Как сверкает молния – Александр Филиппов Когда сверкает молния скачать книгу fb2 txt бесплатно, читать текст онлайн, отзывы

Содержание

Молния: откуда берется, интересные факты

Многие люди боятся страшного явления природы – грозы. Это обычно происходит, когда солнце закрывается мрачными тучами, гремит жуткий гром и идет сильный дождь.

Конечно, бояться молнии следует, ведь она может даже убить или стать причиной возникновения пожара. Это известно давно, поэтому и придумали различные средства для защиты от молний и грома (например, металлические шесты).

Что же происходит там наверху и откуда берется гром? И молния как возникает?

Молния: откуда берется

Грозовые тучи

Тучи грозовые обычно огромные. По высоте они достигают нескольких километров. Визуально не видно, как внутри этих гремучих туч все бурлит и кипит. Это бурные потоки воздуха, включающие в себя капельки воды, с большой скоростью перемещаются снизу вверх и наоборот.

Самая верхняя часть этих туч по температуре достигает -40 градусов, и капли воды, попадающие в эту часть тучи, замерзают.

О происхождении грозовых туч

Прежде чем мы узнаем, откуда берется гром и молния как возникает, вкратце опишем, как формируются грозовые тучи.

Большая часть этих явлений происходит не над водной гладью планеты, а над континентами. Кроме того, грозовые облака интенсивно формируются над континентами тропических широт, где у поверхности земли воздух (в отличие от воздуха над водной поверхностью) сильно прогревается и поднимается быстро вверх.

Откуда берется гром и молния

Обычно на склонах разных возвышенностей образуется подобный восходящий поток прогретого воздуха, который втягивает в себя влажный воздух с обширных площадей земной поверхности и поднимает его вверх.

Таким образом и образуются так называемые кучевые облака, превращающиеся в грозовые облака, описанные чуть выше.

А теперь проясним, что же такое молния, откуда берется она?

Молния и гром

Из тех самых замерзших капель образуются кусочки льда, которые также перемещаются в облаках с огромной скоростью, сталкиваясь, разрушаясь и заряжаясь электричеством. Те льдинки, которые легче и меньше, остаются наверху, а те, что крупнее, – тают, спускаясь вниз, вновь превращаясь в капельки воды.

Таким образом, в грозовой туче возникают два электрических заряда. В верхней части отрицательный, в нижней – положительный. При встрече разных зарядов возникает мощный электрический разряд и происходит молния. Откуда берется она, стало понятно. А дальше что происходит? Вспышка молнии мгновенно разогревает и расширяет вокруг себя воздух. Последний нагревается так сильно, что происходит эффект взрыва. Это и есть гром, пугающий все живое на земле.

Откуда берется гроза и молния

Выходит, что все это — проявления атмосферного электричества. Тогда возникает следующий вопрос о том, последнее откуда берётся, причем в таких больших количествах. И куда оно девается?

Ионосфера

Что такое молния, откуда берется она, выяснили. Теперь немного о процессах, сохраняющих заряд Земли.

Ученые выяснили, что заряд Земли в общем невелик и составляет всего лишь 500 000 кулонов (как у 2 автомобильных аккумуляторов). Тогда куда исчезает тот отрицательный заряд, которые переносится молниями ближе к поверхности Земли?

Обычно в ясную погоду Земля потихоньку разряжается (постоянно между ионосферой и поверхностью Земли проходит слабый ток через всю атмосферу). Хоть и воздух считается изолятором, в нем есть небольшая доля ионов, которая позволяет существовать току в объёме всей атмосферы. Благодаря этому, хоть и медленно, но отрицательный заряд переносится с земной поверхности на высоту. Поэтому и объем суммарного заряда Земли всегда сохраняется неизменным.

Откуда берется шаровая молния

На сегодня самым распространенным мнением является то, что молния шаровая представляет собой особый вид заряда в форме шара, причем существующий довольно продолжительное время и перемещающийся по непредсказуемой траектории.

Откуда берется шаровая молния

Единой теории возникновения этого явления на сегодня нет. Существует много гипотез, но пока ни одна не получила признания в среде ученых.

Обычно, как свидетельствуют очевидцы, шаровая молния возникает в грозу или в шторм. Но имеются и случаи её возникновения и в солнечную погоду. Чаще она порождается обычной молнией, иногда возникает и спускается с облаков, а реже появляется неожиданно в воздухе или даже может выйти из какого-то предмета (столб, дерево).

Некоторые интересные факты

Откуда берется гроза и молния, мы выяснили. Теперь немного о любопытных фактах, касающихся вышеописанных природных явлений.

1. Ежегодно Земля испытывает приблизительно 25 миллионов вспышек молний.

2. Молния имеет среднюю длину приблизительно в 2,5 км. Есть и разряды, простирающиеся в атмосфере на 20 км.

3. Есть поверье, что молния не может дважды ударить в одно место. В действительности это не так. Результаты анализа (по географической карте) мест ударов молний за предшествующие несколько лет показывают, что молния и несколько раз может ударить в одно и то же место.

Молния

Вот и выяснили что такое молния, откуда берется она.

Грозы образуются как следствие сложнейших атмосферных явлений планетарного масштаба.

Каждую секунду на планете Земля происходит примерно 50 вспышек молниий.

Почему cверкает молния и гремит гром?

Долгожданное отступление жары сопровождается сильными грозами. В Петербурге за последнюю неделю пронеслось два сильнейших грозовых урагана. Зрелище было страшное. Казалось, что небо трещало и разрывалось на части, вспышки молний напоминали взрывы.

Почему возникает такая гроза, как она зарождается в атмосфере? Такие вопросы приходят в голову именно в это грозовое время. Попробуем разобраться, опираясь на компетентные источники. Как Вы увидите, что температура играет здесь важнейшую роль.

Где чаще всего возникают грозы?

Над континентами в тропиках. Над океаном гроз на порядок меньше. Одна из причин такой асимметрии — в интенсивной конвекции в континентальных областях, где суша эффективно прогревается солнечным излучением. Быстрый подъем прогретого воздуха способствует образованию мощных конвективных вертикальных облаков, в верхней части которых температура ниже – 40°C. В результате формируются частицы льда, снежной крупы, града, взаимодействие которых на фоне быстрого восходящего потока и приводит к разделению зарядов.

Примерно 78% всех молний регистрируется между 30°ю.ш. и 30°с.ш. Максимальная средняя плотность числа вспышек на единицу поверхности Земли наблюдается в Африке (Руанда). Весь бассейн р.Конго площадью около 3 млн км 2 регулярно демонстрирует наибольшую молниевую активность.

Как заряжается грозовое облако?

Это самый интересный вопрос в «грозоведении». Грозовые облака огромны. Чтобы на масштабе в несколько километров возникло электрическое поле, сравнимое по величине с пробойным (примерно 30 кВ/см для воздуха в нормальных условиях), нужно, чтобы беспорядочный обмен зарядами при столкновениях облачных твердых или жидких частиц привел к согласованному, коллективному эффекту сложения микротоков в макроскопический ток весьма большой величины (несколько ампер). Как показали измерения электрического поля на поверхности земли, а также внутри облачной среды (на баллонах, самолетах и ракетах), в типичном грозовом облаке «основной» отрицательный заряд — в среднем несколько десятков кулон — занимает интервал высот, соответствующий температурам от 10 до 25°C. «Основной» положительный заряд составляет также несколько десятков кулон, но располагается выше основного отрицательного, поэтому большая часть молниевых разрядов облако—земля отдает земле отрицательный заряд. Однако в нижней части облака также часто обнаруживается меньший по величине (10 Кл) положительный заряд.

Для объяснения описанной выше (трипольной) структуры поля и заряда в грозовом облаке рассматривается множество механизмов разделения зарядов. Они зависят, прежде всего, от таких факторов, как температура и фазовый состав среды. Несмотря на обилие различных микрофизических механизмов электризации, сейчас многие авторы считают главным безындукционный обмен зарядами при столкновениях мелких (с размерами от единиц до десятков микрометров) кристаллов льда и частиц снежной крупы. В лабораторных экспериментах было установлено наличие характерного значения температуры, при которой меняется знак заряда, т.н. точки реверса, лежащей обычно между 15 и 20°C. Именно эта особенность сделала данный механизм столь популярным, так как с учетом типичного профиля температуры в облаке она объясняет трипольную структуру распределения плотности заряда.

Недавние эксперименты показали, что многие грозовые облака обладают еще более сложной структурой пространственного заряда (до шести слоев). Восходящие потоки в таких облаках могут быть слабые, но электрическое поле имеет устойчивую многослойную структуру. Вблизи нулевой изотермы (0 °С) здесь формируются достаточно узкие (толщиной в несколько сотен метров) и стабильные слои пространственного заряда, во многом ответственные за высокую молниевую активность. Вопрос о механизме и закономерностях образования слоя положительного заряда в окрестности нулевой изотермы остается дискуссионным. Разработанная в ИПФ модель, основанная на механизме разделения зарядов при таянии ледяных частиц, подтверждает формирование слоя положительного заряда при таянии ледяных частиц вблизи нулевой изотермы на высоте около 4 км. Расчеты показали, что за 10 минут образуется структура поля с максимумом около 50 кВ/м.

