Гром и молния: что об этом нужно знать

В теплое время года довольно часто бывают грозы ‑ впечатляющие природные явления, тем не менее, вызывающие не только любопытство, но и страх. Во время грозы между облаками и Землей возникают электрические разряды, которые хорошо видно и слышно: молния наблюдается в виде ветвящихся светящихся линий, пронизывающих небо, а несколько позже мы слышим раскатистый звук грома. При этом, как правило, наблюдается ливневый дождь, сопровождающийся шквальным ветром и градом. Гроза является одним из наиболее опасных атмосферных явлений: только наводнения связаны с большим, чем у гроз количеством человеческих жертв. Интерес к изучению природного электричества возник еще в давние времена. Первым, кто исследовал электрическую природу молнии, был Бенджамин Франклин – американский политический деятель, но вместе с тем ученый и изобретатель. Именно он еще в 1752 году предложил первый проект молниеотвода. Давайте попробуем разобраться, какую опасность несет гроза, и что нужно знать и делать, чтобы себя обезопасить.

Одновременно на Земле действует около полутора тысяч гроз, средняя интенсивность разрядов оценивается как 100 молний в секунду или свыше 8 миллионов в день. По поверхности планеты грозы распределяются неравномерно. Над океаном гроз наблюдается приблизительно в десять раз меньше, чем над континентами. В тропической и экваториальной зоне (от 30° северной широты до 30° южной широты) сосредоточено около 78 % всех молниевых разрядов. Максимум грозовой активности приходится на Центральную Африку. В полярных районах Арктики и Антарктики и над полюсами гроз практически не бывает. Интенсивность гроз следует за солнцем: максимум гроз приходится на лето (в средних широтах) и дневные послеполуденные часы. Минимум зарегистрированных гроз приходится на время перед восходом солнца. На грозы влияют также географические особенности местности: сильные грозовые центры находятся в горных районах Гималаев и Кордильер.

Во время грозы между тучами и Землей возникает огромное напряжение, достигающее значения в 1000000000 В. При таком напряжении воздух ионизируется, превращаясь в плазму, и возникает гигантский электрический разряд с силой тока до 300000 А. Температура плазмы в молнии превышает 10000 °С. Молния проявляется яркой вспышкой света и ударной звуковой волной, которую несколько позднее слышно в качестве грома. Опасна молния еще и тем, что она может ударить совершенно неожиданно, и ее путь может быть непредсказуем. Однако расстояние до грозового фронта и скорость его приближения или удаления можно легко определить при помощи секундомера. Для этого необходимо засечь время между вспышкой света молнии и раскатом грома. Скорость звука в воздухе составляет примерно 340 м/с, поэтому, если вы услышали гром через 10 с после вспышки света, то до грозового фронта примерно 3,4 км. Измеряя таким образом время между вспышкой света и громом, а также время между разными ударами молнии, можно определить не только расстояние до них, но и скорость приближения или удаления грозового фронта:

где – скорость звука, – время между вспышкой света и громом первой молнии, – время между вспышкой света и громом второй молнии, – время между молниями. Если значение скорости получится положительным, то грозовой фронт приближается, а если отрицательным – удаляется. При этом необходимо учитывать, что направление ветра не всегда совпадает с направлением движения грозы.

Если все-таки вы попали в грозу, то следует соблюдать ряд простых правил, чтобы себя обезопасить:

Во-первых, во время грозы желательно избегать открытой местности. Молния с большей вероятностью бьет в самую высокую точку, одинокий человек в поле – это и есть та самая точка. Если Вы по какой-то причине остались в поле один на один с грозой, спрячьтесь в любом возможном углублении: канавке, ложбинке или самом низком месте поля, сядьте на корточки и пригните голову. При этом следует помнить, что песчаная и каменная почвы имеют меньшую электропроводность, а значит, они безопаснее, чем глинистая. Не следует прятаться под отдельно стоящими деревьями, так как они в первую очередь подвержены ударам молнии. А если вы находитесь в лесу, то лучше всего прятаться под низкорослыми деревьями с густой кроной.

