кнопку Enter для поиска. Нажмите кнопку ESC для отмены.

Вернуться наверх