Как происходит разряд молнии?

Существует несколько теорий. Недавно был предложен и исследован новый сценарий молнии, связанный с достижением облаком режима самоорганизованной критичности. В модели электрических ячеек (с характерным размером ~1—30 м) со случайно растущим в пространстве и времени потенциалом отдельный мелкомасштабный пробой между парой ячеек способен вызвать «эпидемию» внутриоблачных микроразрядов — разыгрывается стохастический процесс фрактальной «металлизации» внутриоблачной среды, т.е. быстрый переход облачной среды в состояние, напоминающее обьемную паутину из динамичных проводящих нитей, на фоне которых и формируется видимый глазом канал молнии — проводящий плазменный канал, по которому переносится основной электрический заряд

По некоторым представлениям, разряд инициируют высокоэнергетические космические лучи, которые запускают процесс, получивший название пробоя на убегающих электронах. Интересно, что наличие ячеистой структуры электрического поля в грозовом облаке оказывается существенным для процесса ускорения электронов до релятивистских энергий. Случайно ориентированные электрические ячейки наряду с ускорением резко увеличивают время жизни релятивистских электронов в облаке благодаря диффузионному характеру их траекторий. Это позволяет объяснить значительную продолжительность всплесков рентгеновского и гамма излучений и характер их взаимосвязи с молниевыми вспышками. Роль космических лучей для атмосферного электричества должны прояснить эксперименты по исследованию их корреляции с грозовыми явлениями. Такие эксперименты ведутся в настоящее время на ТяньШанской высокогорной научной станции Физического института РАН и на Баксанской нейтринной обсерватории Института ядерных исследований РАН.

Отметим также, что разрядные явления в средней атмосфере, коррелирующие с грозовой активностью, получили разные наименования в зависимости от высоты над Землей. Это спрайты (область свечения простирается от высот 50—55 км до 85—90 км над землей, а длительность вспышки составляет от единиц до десятков миллисекунд), эльфы (высоты — 70—90 км, продолжительность менее 100 мкс) и джеты (разряды, стартующие в верхней части облака и распространяющиеся порою до мезосферных высот со скоростью около 100 км/с).

Температура молнии

В литературе можно найти данные, что температура канала молнии при главном разряде может превышать 25 000 °C. Наглядным свидетельством того, что температура молнии может достигать 1700 °С являются найденные на скалистых вершинах гор и в районах с сильной грозовой активностью фульгуриты (от лат. fulgur — удар молнии) — спёкшиеся от удара молнии кварцевые трубки,которые могут быть разнообразной причудливой формы.

На фото фульгурит, найденный в 2006 г. в штате Аризона, США (подробности на сайте www.notjustrocks.com). Появление стеклянной трубочки связано с тем, что между песчинками всегда находятся воздух и влага. Электрический ток молнии за доли секунд раскаляет воздух и водяные пары до огромных температур, вызывая взрывообразный рост давления воздуха между песчинками и его расширение. Расширяющийся воздух образует цилиндрическую полость внутри расплавленного песка. Последующее быстрое охлаждение фиксирует фульгурит — стеклянную трубочку в песке. Фульгуриты, состоящие из переплавленного кремнезёма, обыкновенно представляют собой конусообразные трубочки толщиной с карандаш или с палец. Их внутренняя поверхность гладкая и оплавленная, а наружная образована приставшими к оплавленной массе песчинками и посторонними включениями. Цвет фульгуритов зависит от примесей минералов в песчаной почве. Фульгурит очень хрупок, и попытки очистить от прилипшего песка нередко приводят к его разрушению. Особенно это относится к ветвистым фульгуритам, образовавшимся во влажном песке. Диаметр трубчатого фульгурита не более нескольких сантиметров, длина может доходить до нескольких метров, находили фульгурит длиной 5-6 метров.

Изучением молнии и вообще атмосферного электричества – это очень интересное и важное научное направление. На эту тему опубликовано множество научных трудов и популярных статей. Ссылка на одну из наиболее исчерпывающих обзорных работ приводится в конце нашей заметки.

В заключение хочется отметить, что молнии — серьёзная угроза для жизни людей. Поражение человека или животного молнией часто происходит на открытых пространствах так как электрический ток идёт по кратчайшему пути «грозовое облако-земля». Часто молния попадает в деревья и трансформаторные установки на железной дороге, вызывая их возгорание. Поражение обычной линейной молнией внутри здания невозможно, однако бытует мнение что так называемая шаровая молния может проникать через щели и открытые окна. Обычный грозовой разряд опасен для телевизионных и радиоантенн, расположенных на крышах высотных зданий, а также для сетевого оборудования.

Похожие статьи на сайте:

Почему небо голубое?

Глобальное изменение климата

Остановится ли Гольфстрим?

Что такое ледяной дождь?

Температура над Землей

Загадка снежинки

Если прибавить к морозу ветер…

❶ Что такое молния 🚩 молния что это такое 🚩 Наука 🚩 Другое

Одним из первых, кто установил взаимодействие электрических разрядов в небе, был американский ученый, который по совместительству занимал важный государственный пост — Бенджамин Франклин. В 1752 году им был проведен интересный опыт с бумажным змеем. К его шнуру испытатель прикрепил металлический ключ и вовремя грозы запустил змея. спустя некоторое время, молния ударила в ключ, испуская сноп искр. С тех пор молния начала детально изучаться учеными. Это удивительное явление природы может быть чрезвычайно опасно, нанося серьезные повреждения линиям электропередач и другим высоким постройкам.Основная причина возникновения молнии кроется в столкновении ионов (ударной ионизации). Электрическое поле тучи имеет очень большую напряженность. В таком поле свободные электроны получают огромное ускорение. Сталкиваясь с атомами, они ионизируют их. В конечном итоге возникает поток быстрых электронов. Ударная ионизация образует плазменный канал, по которому проходит основной импульс тока. Происходит электрический разряд, который мы наблюдаем в виде молнии. Длина такого разряда может достигать нескольких километров и продолжаться до нескольких секунд. Молния всегда сопровождается яркой вспышкой света и громом. Очень часто молнии возникают во время грозы, однако случаются и исключения. Одним из самых неизученных учеными природных явлений, связанных с электрическими разрядами, является шаровая молния. Известно лишь, что возникает она внезапно и может нанести значительный ущерб. Так почему молния такая яркая?Сила электрического тока при ударе молнии может достигать 100 000 Ампер. При этом выделяется огромная энергия (около миллиарда Джоулей). Температура основного канала достигает почти 10 000 градусов. Эти характеристики и рождают яркий свет, который можно наблюдать при разряде молнии. После такого мощного электрического разряда наступает пауза, которая может длиться от 10 до 50 секунд. За это время основной канал почти гаснет, температура в нем падает до 700 градусов. Учеными установлено, что яркое свечение и нагрев плазменного канала распространяются снизу вверх, а паузы между свечениями составляют всего десятки долей секунд. Именно поэтому несколько мощных импульсов человек воспринимает как единую яркую вспышку молнии.

Молния: больше вопросов, чем ответов

В каждый момент времени в разных точках Земли сверкают молнии более 2000 гроз. В каждую секунду около 50 молний ударяются в поверхность земли, и в среднем каждый ее квадратный километр молния поражает шесть раз за год. Еще Б. Франклин показал, что молнии, бьющие по земле из грозовых облаков, — это электрические разряды, переносящие на нее отрицательный заряд величиной несколько десятков кулон, а амплитуда тока при ударе молнии составляет от 20 до 100 кА. Скоростная фотосъемка показала, что разряд молнии длится несколько десятых долей секунды и состоит из нескольких еще более коротких разрядов. Молнии издавна интересуют ученых, но и в наше время об их природе мы знаем лишь немного больше, чем 250 лет тому назад, хотя смогли их обнаружить даже на других планетах.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Способность электризации трением различных материалов. Материал из трущейся пары, находящийся выше в таблице, заряжается положительно, а ниже — отрицательно.

Отрицательно заряженный низ облака поляризует поверхность Земли под собой так, что она заряжается положительно, и, кода появляются условия для электрического пробоя, возникает разряд молнии.

Распределение частоты гроз по поверхности суши и океанов. Самые темные места на карте соответствуют частотам не более 0,1 грозы в год на квадратный километр, а самые светлые — более 50.

Зонт с громоотводом. Модель продавалась в XIX веке и пользовалась спросом.

Выстрел жидкостью или лазером по грозовой туче, нависшей над стадионом, уводит разряд молнии в сторону.

Несколько разрядов молний, вызванных пуском ракеты в грозовую тучу. Левая вертикальная прямая — след ракеты.

Крупный «ветвистый» фульгурит весом 7,3 кг, найденный автором на окраине Москвы.

Полые цилиндрические фрагменты фульгурита, образованные из оплавленного песка.

Белый фульгурит из Техаса.