В-третьих, если гроза застала Вас в машине, то она достаточно хорошо защищает от молнии, так как даже при ударе молнии разряд идет по поверхности металла. Поэтому закройте окна, отключите радиоприёмник и GPS-навигатор. Не следует дотрагиваться до любых металлических деталей автомобиля. Очень опасно во время грозы разговаривать по мобильному телефону. Лучше всего во время грозы его тоже выключить. Были случаи, когда входящий звонок становился причиной попадания молнии. Велосипед и мотоцикл в отличие от машины от грозы вас не спасут. Необходимо слезть, уложить транспорт на землю и отойти на расстояние примерно 30 м от него.

В природе существуют разные виды молний: линейные (наземные, внутриоблачные, молнии в верхней атмосфере) и шаровые молнии – светящиеся плавающие в воздухе образования, уникально редкое природное явление. Если природа линейной молнии ясна и ее поведение более предсказуемо, то природа шаровой молнии до сих пор хранит в себе множество тайн. Несмотря на то, что вероятность поражения человека шаровой молнией мала, тем не менее, она представляет серьезную опасность, так как не существует надежных методов и правил защиты от нее.

Поведение шаровой молнии непредсказуемо. Она может неожиданно появляться где угодно, в том числе в закрытых помещениях. Отмечены случаи появления шаровой молнии из телефонной трубки, электрической бритвы, выключателя, розетки, репродуктора. Достаточно часто она проникает в здания через трубы, открытые окна и двери. Известны случаи, когда шаровая молния проникала в помещение через узкие щели и даже замочную скважину. Размеры шаровой молнии могут быть различными: от нескольких сантиметров до нескольких метров. В большинстве случаев шаровая молния легко парит или катится над землей, иногда подскакивая, но может и зависнуть над поверхностью земли. Как утверждают очевидцы, шаровая молния реагирует на ветер, сквозняк, восходящие и нисходящие потоки воздуха. Но это не всегда так: известны случаи, кода шаровая молния никак не реагировала на потоки воздуха.

Шаровая молния может внезапно появиться и так же внезапно исчезнуть, не нанеся вреда человеку или помещению. Например, может залететь в окно и вылететь из помещения через открытую дверь или дымовую трубу, пролетев мимо Вас. При этом следует знать, что всякий контакт с человеком приводит к тяжелым травмам, ожогам, а в большинстве случаев к смертельному исходу. Поэтому, если вы увидели шаровую молнию, безопаснее всего удалиться от нее на максимально возможное расстояние.

Кроме того шаровая молния часто взрывается. Возникающая при этом ударная воздушная волна может травмировать человека или привести к разрушениям. Например, известны случаи взрывов молний в печках, дымоходах, что привело к серьезным разрушениям. Температура внутри шаровой молнии достигает 5000 °С, поэтому она может стать причиной пожара. Статистика поведения шаровой молнии говорит о том, что в 80% случаев взрывы не были опасны, однако тяжелые последствия все-таки возникали в 10% взрывов.

По предложенному методу мы предлагаем вам рассчитать расстояние до грозового разряда и его скорость, если первый гром был слышен через 20 секунд после наблюдения первой молнии, а второй через 15 секунд после наблюдения второй молнии. Время между молниями составляет 1 минуту.

Автор: Матвеев К.В., методист ГМЦ ДО г. Москвы

Источник

35 часто задаваемых вопросов о грозе и молнии

Молния — одна из красивых загадок на Земле, но она очень опасна, так как обладает гигантской разрушительной силой. Еще в древние времена человек наблюдал, как молния расщепляла высокие деревья, зажигала леса и жилища, убивала крупный рогатый скот и овец на склонах гор и в долинах, не раз был свидетелем того, как от молнии гибли люди. Впечатление от ослепительно ярких молний усиливали ужасающие раскаты грома.

Перед этой гигантской грозной стихией человек чувствовал себя маленьким, слабым и совершенно беспомощным. Он считал молнию и гром проявлениями немилости богов, наказанием за злые дела.

Современной наукой доказано, что грозы — это сложные атмосферные явления, сопровождаемые электрическими разрядами-молниями, вызывающими гром. Мы сегодня сравнительно много знаем о грозах, молниях и громе, о защите от молнии. Все же есть еще и нераскрытое.

Цель этой статьи — правильное объяснение причин природных явлений, происходящих вокруг нас, информация о грозах и молниях, накопленная наукой к настоящему времени, которая постоянно пополняется и уточняется благодаря неустанным исследованиям, проводимым в глобальном масштабе.

