Молнии и гром — одни из самых впечатляющих природных явлений, которые одновременно пугают и завораживают. Но что стоит за этими вспышками в небе и оглушительными раскатами? Наука давно изучила механизмы их возникновения, но каждый новый факт удивляет даже специалистов.
Как рождается молния
Молния — это гигантский электрический разряд, возникающий между облаками или между облаком и землей. Процесс начинается с формирования грозового облака, где под действием восходящих потоков воздуха капли воды и ледяные кристаллы сталкиваются, создавая электрические заряды. Верхняя часть облака заряжается положительно, а нижняя — отрицательно.
«Разность потенциалов в грозовом облаке может достигать миллиарда вольт — этого достаточно, чтобы обеспечить энергией небольшой город на несколько минут».
Когда напряженность электрического поля превышает критический уровень, происходит пробой воздуха — и возникает молния. Средняя длина разряда составляет 5–10 км, а температура в канале молнии достигает 30 000 °C — в пять раз горячее поверхности Солнца.
Типы молний
- Линейная — самая распространенная, выглядит как зигзагообразная вспышка.
- Шаровая — редкое явление в виде светящегося шара, перемещающегося по непредсказуемой траектории.
- Чёточная — состоит из отдельных ярких сегментов, напоминающих нить жемчуга.
- Верхние молнии — возникают над облаками, направлены в ионосферу.
Почему гремит гром?
Гром — это звуковая волна, возникающая при резком нагреве и расширении воздуха в канале молнии. Температура в разряде растет мгновенно, вызывая ударную волну, которая воспринимается как грохот. Скорость звука в воздухе — около 343 м/с, поэтому между вспышкой и громом есть задержка. По ней можно определить расстояние до молнии: каждые 3 секунды соответствуют примерно 1 км.
Интересный факт: раскаты грома могут длиться до 30 секунд из-за отражения звука от облаков и рельефа местности. В горах эхо усиливается, создавая многократные повторы.
Рекорды и опасность
Самая длинная зарегистрированная молния протянулась на 768 км над США в 2020 году. А самая продолжительная длилась 17,1 секунды. Такие разряды несут огромную энергию — до 10 миллиардов джоулей, что эквивалентно взрыву 2,4 тонны тротила.
- Ежегодно молнии убивают около 24 000 человек.
- В России чаще всего удары фиксируются в Краснодарском крае и на Алтае.
- Один удар может содержать до 1 миллиона вольт.
Как ученые изучают молнии
Современные технологии позволяют фиксировать молнии с высокой точностью. Спутники GOES-R и метеорологические радары отслеживают грозовые очаги в реальном времени. В России для этого используется сеть детекторов «Молниевая карта», которая фиксирует до 100 ударов в минуту в пик грозовой активности.
Ученые из Физического института РАН исследуют молнии с помощью высокоскоростных камер, способных снимать до 1 000 000 кадров в секунду. Это позволяет детально изучить структуру разряда и его эволюцию.
Молнии и климат
Исследования показывают, что изменение климата влияет на частоту молний. При повышении температуры на 1 °C количество гроз увеличивается на 12%. В Арктике, где раньше молнии были редкостью, теперь фиксируют сотни разрядов в год.
Молнии также играют роль в круговороте азота — при разряде образуются оксиды азота, которые затем попадают в почву с дождем, удобряя ее.