Молния — вечный источник подзарядки электрического поля Земли. В начале XX века с помощью атмосферных зондов измерили электрическое поле Земли. Его напряженность у поверхности оказалась равной примерно 100 В/м, что соответствует суммарному заряду планеты около 400 000 Кл. Переносчиком зарядов в атмосфере Земли служат ионы, концентрация которых увеличивается с высотой и достигает максимума на высоте 50 км, где под действием космического излучения образовался электропроводящий слой — ионосфера. Поэтому электрическое поле Земли — это поле сферического конденсатора с приложенным напряжением около 400 кВ. Под действием этого напряжения из верхних слоев в нижние все время течет ток силой 2-4 кА, плотность которого составляет 1-2.10-12 А/м2, и выделяется энергия до 1,5 ГВт. И это электрическое поле исчезло бы, если бы не было молний! Поэтому в хорошую погоду электрический конденсатор — Земля — разряжается, а при грозе заряжается.

Человек не чувствует электрического поля Земли, так как его тело — хороший проводник. Поэтому заряд Земли находится и на поверхности тела человека, локально искажая электрическое поле. Под грозовым облаком плотность наведенных на земле положительных зарядов может значительно возрастать, а напряженность электрического поля — превышать 100 кВ/м, в 1000 раз больше ее значения в хорошую погоду. В результате во столько же раз увеличивается положительный заряд каждого волоска на голове человека, стоящего под грозовой тучей, и они, отталкиваясь друг от друга, встают дыбом.

Электризация — удаление «заряженной» пыли. Чтобы понять, как облако разделяет электрические заряды, вспомним, что такое электризация. Легче всего зарядить тело, потерев его о другое. Электризация трением — самый старый способ получения электрических зарядов. Само слово «электрон» в переводе с греческого на русский означает янтарь, так как янтарь всегда заряжался отрицательно при трении о шерсть или шелк. Величина заряда и его знак зависят от материалов трущихся тел.

Считается, что тело, до того как его стали тереть о другое, электронейтрально. Действительно, если оставить заряженное тело в воздухе, то к нему начнут прилипать противоположно заряженные частицы пыли и ионы. Таким образом, на поверхности любого тела находится слой «заряженной» пыли, нейтрализующий заряд тела. Поэтому электризация трением — это процесс частичного снятия «заряженной» пыли с обоих тел. При этом результат будет зависеть от того, на сколько лучше или хуже снимается «заряженная» пыль с трущихся тел.

Облако — фабрика по производству электрических зарядов. Трудно представить, что в облаке находится пара материалов из перечисленных в таблице. Однако на телах может оказаться различная «заряженная» пыль, даже если они сделаны из одного того же материала, — достаточно, чтобы микроструктура поверхности отличалась. Например, при трении гладкого тела о шероховатое оба будут электризовываться.

Грозовое облако — это огромное количество пара, часть которого конденсировалось в виде мельчайших капелек или льдинок. Верх грозового облака может находиться на высоте 6-7 км, а низ нависать над землей на высоте 0,5-1 км. Выше 3-4 км облака состоят из льдинок разного размера, так как температура там всегда ниже нуля. Эти льдинки находятся в постоянном движении, вызванном восходящими потоками теплого воздуха от нагретой поверхности земли. Мелкие льдинки легче, чем крупные, увлекаются восходящими потоками воздуха. Поэтому «шустрые» мелкие льдинки, двигаясь в верхнюю часть облака, все время сталкиваются с крупными. При каждом таком столкновении происходит электризация, при которой крупные льдинки заряжаются отрицательно, а мелкие — положительно. Со временем положительно заряженные мелкие льдинки оказываются в верхней части облака, а отрицательно заряженные крупные — внизу. Другими словами, верхушка грозы заряжена положительно, а низ — отрицательно. Все готово для разряда молнии, при котором происходит пробой воздуха и отрицательный заряд с нижней части грозовой тучи перетекает на Землю.

Молния — привет из космоса и источник рентгеновского излучения. Однако само облако не в состоянии так наэлектризовать себя, чтобы вызвать разряд между своей нижней частью и землей. Напряженность электрического поля в грозовом облаке никогда не превышает 400 кВ/м, а электрический пробой в воздухе происходит при напряженности больше 2500 кВ/м. Поэтому для возникновения молнии необходимо что-то еще кроме электрического поля. В 1992 году российский ученый А. Гуревич из Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) предположил, что своеобразным зажиганием для молнии могут быть космические лучи — частицы высоких энергий, обрушивающиеся на Землю из космоса с околосветовыми скоростями. Тысячи таких частиц каждую секунду бомбардируют каждый квадратный метр земной атмосферы.

Согласно теории Гуревича, частица космического излучения, сталкиваясь с молекулой воздуха, ионизирует ее, в результате чего образуется огромное число электронов, обладающих высокой энергией. Попав в электрическое поле между облаком и землей, электроны ускоряются до околосветовых скоростей, ионизируя путь своего движения и, таким образом, вызывая лавину электронов, движущихся вместе с ними к земле. Ионизированный канал, созданный этой лавиной электронов, используется молнией для разряда (см. «Наука и жизнь» № 7, 1993 г.).

Каждый, кто видел молнию, заметил, что это не ярко светящаяся прямая, соединяющая облако и землю, а ломаная линия. Поэтому процесс образования проводящего канала для разряда молнии называют ее «ступенчатым лидером». Каждая из таких «ступенек» — это место, где разогнавшиеся до околосветовых скоростей электроны остановились из-за столкновений с молекулами воздуха и изменили направление движения. Доказательство для такой интерпретации ступенчатого характера молнии — вспышки рентгеновского излучения, совпадающие с моментами, когда молния, как бы спотыкаясь, изменяет свою траекторию. Недавние исследования показали, что молния служит довольно мощным источником рентгеновского излучения, интенсивность которого может составлять до 250 000 электронвольт, что примерно в два раза превышает ту, которую используют при рентгене грудной клетки.

Как вызвать разряд молнии? Изучать то, что произойдет непонятно где и когда, очень сложно. А именно так в течение долгих лет работали ученые, исследующие природу молний. Считается, что грозой на небе руководит Илья-пророк и нам не дано знать его планы. Однако ученые очень давно пытались заменить Илью-пророка, создавая проводящий канал между грозовой тучей и землей. Б. Франклин для этого во время грозы запускал воздушный змей, оканчивающийся проволокой и связкой металлических ключей. Этим он вызывал слабые разряды, стекающие вниз по проволоке, и первым доказал, что молния — это отрицательный электрический разряд, стекающий с облаков на землю. Опыты Франклина были чрезвычайно опасными, и один из тех, кто их пытался повторить, — российский академик Г. В. Рихман — в 1753 году погиб от удара молнии.

В 1990-х годах исследователи научились вызывать молнии, не подвергая опасности свою жизнь. Один из способов вызвать молнию — запустить с земли небольшую ракету прямо в грозовую тучу. Вдоль всей траектории ракета ионизирует воздух и создает таким образом проводящий канал между тучей и землей. И если отрицательный заряд низа тучи достаточно велик, то вдоль созданного канала происходит разряд молнии, все параметры которого регистрируют приборы, расположенные рядом со стартовой площадкой ракеты. Чтобы создать еще лучшие условия для разряда молнии, к ракете присоединяют металлический провод, соединяющий ее с землей.

Молния: подарившая жизнь и двигатель эволюции. В 1953 году биохимики С. Миллер (Stanley Miller) и Г. Юри (Harold Urey) показали, что одни из «кирпичиков» жизни — аминокислоты могут быть получены путем пропускания электрического разряда через воду, в которой растворены газы «первобытной» атмосферы Земли (метан, аммиак и водород). Спустя 50 лет другие исследователи повторили эти опыты и получили те же результаты. Таким образом, научная теория зарождения жизни на Земле отводит удару молнии основополагающую роль.

При пропускании коротких импульсов тока через бактерии в их оболочке (мембране) появляются поры, через которые внутрь могут проходить фрагменты ДНК других бактерий, запуская один из механизмов эволюции.

Почему зимой грозы очень редки? Ф. И. Тютчев, написав «Люблю грозу в начале мая, когда весенний первый гром…», знал, что зимой гроз почти не бывает. Чтобы образовалось грозовое облако, необходимы восходящие потоки влажного воздуха. Концентрация насыщенных паров растет с повышением температуры и максимальна летом. Разница температур, от которой зависят восходящие потоки воздуха, тем больше, чем выше его температура у поверхности земли, так как на высоте нескольких километров его температура не зависит от времени года. Значит, интенсивность восходящих потоков максимальна тоже летом. Поэтому и грозы у нас чаще всего летом, а на севере, где и летом холодно, грозы довольно редки.

Почему грозы чаще над сушей, чем над морем? Чтобы облако разрядилось, в воздухе под ним должно быть достаточное число ионов. Воздух, состоящий только из молекул азота и кислорода, не содержит ионов, и его очень тяжело ионизировать даже в электрическом поле. А вот если в воздухе много инородных частиц, например пыли, то и ионов тоже много. Ионы образуются при движении частиц в воздухе аналогично тому, как электризуются при трении друг о друга различные материалы. Очевидно, что пыли в воздухе гораздо больше над сушей, чем над океанами. Поэтому-то грозы и гремят над сушей чаще. Замечено также, что прежде всего молнии бьют по тем местам, где в воздухе особенно велика концентрация аэрозолей — дымов и выбросов предприятий нефтеперерабатывающей промышленности.