Итак, 35 самых популярных вопросов про грозу и молнию.

1. Где находятся очаги гроз? — Они главным образом там, где часто чередуются горы и долины рек, а на равнинах — в местах, где испарение воды значительнее. На возникновение гроз влияет форма рельефа, способствующая образованию и сохранению разницы температур в соседних слоях воздуха.

2. Как часты грозы в Северном и Южном полушариях? — В большинстве районов средних широт Северного полушария наибольшее число гроз приходится на летние месяцы — июнь и июль, меньшее на зимние — декабрь и январь.

В Южном полушарии грозы чаще всего бывают в декабре и январе, реже — в июне и в июле. Из приведенных данных имеется достаточно много исключений. Например, в Великобритании и в районе Исландии зимние грозы довольно часты. Над океаном наибольшее число гроз всегда приходится на зиму.

В тропическом и субтропическом поясе земного шара грозы особенно сильны и чаще всего бывают в сезон дождей. В Индии — весной (апрель — май) и осенью (сентябрь). Наибольшее число грозовых дней на Земле в тропических и экваториальных странах. В направлении северных широт их количество постепенно уменьшается.

3. Какие районы являются мировыми очагами гроз? — Их шесть: Ява — 220 грозовых дней в году, Экваториальная Африка — 150, Южная Мексика — 142, Панама — 132, Центральная Бразилия —106, Мадагаскар — 95.

Статистические данные о молниях:

За каждую секунду над Землей сверкает до 100 молний, следовательно, за час — 360 000, за день — 8,64 млн., а год — 3 млрд.

4. В каком направлении движется большинство молний? — Из облаков к Земле, и они могут поразить горы, равнину или море.

5. Почему мы видим молнию? — Канал молнии, по которому проходит ток гигантской силы, очень нагревается и ярко светит. Это и дает возможность нам видеть молнию.

6. Может ли наблюдатель отличить лидера от главной стадии? — Нет, потому что они следуют непосредственно друг за другом, чрезвычайно быстро по одному и тому же пути.

Лидер — первый подготовительный этап возникновения молнии. Специалисты называют его ступенчатым головным разрядом. От грозового облака к Земле лидер движется быстрыми последовательными светящимися квантами, длина которых около 50 м. Промежутки времени между отдельными ступенями составляют примерно одну пятидесятимиллионную долю секунды.

7. Заканчивается ли молния после первого соединения двух противоположных зарядов? — Ток нарушается, но молния на этом обычно не заканчивается. Часто по пути, проложенному первым разрядом, идет новый лидер, за ним снова следует главная часть разряда. Этим заканчивается второй разряд. Таких разрядов, состоящих из двух стадий, может последовательно возникнуть до 50.

8. Сколько разрядов бывает чаще всего? — 2 — 3.

9. Чем вызвано мерцание молнии? — Отдельные разряды нарушают ход молнии. Наблюдатель воспринимает это как мерцание.

10. Каков промежуток между отдельными разрядами? — Очень короткий — не превышает сотой доли секунды. Если число молний большое, то свечение длится целую секунду, иногда и несколько секунд. Средняя продолжительность молнии — примерно четверть секунды. Лишь незначительный процент молний длится дольше одной секунды.

Американский ученый Макичрон приводит сведения о непродолжительности разрядов, восходящих от высокого здания к облаку. Половина наблюдавшихся молний длилась 0,3 секунды.

11. Ударит ли молния дважды в одно и то же место? — Да. В телевизионную башню в Останкино молнии ударяли в среднем до 30 раз в год.

12. Всегда ли молния ударяет в вершину объекта? — Нет. Например, в здание Empire State Building молния ударила на 15 м ниже его вершины.

13. Всегда ли молния выбирает самый высокий объект? — Нет, не всегда. Если бы рядом стояли две мачты, железная и деревянная, молния скорее ударила бы в железную, даже будь она ниже. Это объясняется тем, что железо лучше проводит электричество, чем дерево (даже влажное). Железная мачта к тому же лучше связана с Землей, и электрический заряд при образовании лидера легче к ней притягивается.