Как Франклин отклонил молнию. К счастью, большинство разрядов молнии происходят между облаками и поэтому угрозы не представляют. Однако считается, что каждый год молнии убивают более тысячи людей по всему миру. По крайней мере, в США, где ведется такая статистика, каждый год от удара молнии страдают около 1000 человек и более ста из них погибают. Ученые давно пытались защитить людей от этой «кары божьей». Например, изобретатель первого электрического конденсатора (лейденской банки) Питер ван Мушенбрук (1692-1761) в статье об электричестве, написанной для знаменитой французской Энциклопедии, защищал традиционные способы предотвращения молнии — колокольный звон и стрельбу из пушек, которые, как он считал, оказываются довольно эффективными.

Бенджамин Франклин, пытаясь защитить Капитолий столицы штата Мериленд, в 1775 году прикрепил к зданию толстый железный стержень, который возвышался над куполом на несколько метров и был соединен с землей. Ученый отказался патентовать свое изобретение, желая, чтобы оно как можно скорее начало служить людям.

Весть о громоотводе Франклина быстро разнеслась по Европе, и его выбрали во все академии, включая и Российскую. Однако в некоторых странах набожное население встретило это изобретение с возмущением. Сама мысль, что человек так легко и просто может укротить главное оружие «божьего гнева», казалась кощунственной. Поэтому в разных местах люди из благочестивых соображений ломали громоотводы. Любопытный случай произошел в 1780 году в небольшом городке Сент-Омер на севере Франции, где горожане потребовали снести железную мачту громоотвода, и дело дошло до судебного разбирательства. Молодой адвокат, защищавший громоотвод от нападок мракобесов, построил защиту на том, что и разум человека, и его способность покорять силы природы имеют божественное происхождение. Все, что помогает спасти жизнь, во благо — доказывал молодой адвокат. Он выиграл процесс и снискал большую известность. Адвоката звали Максимилиан Робеспьер. Ну а сейчас портрет изобретателя громоотвода — самая желанная репродукция в мире, ведь она украшает известную всем стодолларовую купюру.

Как можно защититься от молнии с помощью водяной струи и лазера. Недавно был предложен принципиально новый способ борьбы с молниями. Громоотвод создадут из… струи жидкости, которой будут стрелять с земли непосредственно в грозовые облака. Громоотводная жидкость представляет собой солевой раствор, в который добавлены жидкие полимеры: соль предназначена для увеличения электропроводности, а полимер препятствует «распаду» струи на отдельные капельки. Диаметр струи составит около сантиметра, а максимальная высота — 300 метров. Когда жидкий громоотвод доработают, им оснастят спортивные и детские площадки, где фонтан включится автоматически, когда напряженность электрического поля станет достаточно высокой, а вероятность удара молнии — максимальной. По струе жидкости с грозового облака будет стекать заряд, делая молнию безопасной для окружающих. Аналогичную защиту от разряда молнии можно сделать и с помощью лазера, луч которого, ионизируя воздух, создаст канал для электрического разряда вдали от скопления людей.

Может ли молния сбить нас с пути? Да, если вы пользуетесь компасом. В известном романе Г. Мелвила «Моби Дик» описан именно такой случай, когда разряд молнии, создавший сильное магнитное поле, перемагнитил стрелку компаса. Однако капитан судна взял швейную иглу, ударил по ней, чтобы намагнитить, и поставил ее вместо испорченной стрелки компаса.

Может ли вас поразить молния внутри дома или самолета? К сожалению, да! Ток грозового разряда может войти в дом по телефонному проводу от рядом стоящего столба. Поэтому при грозе старайтесь не пользоваться обычным телефоном. Считается, что говорить по радиотелефону или по мобильному безопасней. Не следует во время грозы касаться труб центрального отопления и водопровода, которые соединяют дом с землей. Из этих же соображений специалисты советуют при грозе выключать все электрические приборы, в том числе компьютеры и телевизоры.

Что касается самолетов, то, вообще говоря, они стараются облетать районы с грозовой активностью. И все-таки в среднем раз в год в один из самолетов попадает молния. Ее ток поразить пассажиров не может, он стекает по внешней поверхности самолета, но способен вывести из строя радиосвязь, навигационное оборудование и электронику.

Фульгурит — окаменевшая молния. При разряде молнии выделяется 109-1010 джоулей энергии. Большая ее часть тратится на создание ударной волны (гром), нагрев воздуха, световую вспышку и другие электромагнитные волны, и только маленькая часть выделяется в том месте, где молния входит в землю. Однако и этой «маленькой» части вполне достаточно, чтобы вызвать пожар, убить человека и разрушить здание. Молния может разогреть канал, по которому она движется, до 30 000°С, в пять раз выше температуры на поверхности Солнца. Температура внутри молнии гораздо больше температуры плавления песка (1600-2000°C), но расплавится песок или нет, зависит еще и от длительности молнии, которая может составлять от десятков микросекунд до десятых долей секунды. Амплитуда импульса тока молнии обычно равна нескольким десяткам килоампер, но иногда может превышать и 100 кА. Самые мощные молнии и вызывают рождение фульгуритов — полых цилиндров из оплавленного песка.

Слово «фульгурит» происходит от латинского fulgur, что означает молния. Самые длинные из раскопанных фульгуритов уходили под землю на глубину более пяти метров. Фульгуритами также называют оплавленности твердых горных пород, образованные ударом молнии; они иногда в большом количестве встречаются на скалистых вершинах гор. Фульгуриты, состоящие из переплавленного кремнезема, обыкновенно представляют собой конусообразные трубочки толщиной с карандаш или с палец. Их внутренняя поверхность гладкая и оплавленная, а наружная образована приставшими к оплавленной массе песчинками. Цвет фульгуритов зависит от примесей минералов в песчаной почве. Большинство из них имеют рыжевато-коричневый, серый или черный цвет, однако встречаются зеленоватые, белые или даже полупрозрачные фульгуриты.

По-видимому, первое описание фульгуритов и их связи с ударами молнии было сделано в 1706 году пастором Д. Германом (David Hermann). Впоследствии многие находили фульгуриты вблизи людей, пораженных разрядом молнии. Чарльз Дарвин во время кругосветного путешествия на корабле «Бигль», обнаружил на песчаном берегу вблизи Мальдонадо (Уругвай) несколько стеклянных трубочек, уходящих в песок вертикально вниз более чем на метр. Он описал их размеры и связал их образование с разрядами молний. Известный американский физик Роберт Вуд получил «автограф» молнии, которая чуть не убила его:

«Прошла сильная гроза, и небо над нами уже прояснилось. Я пошел через поле, которое отделяет наш дом от дома моей свояченицы. Я прошел ярдов десять по тропинке, как вдруг меня позвала моя дочь Маргарет. Я остановился секунд на десять и едва лишь двинулся дальше, как вдруг небо прорезала яркая голубая линия, с грохотом двенадцатидюймового орудия ударив в тропинку в двадцати шагах передо мной и подняв огромный столб пара. Я пошел дальше, чтобы посмотреть, какой след оставила молния. В том месте, где ударила молния, было пятно обожженного клевера дюймов в пять диаметром, с дырой посередине в полдюйма…. Я возвратился в лабораторию, расплавил восемь фунтов олова и залил в отверстие… То, что я выкопал, когда олово затвердело, было похоже на огромный, слегка изогнутый собачий арапник, тяжелый, как и полагается, в рукоятке и постепенно сходящийся к концу. Он был немного длиннее трех футов» (цитируется по В. Сибрук. Роберт Вуд. — М.: Наука, 1985, с. 285).

Появление стеклянной трубочки в песке при разряде молнии связано с тем, что между песчинками всегда находятся воздух и влага. Электрический ток молнии за доли секунд раскаляет воздух и водяные пары до огромных температур, вызывая взрывообразный рост давления воздуха между песчинками и его расширение, что слышал и видел Вуд, чудом не ставший жертвой молнии. Расширяющийся воздух образует цилиндрическую полость внутри расплавленного песка. Последующее быстрое охлаждение фиксирует фульгурит — стеклянную трубочку в песке.

Часто аккуратно выкопанный из песка фульгурит по форме напоминает корень дерева или ветвь с многочисленными отростками. Такие ветвистые фульгуриты образуются, когда разряд молнии попадает во влажный песок, который, как известно, имеет бo’льшую электропроводность, чем сухой. В этих случаях ток молнии, входя в почву, сразу начинает растекаться в стороны, образуя структуру, похожую на корень дерева, а рождающийся при этом фульгурит лишь повторяет эту форму. Фульгурит очень хрупок, и попытки очистить от прилипшего песка нередко приводят к его разрушению. Особенно это относится к ветвистым фульгуритам, образовавшимся во влажном песке.

Почему сверкает молния

Почти все люди боятся грозы или, во всяком случае, опасаются ее и предпочитают переждать в безопасном месте — и это правильный подход. Небо темнеет и затягивается, солнце пропадает, зато гремит гром и сверкает молния – природа неистовствует, и это может быть опасно.Почему сверкает молнияГроза – природное явление, из одного названия которого уже многое ясно. Когда все вокруг озаряется вспышками, сопровождаемыми громовыми раскатами, за которыми, как правило, следует сильный ливень, неизбежно возникают вопросы: «Что там происходит?», «Откуда берется молния и почему она так ярко сверкает?». Природа молнии электрическая.Грозовые тучи – это настоящие гиганты. Они и с земли кажутся огромными, но оттуда все же не ясно, насколько они большие. Высота грозового облака средних размеров составляет несколько километров. Внутри они вовсе не такие спокойные, как может показаться снаружи. Потоки воздуха в тучах хаотично перемещаются во все стороны, все там «бурлит и кипит». Температура в туче тоже распределена вовсе не равномерно. На самом ее верху обычно очень холодно, порядка -40 градусов Цельсия. Вода, которая является основным компонентом грозового облака, при такой температуре, конечно, замерзает. Образуются небольшие кусочки льда, которые носятся внутри облака так же, как и обычные капли воды: с огромной скоростью и очень беспорядочно.Льдинки постоянно сталкиваются друг с другом и с водой, они заряжаются электричеством и разрушаются. Самые тяжелые перемещаются ближе к нижней части тучи и там обычно тают, иногда выпадают в виде града. Довольно быстро противоположные электрические заряды в туче концентрируются в разных областях: вверху преобладают положительные, а внизу отрицательные, но бурление внутри не прекращается. Порой возникают мощные потоки, когда множество положительных и отрицательных частиц сталкивается одновременно.Грозовые облака – это очень крупные образования, и когда два мощных вихря, заряженных противоположно, сталкиваются, образуется очень сильный электрический разряд. Это и есть молния. Она ослепительно сверкает, мгновенно нагревая воздух вокруг себя до очень высокой температуры так, что он взрывается. Гром – это и есть этот самый взрыв воздушной массы, нагретой электрическим разрядом.Сам электрический разряд может иметь направление либо от одной части тучи к другой, либо от них к земле. Если молния бьет в объекты, расположенные на земле, то она без труда раскалывает даже большие камни, а все, что горит, от ее удара воспламеняется.Молния притягивается ко всему, что возвышается над остальным ландшафтом. Поэтому чтобы защитить дома, люди придумали громоотводы: это металлические шесты, которые отводят ток в землю и таким способом нейтрализуют его. Но если началась гроза, а вы не дома, то не прячьтесь под высокими объектами, например, под деревьями. Потому что велика вероятность, что молния ударит в одно из них.

Молния: больше вопросов, чем ответов

Константин Богданов,
доктор биологических наук, кандидат физико-математических наук
«Наука и жизнь» №2, 2007

Молния (изображение: «Наука и жизнь»)

В каждый момент времени в разных точках Земли сверкают молнии более 2000 гроз. В каждую секунду около 50 молний ударяются в поверхность земли, и в среднем каждый ее квадратный километр молния поражает шесть раз за год. Еще Бенджамин Франклин (1706–1790) показал, что молнии, бьющие по земле из грозовых облаков, — это электрические разряды, переносящие на нее отрицательный заряд величиной несколько десятков кулон, а амплитуда тока при ударе молнии составляет от 20 до 100 кА. Скоростная фотосъемка показала, что разряд молнии длится несколько десятых долей секунды и состоит из нескольких еще более коротких разрядов. Молнии издавна интересуют ученых, но и в наше время об их природе мы знаем лишь немного больше, чем 250 лет тому назад, хотя смогли их обнаружить даже на других планетах.

Молния — вечный источник подзарядки электрического поля Земли

В начале XX века с помощью атмосферных зондов измерили электрическое поле Земли. Его напряженность у поверхности оказалась равной примерно 100 В/м, что соответствует суммарному заряду планеты около 400 000 Кл. Переносчиком зарядов в атмосфере Земли служат ионы, концентрация которых увеличивается с высотой и достигает максимума на высоте 50 км, где под действием космического излучения образовался электропроводящий слой — ионосфера. Поэтому электрическое поле Земли — это поле сферического конденсатора с приложенным напряжением около 400 кВ. Под действием этого напряжения из верхних слоев в нижние всё время течет ток силой 2–4 кА, плотность которого составляет 1–2 × 10–12 А/м2, и выделяется энергия до 1,5 ГВт. И это электрическое поле исчезло бы, если бы не было молний! Поэтому в хорошую погоду электрический конденсатор — Земля — разряжается, а при грозе заряжается.

Человек не чувствует электрического поля Земли, так как его тело — хороший проводник. Поэтому заряд Земли находится и на поверхности тела человека, локально искажая электрическое поле. Под грозовым облаком плотность наведенных на земле положительных зарядов может значительно возрастать, а напряженность электрического поля — превышать 100 кВ/м, в 1000 раз больше ее значения в хорошую погоду. В результате во столько же раз увеличивается положительный заряд каждого волоска на голове человека, стоящего под грозовой тучей, и они, отталкиваясь друг от друга, встают дыбом.

Электризация — удаление «заряженной» пыли
Способность электризации трением различных материалов. Материал из трущейся пары, находящийся выше в таблице, заряжается положительно, а ниже — отрицательно (изображение: «Наука и жизнь»)

Чтобы понять, как облако разделяет электрические заряды, вспомним, что такое электризация. Легче всего зарядить тело, потерев его о другое. Электризация трением — самый старый способ получения электрических зарядов. Само слово «электрон» в переводе с греческого на русский означает янтарь, так как янтарь всегда заряжался отрицательно при трении о шерсть или шелк. Величина заряда и его знак зависят от материалов трущихся тел.

Считается, что тело, до того как его стали тереть о другое, электронейтрально. Действительно, если оставить заряженное тело в воздухе, то к нему начнут прилипать противоположно заряженные частицы пыли и ионы. Таким образом, на поверхности любого тела находится слой «заряженной» пыли, нейтрализующий заряд тела. Поэтому электризация трением — это процесс частичного снятия «заряженной» пыли с обоих тел. При этом результат будет зависеть от того, на сколько лучше или хуже снимается «заряженная» пыль с трущихся тел.

Облако — фабрика по производству электрических зарядов

Трудно представить, что в облаке находится пара материалов из перечисленных в таблице. Однако на телах может оказаться различная «заряженная» пыль, даже если они сделаны из одного того же материала, — достаточно, чтобы микроструктура поверхности отличалась. Например, при трении гладкого тела о шероховатое оба будут электризоваться.

Грозовое облако — это огромное количество пара, часть которого конденсировалось в виде мельчайших капелек или льдинок. Верх грозового облака может находиться на высоте 6–7 км, а низ нависать над землей на высоте 0,5–1 км. Выше 3–4 км облака состоят из льдинок разного размера, так как температура там всегда ниже нуля. Эти льдинки находятся в постоянном движении, вызванном восходящими потоками теплого воздуха от нагретой поверхности земли. Мелкие льдинки легче, чем крупные, увлекаются восходящими потоками воздуха. Поэтому «шустрые» мелкие льдинки, двигаясь в верхнюю часть облака, всё время сталкиваются с крупными. При каждом таком столкновении происходит электризация, при которой крупные льдинки заряжаются отрицательно, а мелкие — положительно. Со временем положительно заряженные мелкие льдинки оказываются в верхней части облака, а отрицательно заряженные крупные — внизу. Другими словами, верхушка грозы заряжена положительно, а низ — отрицательно. Всё готово для разряда молнии, при котором происходит пробой воздуха и отрицательный заряд с нижней части грозовой тучи перетекает на Землю.

Молния — привет из космоса и источник рентгеновского излучения
Отрицательно заряженный низ облака поляризует поверхность Земли под собой так, что она заряжается положительно, и, когда появляются условия для электрического пробоя, возникает разряд молнии (изображение: «Наука и жизнь»)

Однако само облако не в состоянии так наэлектризовать себя, чтобы вызвать разряд между своей нижней частью и землей. Напряженность электрического поля в грозовом облаке никогда не превышает 400 кВ/м, а электрический пробой в воздухе происходит при напряженности больше 2500 кВ/м. Поэтому для возникновения молнии необходимо что-то еще кроме электрического поля. В 1992 году российский ученый Александр Викторович Гуревич из Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) предположил, что своеобразным зажиганием для молнии могут быть космические лучи — частицы высоких энергий, обрушивающиеся на Землю из космоса с околосветовыми скоростями. Тысячи таких частиц каждую секунду бомбардируют каждый квадратный метр земной атмосферы.

Согласно теории Гуревича, частица космического излучения, сталкиваясь с молекулой воздуха, ионизирует ее, в результате чего образуется огромное число электронов, обладающих высокой энергией. Попав в электрическое поле между облаком и землей, электроны ускоряются до околосветовых скоростей, ионизируя путь своего движения и, таким образом, вызывая лавину электронов, движущихся вместе с ними к земле. Ионизированный канал, созданный этой лавиной электронов, используется молнией для разряда (см. «Наука и жизнь» №7, 1993 г.).

Каждый, кто видел молнию, заметил, что это не ярко светящаяся прямая, соединяющая облако и землю, а ломаная линия. Поэтому процесс образования проводящего канала для разряда молнии называют ее «ступенчатым лидером». Каждая из таких «ступенек» — это место, где разогнавшиеся до околосветовых скоростей электроны остановились из-за столкновений с молекулами воздуха и изменили направление движения. Доказательство для такой интерпретации ступенчатого характера молнии — вспышки рентгеновского излучения, совпадающие с моментами, когда молния, как бы спотыкаясь, изменяет свою траекторию. Недавние исследования показали, что молния служит довольно мощным источником рентгеновского излучения, интенсивность которого может составлять до 250 000 электронвольт, что примерно в два раза превышает ту, которую используют при рентгене грудной клетки.