14. Ударит ли молния в наивысшую точку песчаного холма или в нижерасположенный глинистый участок? — Молния всегда выбирает путь наименьшего сопротивления и поэтому ударяет не в наивысшую точку местности, а в то место, где ближе всего глина, так как у нее электропроводность выше, чем у песка. В холмистой местности, где протекала река, молния ударила в реку, а не в близлежащие холмы.

16. Может ли быть гром без молнии? — Нет. Как известно, гром — это звук, рождаемый молнией, вследствие расширения газов, причиной которого является она сама.

17. Сверкает ли молния без грома? — Нет. Хотя на большом расстоянии грома иногда не слышно, но он всегда сопровождает молнию.

18. Как определить расстояние, отделяющее нас от молнии? — Сперва мы видим молнию и только через некоторое время слышим гром. Если, например, между молнией и громом проходит 5 секунд, то за это время звук прошел расстояние 5 х 300 = 1650 м. Это значит, что молния ударила чуть дальше 1,5 км от наблюдателя.

В хорошую погоду можно слышать гром спустя 50 — 60 секунд после вспышки молнии, что соответствует расстоянию 15 — 20 км. Это намного меньше расстояния, на котором слышны звуки искусственных взрывов, потому что в этом случае энергия сосредоточена в сравнительно небольшом объеме, тогда как при грозовом разряде она распределяется по всему его пути.

19. Ударяет ли вообще молния в автомобиль? — Изоляционное сопротивление сухих автопокрышек столь велико, что прямой путь молнии к земле через автомобиль маловероятен. Но во время грозы в большинстве случаев идет дождь, автопокрышки увлажняются. Это увеличивает вероятность удара даже в том случае, если автомобиль не самый высокий объект в данной местности.

21. Что надо делать во время сильной грозы? — Во время сильной грозы надо постараться найти подходящее место для стоянки или съехать с трассы на лесную или проселочную дорогу и переждать грозу там.

23. Какое место занимает молния среди причин авиационных катастроф? — Если составить список причин авиакатастроф, вызванных такими погодными факторами, как мороз, снег, оледенение, ливни, туманы, бури и смерчи, то молния заняла бы в нем одно из последних мест.

24. Какие приборы в самолете больше подвержены действию молнии? — Примерно треть ударов молнии повреждает электроприборы. Были случаи, когда после удара молнии не работали различные бортовые приборы — индикаторы количества топлива, давления масла и другие, потому что вышли из строя их магниты. Не рекомендуется пополнять запасы топлива во время грозы, так как существует опасность удара молнии.

26. Moжет ли произойти несчастный случай внутри здания? — Да, если человек находится недалеко от металлического предмета и вблизи вывода молниеотвода.

27. Где меньше опасность поражения молнией — в городе или селе? — В городе люди находятся в меньшей опасности, так как стальные конструкции и высокие здания действуют в определенной мере как молниеотводы. Поэтому молния чаще всего поражает людей, работающих в поле, туристов и строителей.

28. Защищен ли от молнии человек, укрывшийся под деревом? — Примерно треть всех жертв молнии укрывалась под деревьями.

29. Есть ли случаи, когда человек пережил несколько ударов молнии? — Ходячим призраком считает себя разменявший седьмой десяток лет американский лесник Рой С. Салливан, которого молния поражала четыре раза, причем он не получил никаких серьезных травм, не считая сгоревших волос. Сам он так описывает пережитое: «Меня будто гигантским кулаком свалило на землю, причем сотрясло все тело. Я ослеп, оглох, и мне казалось, что я рассыплюсь на части. Потребовалось несколько недель, прежде чем исчезли эти ощущения».

31. Какой должна быть первая помощь при ударах молнии? — Такой же, что и при других поражениях электрическим током и ожогах: главным образом, искусственное дыхание. Сделанное своевременно и достаточно продолжительно, оно спасет многие жизни. Если жизнь пораженного молнией удается спасти оказанием надлежащей первой помощи, то признаки паралича обычно исчезают без вредных последствий медленно, в течение нескольких часов или дней.

32. Какую энергию таит в себе средняя линейная молния? — На основании данных о напряжении, силе тока и мощности зарядов, считается, что средняя млния содержит энергию порядка 250 кВч (900 МДж). Английский специалист Уилсон приводит другие данные — 2800 кВч (10 4 МДж = 10 ГДж).

33. Во что превращается энергия молнии? — Наибольшая часть — в свет, тепло и звук на всем ее пути.

34. Какова энергия молнии на единицу земной поверхности? — На 1 кв. км земной поверхности энергия молнии сравнительно мала. Другие виды энергии в атмосфере, например, солнечное излучение сила ветра, значительно превышают ее.

35. Может ли молния быть полезной? — Электрические разряды во время грозы превращают часть атмосферного кислорода в новое газообразное вещество — озон, с резким запахом, обладающее отличными дезинфицирующими свойствами. Он в своем составе имеет три атома кислорода, выделяет свободный кислород, поэтому после грозы воздух очищается.

Под воздействием высокой температуры молнии кислород соединяется с атмосферным азотом, образуя азотистые соединения, легкорастворимые в воде. Образовавшаяся азотная кислота вместе с дождем попадает в почву, где становится азотным удобрением.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Источник

Молниеносная атака: как выжить в грозу

В Закарпатской области на западе Украины три туриста пострадали от удара молнии. Им повезло — остались живы, но случаев гибели во время грозы немало. Эксперты до сих пор не пришли к единому мнению о том, как реагируют молнии на мобильные телефоны, не могут предсказать появление и поведение шаровых молний. Однако существуют общие правила безопасности, которые позволят уберечь себя во время непогоды. Подробнее — в материале «Известий».

Как убивает молния

Инцидент с туристами в Закарпатье произошел в районе горы Круглой Боржавского хребта. Молния ударила в районе одного из маршрутов, по которому передвигалась группа из восьми человек. На место происшествия выехали специалисты, которые спустя три часа нашли пострадавших. Трех человек отправили в поселок Межгорье, где передали медработникам.

Жительницу села Кунакбаево Республики Башкортостан гроза застала на пляже реки Стерля 22 июля. 38-летняя женщина от разряда молнии скончалась на месте происшествия. В тот же день от удара молнии загорелись дома в селах Нагаево, Иглино и Шакша. А в конце июня в том же регионе погибла в разгар непогоды жительница Стерлитамака, которая находилась в лесу. В Воронеже неделю назад от удара молнии погиб мотоциклист. Гроза застигла его в поле. В Свердловской области от удара молнии погибли сразу два человека: они укрылись от грозы в беседке на берегу озера.

Еще страшнее инцидент произошел в Индии, где от удара молнии погибли сразу 11 человек — они делали селфи под дождем на вершине сторожевой башни форта Амер XII века.

Опасны ли шаровые молнии

Свод правил поведения в грозу составлен в МЧС России. Ведомство отмечает, что грозы в центральной части страны наблюдаются обычно с мая по сентябрь, а на юге почти круглогодично.

При этом существуют не только обычные линейные или зигзагообразные молнии, но и шаровые — это светящийся шар, который плавает в воздухе над поверхностью земли и взрывается при столкновении с любым твердым предметом.

Впрочем, явление это очень редкое и практически неизученное. Некоторые ученые даже считают, что бояться такой встречи не стоит.

— Я за всю жизнь ни разу их не видел, а если бы увидел, то скорее обрадовался, потому что это зрелище красивое, — говорит «Известиям» кандидат физико-математических наук, доцент, преподаватель кафедры общей физики МФТИ Станислав Виноградов. — Даже больше красивое, чем опасное.

Он пояснил, что повторить шаровые молнии в лаборатории не удается, и пока не ясно, откуда у них столько энергии.

Как определить расстояние до грозы

Спасатели настоятельно рекомендуют уточнять прогноз погоды перед поездкой на природу и перенести путешествие на другой день, если ожидается гроза.

Если же вы уже на природе, то в первую очередь нужно определить примерное расстояние до грозового фронта. Это можно сделать по времени, прошедшем от вспышки молнии до раската грома. Свет мы видим почти мгновенно, а вот звук запаздывает — его скорость около 340 метров в секунду. Соответственно, если гром прогремел спустя три секунды после молнии, значит, это произошло примерно в километре от вас.

— Тут нужно учитывать, что расчеты будут очень примерные, — говорит Виноградов. — Ваше внутреннее чувство не очень точно определяет секунду. Кроме того, в случае с молнией речь идет не совсем о звуке, а об ударной волне. Но примерные вычисления возможны.