Как вызвать разряд молнии?
Несколько разрядов молний, вызванных пуском ракеты в грозовую тучу. Левая вертикальная прямая — след ракеты (изображение: «Наука и жизнь»)

Изучать то, что произойдет непонятно где и когда, очень сложно. А именно так в течение долгих лет работали ученые, исследующие природу молний. Считается, что грозой на небе руководит Илья-пророк и нам не дано знать его планы. Однако ученые очень давно пытались заменить Илью-пророка, создавая проводящий канал между грозовой тучей и землей. Бенджамин Франклин для этого во время грозы запускал воздушный змей, оканчивающийся проволокой и связкой металлических ключей. Этим он вызывал слабые разряды, стекающие вниз по проволоке, и первым доказал, что молния — это отрицательный электрический разряд, стекающий с облаков на землю. Опыты Франклина были чрезвычайно опасными, и один из тех, кто их пытался повторить, — российский академик Георг Вильгельм Рихман — в 1753 году погиб от удара молнии.

В 1990-е годы исследователи научились вызывать молнии, не подвергая опасности свою жизнь. Один из способов вызвать молнию — запустить с земли небольшую ракету прямо в грозовую тучу. Вдоль всей траектории ракета ионизирует воздух и создает таким образом проводящий канал между тучей и землей. И если отрицательный заряд низа тучи достаточно велик, то вдоль созданного канала происходит разряд молнии, все параметры которого регистрируют приборы, расположенные рядом со стартовой площадкой ракеты. Чтобы создать еще лучшие условия для разряда молнии, к ракете присоединяют металлический провод, соединяющий ее с землей.

Молния: подарившая жизнь и двигатель эволюции

В 1953 году биохимики Стэнли Миллер (Stanley Miller) и Гарольд Юри (Harold Urey) показали, что одни из «кирпичиков» жизни — аминокислоты — могут быть получены путем пропускания электрического разряда через воду, в которой растворены газы «первобытной» атмосферы Земли (метан, аммиак и водород). Спустя 50 лет другие исследователи повторили эти опыты и получили те же результаты. Таким образом, научная теория зарождения жизни на Земле отводит удару молнии основополагающую роль.

При пропускании коротких импульсов тока через бактерии в их оболочке (мембране) появляются поры, через которые внутрь могут проходить фрагменты ДНК других бактерий, запуская один из механизмов эволюции.

Почему зимой грозы очень редки?

Ф.И. Тютчев, написав «Люблю грозу в начале мая, когда весенний первый гром…», знал, что зимой гроз почти не бывает. Чтобы образовалось грозовое облако, необходимы восходящие потоки влажного воздуха. Концентрация насыщенных паров растет с повышением температуры и максимальна летом. Разница температур, от которой зависят восходящие потоки воздуха, тем больше, чем выше его температура у поверхности земли, так как на высоте нескольких километров его температура не зависит от времени года. Значит, интенсивность восходящих потоков максимальна тоже летом. Поэтому и грозы у нас чаще всего летом, а на севере, где и летом холодно, грозы довольно редки.

Почему грозы чаще над сушей, чем над морем?

Чтобы облако разрядилось, в воздухе под ним должно быть достаточное число ионов. Воздух, состоящий только из молекул азота и кислорода, не содержит ионов, и его очень тяжело ионизировать даже в электрическом поле. А вот если в воздухе много инородных частиц, например пыли, то и ионов тоже много. Ионы образуются при движении частиц в воздухе аналогично тому, как электризуются при трении друг о друга различные материалы.

Распределение частоты гроз по поверхности суши и океанов. Самые темные места на карте соответствуют частотам не более 0,1 грозы в год на квадратный километр, а самые светлые — более 50 (изображение: «Наука и жизнь»)

Очевидно, что пыли в воздухе гораздо больше над сушей, чем над океанами. Поэтому-то грозы и гремят над сушей чаще. Замечено также, что прежде всего молнии бьют по тем местам, где в воздухе особенно велика концентрация аэрозолей — дымов и выбросов предприятий нефтеперерабатывающей промышленности.

Как Франклин отклонил молнию
Зонт с громоотводом. Модель продавалась в XIX веке и пользовалась спросом (изображение: «Наука и жизнь»)

К счастью, большинство разрядов молнии происходят между облаками и поэтому угрозы не представляют. Однако считается, что каждый год молнии убивают более тысячи людей по всему миру. По крайней мере, в США, где ведется такая статистика, каждый год от удара молнии страдают около 1000 человек и более ста из них погибают. Ученые давно пытались защитить людей от этой «кары божьей». Например, изобретатель первого электрического конденсатора (лейденской банки) Питер ван Мушенбрук (1692–1761) в статье об электричестве, написанной для знаменитой французской Энциклопедии, защищал традиционные способы предотвращения молнии — колокольный звон и стрельбу из пушек, которые, как он считал, оказываются довольно эффективными.

Бенджамин Франклин, пытаясь защитить Капитолий столицы штата Мериленд, в 1775 году прикрепил к зданию толстый железный стержень, который возвышался над куполом на несколько метров и был соединен с землей. Ученый отказался патентовать свое изобретение, желая, чтобы оно как можно скорее начало служить людям.

Весть о громоотводе Франклина быстро разнеслась по Европе, и его выбрали во все академии, включая и Российскую. Однако в некоторых странах набожное население встретило это изобретение с возмущением. Сама мысль, что человек так легко и просто может укротить главное оружие «божьего гнева», казалась кощунственной. Поэтому в разных местах люди из благочестивых соображений ломали громоотводы. Любопытный случай произошел в 1780 году в небольшом городке Сент-Омер на севере Франции, где горожане потребовали снести железную мачту громоотвода, и дело дошло до судебного разбирательства. Молодой адвокат, защищавший громоотвод от нападок мракобесов, построил защиту на том, что и разум человека, и его способность покорять силы природы имеют божественное происхождение. Всё, что помогает спасти жизнь, во благо — доказывал молодой адвокат. Он выиграл процесс и снискал большую известность. Адвоката звали Максимилиан Робеспьер. Ну а сейчас портрет изобретателя громоотвода — самая желанная репродукция в мире, ведь она украшает известную всем стодолларовую купюру.

Как можно защититься от молнии с помощью водяной струи и лазера
Выстрел жидкостью или лазером по грозовой туче, нависшей над стадионом, уводит разряд молнии в сторону (изображение «Наука и жизнь»)

Недавно был предложен принципиально новый способ борьбы с молниями. Громоотвод создадут из… струи жидкости, которой будут стрелять с земли непосредственно в грозовые облака. Громоотводная жидкость представляет собой солевой раствор, в который добавлены жидкие полимеры: соль предназначена для увеличения электропроводности, а полимер препятствует «распаду» струи на отдельные капельки. Диаметр струи составит около сантиметра, а максимальная высота – 300 метров. Когда жидкий громоотвод доработают, им оснастят спортивные и детские площадки, где фонтан включится автоматически, когда напряженность электрического поля станет достаточно высокой, а вероятность удара молнии — максимальной. По струе жидкости с грозового облака будет стекать заряд, делая молнию безопасной для окружающих. Аналогичную защиту от разряда молнии можно сделать и с помощью лазера, луч которого, ионизируя воздух, создаст канал для электрического разряда вдали от скопления людей.

Может ли молния сбить нас с пути?

Да, если вы пользуетесь компасом. В известном романе Германа Мелвила «Моби Дик» описан именно такой случай, когда разряд молнии, создавший сильное магнитное поле, перемагнитил стрелку компаса. Однако капитан судна взял швейную иглу, ударил по ней, чтобы намагнитить, и поставил ее вместо испорченной стрелки компаса.

Может ли вас поразить молния внутри дома или самолета?

К сожалению, да! Ток грозового разряда может войти в дом по телефонному проводу от рядом стоящего столба. Поэтому при грозе старайтесь не пользоваться обычным телефоном. Считается, что говорить по радиотелефону или по мобильному безопасней. Не следует во время грозы касаться труб центрального отопления и водопровода, которые соединяют дом с землей. Из этих же соображений специалисты советуют при грозе выключать все электрические приборы, в том числе компьютеры и телевизоры.

Что касается самолетов, то, вообще говоря, они стараются облетать районы с грозовой активностью. И всё-таки в среднем раз в год в один из самолетов попадает молния. Ее ток поразить пассажиров не может, он стекает по внешней поверхности самолета, но способен вывести из строя радиосвязь, навигационное оборудование и электронику.