Другое дело, замечает ученый, что тот факт, что молния ударила в километре от вашего местонахождения, вовсе не означает, что в следующую секунду она не ударит рядом.

— Все зависит от размера грозового фронта — его протяженность может быть сотни метров, а может — десятки километров, — говорит Виноградов. — Надо посмотреть вверх: если над вами сильный дождь и небо совершенно закрыто, а облака очевидно грозовые, то может и ударить. Если небо чистое, то вряд ли дотянется.

В МЧС замечают, что задержка раскатов грома позволит также понять, удаляется грозовой фронт или приближается.

Чем опасен мобильный

Еще одно распространенное мнение — во время грозы нужно выключить смартфон. Это мнение сейчас многими учеными оспаривается. К слову, недавно известный детский доктор Евгений Комаровский на своем YouTube-канале заявил: информация о том, что телефон притягивает молнию, — это миф. И он не ожидал, что это настолько «плотно укоренилось в головах наших соотечественников».

Руководитель метеорологического отдела метеообсерватории МГУ, кандидат географических наук Павел Константинов в свою очередь замечает: пока студентов он обучает так, что говорить по телефону в грозу не нужно, как и ловить мобильную связь на вытянутой руке. Он отметил, что телефон в этой ситуации выступает как проводник.

Станислав Виноградов считает, что совершенно не важно, говорят по телефону или нет, включен он или нет.

— Телефон — это железка, и молнии все равно, работает ли эта железка или это вообще зонтик или ключи, — говорит он. — Когда молния попадает в какой-то объект, она крайне редко попадает в него прямо. Но, пролетая чисто случайно мимо, она создает такое поле вокруг себя, что из этого объекта в сторону молнии бьет так называемый встречный лидер и замыкает канал. Эта железка работает как затравка для встречного лидера, и если вы поднимаете ее выше, то немножко увеличиваете вероятность того, что рядом пролетит молния. Соответственно, если железка висит на поясе или спрятана в ботинок, то и вероятность этого уменьшается.

Он подчеркнул, что сама по себе вероятность удара молнией очень невелика, и работает телефон или нет — это совершенно не важно. Главное — не поднимать его высоко. При этом дома телефоном, как и любой другой техникой, можно пользоваться совершенно спокойно.

Как вести себя в грозу

В МЧС отмечают: срочно принимать меры предосторожности надо, когда за молнией сразу следует раскат грома. В сельской местности рекомендуется закрыть окна, двери, дымоходы и даже вентиляционные отверстия. В такой ситуации не рекомендуется растапливать печь, так как высокотемпературные газы, выходящие из печной трубы, имеют низкое сопротивление. Не следует говорить и по стационарному телефону, так как молния иногда попадает в натянутые между столбами провода.

Кроме того, не стоит близко подходить к электропроводке, молниеотводу, водостокам с крыш, антенне, не надо стоять рядом с окном. Бытовые приборы, телевизор — все, что работает от сети, — рекомендуется выключить.

Если непогода застала вас в лесу, укройтесь на участке с низкорослой растительностью — вблизи высоких деревьев, особенно сосен, дубов и тополей, прятаться не стоит. Нельзя находиться также в водоеме или на его берегу — напротив, надо от воды отойти и спуститься с возвышенного места в низину.

Что касается грозы в степи или поле, где укрытий нет (одиноко стоящие деревья — это ни в коем случае не укрытие!), то в МЧС замечают: ложиться на землю не надо — так электрическому току вы подставите все свое тело. Нужно сесть на корточки в ложбине, овраге или другом углублении, обхватив ноги руками.

Необходимо немедленно прекратить занятия спортом, а металлические предметы отложить в сторону. А вот из автомобиля лучше не выходить, разве что следует закрыть окна и опустить антенну радиоприемника.

Павел Константинов замечает: с точки зрения прямого удара молний городская улица безопаснее, чем улица в сельской местности. Однако в целом гроза в городе может быть даже опаснее, чем в пригороде.

— Во время московских ураганов несколько людей погибло из-за удара электрическим током, — напомнил он. — В грозу разрываются коммуникации, энергосистемы, из-за этого может пострадать человек.

Источник