Фульгурит — окаменевшая молния

При разряде молнии выделяется 109–1010 джоулей энергии. Большая ее часть тратится на создание ударной волны (гром), нагрев воздуха, световую вспышку и другие электромагнитные волны, и только маленькая часть выделяется в том месте, где молния входит в землю. Однако и этой «маленькой» части вполне достаточно, чтобы вызвать пожар, убить человека и разрушить здание. Молния может разогреть канал, по которому она движется, до 30 000°С, в пять раз выше температуры на поверхности Солнца. Температура внутри молнии гораздо больше температуры плавления песка (1600–2000°C), но расплавится песок или нет, зависит еще и от длительности молнии, которая может составлять от десятков микросекунд до десятых долей секунды. Амплитуда импульса тока молнии обычно равна нескольким десяткам килоампер, но иногда может превышать и 100 кА. Самые мощные молнии и вызывают рождение фульгуритов — полых цилиндров из оплавленного песка.

Слово «фульгурит» происходит от латинского fulgur, что означает молния. Самые длинные из раскопанных фульгуритов уходили под землю на глубину более пяти метров. Фульгуритами также называют оплавленности твердых горных пород, образованные ударом молнии; они иногда в большом количестве встречаются на скалистых вершинах гор. Фульгуриты, состоящие из переплавленного кремнезема, обыкновенно представляют собой конусообразные трубочки толщиной с карандаш или с палец. Их внутренняя поверхность гладкая и оплавленная, а наружная образована приставшими к оплавленной массе песчинками. Цвет фульгуритов зависит от примесей минералов в песчаной почве. Большинство из них имеют рыжевато-коричневый, серый или черный цвет, однако встречаются зеленоватые, белые или даже полупрозрачные фульгуриты.

Крупный «ветвистый» фульгурит весом 7,3 кг, найденный автором на окраине Москвы (слева вверху), и его полые цилиндрические фрагменты, образованные из оплавленного песка; справа — белый фульгурит из Техаса (изображение: «Наука и жизнь»)

По-видимому, первое описание фульгуритов и их связи с ударами молнии было сделано в 1706 году пастором Д. Германом (David Hermann). Впоследствии многие находили фульгуриты вблизи людей, пораженных разрядом молнии. Чарльз Дарвин во время кругосветного путешествия на корабле «Бигль» обнаружил на песчаном берегу вблизи Мальдонадо (Уругвай) несколько стеклянных трубочек, уходящих в песок вертикально вниз более чем на метр. Он описал их размеры и связал их образование с разрядами молний. Известный американский физик Роберт Вуд получил «автограф» молнии, которая чуть не убила его:

«Прошла сильная гроза, и небо над нами уже прояснилось. Я пошел через поле, которое отделяет наш дом от дома моей свояченицы. Я прошел ярдов десять по тропинке, как вдруг меня позвала моя дочь Маргарет. Я остановился секунд на десять и едва лишь двинулся дальше, как вдруг небо прорезала яркая голубая линия, с грохотом двенадцатидюймового орудия ударив в тропинку в двадцати шагах передо мной и подняв огромный столб пара. Я пошел дальше, чтобы посмотреть, какой след оставила молния. В том месте, где ударила молния, было пятно обожженного клевера дюймов в пять диаметром, с дырой посередине в полдюйма…. Я возвратился в лабораторию, расплавил восемь фунтов олова и залил в отверстие… То, что я выкопал, когда олово затвердело, было похоже на огромный, слегка изогнутый собачий арапник, тяжелый, как и полагается, в рукоятке и постепенно сходящийся к концу. Он был немного длиннее трех футов» (цитируется по В. Сибрук. Роберт Вуд. — М.: Наука, 1985, с. 285).

Появление стеклянной трубочки в песке при разряде молнии связано с тем, что между песчинками всегда находятся воздух и влага. Электрический ток молнии за доли секунд раскаляет воздух и водяные пары до огромных температур, вызывая взрывообразный рост давления воздуха между песчинками и его расширение, что слышал и видел Вуд, чудом не ставший жертвой молнии. Расширяющийся воздух образует цилиндрическую полость внутри расплавленного песка. Последующее быстрое охлаждение фиксирует фульгурит — стеклянную трубочку в песке.

Часто аккуратно выкопанный из песка фульгурит по форме напоминает корень дерева или ветвь с многочисленными отростками. Такие ветвистые фульгуриты образуются, когда разряд молнии попадает во влажный песок, который, как известно, имеет бo’льшую электропроводность, чем сухой. В этих случаях ток молнии, входя в почву, сразу начинает растекаться в стороны, образуя структуру, похожую на корень дерева, а рождающийся при этом фульгурит лишь повторяет эту форму. Фульгурит очень хрупок, и попытки очистить от прилипшего песка нередко приводят к его разрушению. Особенно это относится к ветвистым фульгуритам, образовавшимся во влажном песке.

Предложения со словосочетанием СВЕРКАЮЩАЯ МОЛНИЯ

Неточные совпадения

Раз вечером разыгралась непогода: молния так и сверкала, гром гремел, а дождь лил как из ведра; ужас что такое! И действительно — молнии не заставили себя ждать и сверкали почти до самой станции. Звуки, раздающиеся в бардо, для них не просто шумы, а раскаты грома от ста тысяч одновременных молний, тогда как цветные лучи и свет сверкают подобно ста тысячам солнц. Да и молнии вон какие сверкают! Где-то на западе сверкали отблески молний, и тяжёлые гулкие раскаты грома то и дело доносились почему-то с востока. Музыкой, увлекавшей гугенотов, был голос их удовлетворённой гордости, а взоры парижан, сверкавшие во мраке ночи, были молниями ненависти, озарявшими грядущие события. Май раскололся, сверкая вспышками молний. Вокруг бушевал ветер, лил дождь, а молнии сверкали на небе каждую секунду. Едва достигнув зубчатого заборала и коснувшись кладки стены, сверкающая паутина чародейских молний брызнула в стороны. Лица их сияли, взор был исполнен любви; волосы их были, как снег, белые с златовидным отблеском, одежды их сверкали, как молния; они были препоясаны златыми поясами по сосцам. Колоссальные молнии сверкали, не переставая, перекрыв огненными узорами небосвод. Можно сказать, всё, что только есть страшного в гневе стихии, всё обрушилось на нас как бы по движению мстящей руки: град, дождь, ослепительные молнии, сверкающие на тёмном горизонте, гром, беспрерывно ревущий между сизыми тучами, как голос разъярённого неба, и ветер… О, какой ветер!.. Разве только в глазах сверкают все те же молнии. Носились бурные порывы ледяного ветра и потрясали стены, огнистая молния сверкала в как-то сразу потемневшем воздухе, над треножниками заклубилось чёрное облако и стало быстро сгущаться. Если гром и молнии сверкают в голове у начальников, то грозы с ураганами начинаются и в природе. Молнии сверкают, словно украшенные жемчугом лодки любви в чарующем океане небес, словно гирлянды на вратах райского дворца, словно сияющий пояс небесной красавицы, словно след ногтей, оставленный на облаках её возлюбленным — уходящим днём… Дождь похож на игрока в шахматы, а жёлтые и зелёные лягушки прыгают по квадратам затопленных полей, точно шахматные фигуры. И правда, как только лампада загоралась, гром стихал и молнии уже не сверкали на небе. С востока надвигались тучи, сверкающие клинки молний бешено метались над багровыми скалами. В лесу было совершенно темно, молния сверкала всё реже, и в просветы между деревьями лил дождь вместе с градом. И небо побагровело от свирепой грозы, и дождь хлестал человека по голове, и воды выступали из берегов, и раздражённая река шумела пеной, и кувшинки кричали в своём ложе, и лес склонялся, треща, по ветру, и гром гремел, и молния сверкала, и утёс колебался в своём основании. Вот она готова успокоиться, забыть, простить своему обольстителю всё… но вдруг, как молния, сверкает в её голове мысль, что не он виноват, а она: ведь она сама возвратила ему кольцо, её гордость требовала нарушения всяких обязательств!.. Молнии стали сверкать чаще, а гром просто оглушал. Вокруг носились силуэты птиц и крылатых змеев, в свете луны и сполохах молний сверкали обнажённые клинки. В его взгляде сверкали все молнии внутренних бурь, потрясавших его страстное существо. Глаза мои полезли из орбит, и сквозь мутнеющее сознание я увидела молнию, вспыхнувшую на конце меча — та в мгновение ока коснулась торчащего из воды железного креста и сплелась в яркий кокон голубых сверкающих нитей между ними. Молнии продолжают сверкать за окном. Молнии сверкают беспрерывно, раскаты грома, отражаясь от горных склонов, сливаются в протяжный оглушительный гул, дождь льёт потоками. Тучи соберутся, молнии сверкают, гром гремит, земля дождя ждёт, а его и нет. Высокий, стройный, он носился по площадке, как синяя молния, и его зелёные глаза азартно сверкали из-под развевающейся чёлки, а собранные в хвост густые каштановые волосы прыгали по спине. Красное свечение действительно имело место, а ещё в небе над ним сверкали красные молнии, что само по себе было совершенно невероятным. И всё же при виде молний, которые полыхали из её глаз, когда она смотрела на лезвие кинжала, становилось как-то не по себе, и трудно было сказать, что сверкало более опасными лучами: кинжал или её глаза. Я слыхал, как лес стонал, точно человек в жестокой печали; слыхал я и треск молнии, когда от её огненных стрел разлетались сверкающие искры. Молнии перестали сверкать, раскаты грома утихли. И вдруг там замаячила словно бы туча, прошитая сполохами молний: то мчались всадники, сверкая доспехами. Мимо моей скалы, крутясь и сверкая бликами от вспышек молний, в воздухе проплыл щербатый валун. Над океаном сверкают гигантские молнии, разливаются раскаты грома, а на землю обрушивается ливень, заливая собой низины, поднимаются реки, которые затопляют леса, равнины, города. Во-первых, обзор был хороший, а во-вторых, никто не знал, как далеко им удалось оторваться от странного движущегося леса, тем более на севере вновь начали сверкать одиночные цветные молнии. Молниями сверкали в ночи пушечные выстрелы. В тёмном, нахмурившемся небе то и дело сверкали яркие росчерки молний, гром раздавался всё чаще и чаще, прогнав последнее облачко дремоты. В одну из июльских ночей разразилась настоящее стихийное бедствие — молнии сверкали одна за другой, били синими стрелами в землю на горизонте, раскаты грома тревожили собак в деревне, потоки грязной дождевой воды затопили дворы. Вид его был ужасен: глаза метали синие молнии, острые загнутые крюками отростки рогов сверкали на солнце, два ряда безупречно ровных перламутровых зубов щерились в диком оскале. Молнии сверкали почти непрерывно, одна за другой, или сразу несколько, в разных краях неба. Её глаза сверкали как молнии, а всё её стройное тело дрожало от ярости. К вечеру небо покрылось тучами, засверкала молния, загремел гром, и тёмное море стало бросать ледяные глыбы из стороны в сторону, а они так и сверкали при блеске молнии. Однако в этот день горизонт с самого утра затянуло плотными фиолетовыми тучами, жёлтые подбрюшья которых то и дело озарялись сверкающими зигзагами молний. Теперь молнии сверкали прямо по ходу движения. — Разве молния, которая лишь иногда сверкает, — обман? Молнии сверкали почти у самых стен, ломая и поджигая в роще высоченные сосны. А молния — это просто расслабленный глаз более увлажнён, и потому отражение его поверхности так сверкает. Однако молния всё же сверкает. Ружья сверкали в руках всадников, как молнии. Молнии больше не сверкали, и рокочущий океан в сотне метров внизу был совершенно невидим. К вечеру небо заволокло тучами, засверкала молния, загремел гром, и тёмное море принялось кидаться ледяными глыбами, которые ярко сверкали при красном свете молний. Вдалеке сверкает ветвистая молния. Уроки во все дальнейшие годы должны были продолжаться так же, как и сейчас: от буквы к букве, от числа к числу, обнажая таинственные связи всех вещей и живых существ от пронзённой молнией башни к пылающей звезде, которая воистину была сверкающим клаффом. Белые звери в сверкающих одеждах с двумя головами на четырёх ногах с громами и молниями в руках придут в земли воров и падёт их гнев на головы и старых, и малых. Хлещет дождь, ночь рассекают молнии, мечутся тени, я вижу какие-то каменные лестницы, двери, замаскированные под секции книжных полок, потайные ходы, непонятного вида машины, яркие электрические дуги, безумного горбуна со сверкающими глазами, за спиной у меня вырастает чудовище, а учёный в белом лабораторном халате несёт в руках собственную отрубленную голову. В воздухе сверкали огненные всполохи, искрились молнии, визжали проекции красных фениксов, кружащих над полем. Молнии, помнится, сверкали одна за другой: весь вечер и ночь. Гроза разыгралась, молнии сверкали одна за другой. Каждый, вокруг которого гремел гром и сверкали небольшие молнии, тут же брался под строгий учёт. Молнии сверкали так часто, что казалось, будто везде включён свет. Пролежав несколько дней и осознав, что ничего не происходит и не меняется в худшую сторону — молнии не сверкают, земля не дрожит, деревья не падают, — они поднялись, сделали припоясание из древесных листьев, чтобы скрыть свою наготу, и пошли к тому месту, где прежде находился сад, надеясь найти там еду и обрести остатки блаженства и надежды. Монета полетела, сверкая на солнце, как молния. Бег её неудержимый завораживает: взгляд глаз горящих устремлён за горизонт, к звезде сверкающей в неведомой дали, огонь в них — словно молния живая; и ржание её серебряным дождём пронзительно звенит, призывая ветер и гром; и ветер тот, вплетаясь в гриву короткую и хвост развевающийся — тарпана скачущего крылья; и гром тот, с трудом великим не отстающий от топота копыт, содрогающего земли — благословление небес прекраснейшему из созданий. Революция — сверкающая прекрасная молния, революция — божественно красивое лицо, озарённое гневом рока, революция — ослепительно яркая ракета, взлетевшая радугой среди сырого мрака!.. За окном сверкали вспышки молний, где-то натужно выли собаки. Молнии убрели сверкать куда-то вдаль. А на небе ещё гром грохочет, молния сверкает, ветер, как сумасшедший, деревья раскачивает из стороны в сторону. Молнии сверкали одна за другой, гром гремел не переставая, дождь шёл так, что расхожее выражение «лил стеной» вовсе не казалось преувеличенным. Ведьма вскинула голову и смотрела на черепах, сверкая глазами так, что в сторону скалы полетели две яркие молнии. В воздухе появилось что-то иное, казалось, в тишине между ними сверкают крошечные невидимые молнии. Я с опасением посматривала на сверкающие в небесах кроваво-красные молнии. На улице бушевала гроза, дождь лил стеной, молнии сверкали со всех сторон. Он нахмурил свои нехорошие брови и злой огонёк сверкнул в его очах, как молния сверкает в тёмных тучах. Представлялся в виде вихря-человека, сверкающего, точно молния, который внезапно появлялся на пути войска, идущего в поход, на бой, и выкликал пророчества: то страшные, то благоприятные. Молнии, сверкая одна за другой, ударили в кровлю замка, и он запылал. Плывут тёмные тучи, сверкают жгучие молнии, с неба ливень — как из ведра, волны неистовые рвут и швыряют маленький старый буксир. Над необычайно суровым лицом незнакомца собралось в одно мрачное пятно вселенская тьма, в которой сверкали маленькие молнии. Молнии сверкали в соседнем ущелье, облегчённые облака поднялись выше, перевалили хребет и сыпали там снегом. Люди падают на колени, молнии сверкают, и судьба вершится. Настоящие молнии сверкали где-то слева, за холмом, по которому спускалась улица. Скоро разглядели, что это военный английский корабль, красный флаг его сверкал как молния в тучах. Она зажмурила глаза, лишь бы не видеть сверкающих в опасной близости молний. Прямые короткие молнии рубили небо, как мечи. Кольчуга дождя сверкала и звенела; скалы были похожи на руины замка. Эти зубы и когти сверкали, как молнии. Вы видите молнию, сверкающую из грозного неба; она падает, ударяет в дом или башню, и они рассыпаются в развалины, уничтоженные неудержимой вспышкой огня. И снова вижу, словно молния, из этого страшного пространства направился в град некий блистательный юноша, имеющий крылья из света, сверкающие лучами. Мудрость подобна молнии, сверкающей в облаках внутренних небес, и нужно ценить её блеск и беречь его. Публичное выступление является самым распространённым и наглядным проявлением искусства, потому что оно представляет собой искусство слов — слов, выступающих в качестве облачения мыслей, формы идей, чистого голоса природы и духа, лёгких, как воздух, и переливчатых, как бабочка, прозрачных, как газовая ткань, и звонких, как бронза; слов, шепчущих, как прибрежный бриз, и грохочущих, как пушки, журчащих, как ручей, и ревущих, как шторм; слов, притягивающих как магнитом и вспыхивающих подобно молниям, режущих, как меч, и сокрушающих, как удар палицей; сверкающих, как бриллиант в солнечных лучах, и величественных, как огонь; слов, являющих собой величие архитектуры, очертания скульптуры, краски живописного полотна, ритм поэзии; слов, которые благодаря их красоте и богатству, изяществу и роскоши провозглашают публичную речь царицей всех искусств, а оратора — царём художников! Они сверкали со всех сторон, точно молнии. Да и молнии уже не сверкали так часто. Молния сверкала на семейном небосклоне, приходила из ниоткуда и исчезала в никуда. В этой песне сверкали острые копья молний и проносились тяжёлые щиты туч; здесь были стрелы дождей и жаркое дыхание грома. Молнии сверкали одна за другой, грохотал гром, и бабушке вдруг показалось, что бушуют две грозы, идя навстречу друг другу. Ослепительные фейерверки то и дело прорезывали небо яркими молниями и падали вниз целым дождём сверкающих искр, превращая ночь в день. Сверкающая вспышка молнии послала полосы света по коридору, а дождь стучал в окна. Природа полна зловещих предзнаменований: «синие молнии сверкают в чёрных тучах», «мутно текут реки», «гудит земля». Две синие молнии почти одновременно ударили в летящий камешек, на миг превратив его в сверкающий осколок инфернального пламени. Небо затянуло тёмными тучами, и можно было разглядеть сполохи молний, сверкавших пока ещё далеко. У дракона, глаза сверкают как молнии, из ноздрей валит дым, а его пасть извергает огонь.

Write a Comment

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *