Гроза, гром, молния

Многие люди при наблюдении грозы испытывают подсознательный страх, даже находясь дома, в безопасности, а не на улице. Суеверный ужас перед величественным природным явлением живет в человечестве с начала времен. Раньше стихия причиняла большой ущерб, вызывала пожары и наводнения, сегодня, благодаря науке, ее удалось присмирить. Однако человеческие жертвы случаются до сих пор, и связаны они с неправильным поведением во время грозы.

Что такое гроза

Гроза – это природное явление, представляющее собой возникновение электрических разрядов между намагниченными кучево-дождевыми облаками и земной поверхностью. Стихия сопровождается ливнями, градом, порывистым ветром.

Характеристики у атмосферного явления следующие:

• скорость движения фронта – от 20 до 80 км/ч;
• проходимое расстояние – от 2 км;
• частота возникновения – около 40 тысяч раз в год;
• длительность – до часа.

Большая часть гроз образуется над материковой поверхностью в экваториальных и тропических широтах. Наиболее мощные и опасные грозовые фронты наблюдаются над гористыми местностями.

Как возникает гроза

Грозовой процесс происходит в облаке. Теплая воздушная масса, несущая с планетарной поверхности вверх водяной пар, в высоких атмосферных слоях охлаждается. Происходит конденсация: пар превращается в капли воды, выпадающие на землю в виде осадков.

Однозначно сказать, как происходят грозы, ученые не могут до сих пор. Существует теория электризации облака. В центральной части облака накапливается заряд, который стремительно поднимается с восходящим воздушным потоком. На высоте в облаке из-за низкой температуры образуются капли воды, частицы льда, градины. Водяные и ледяные формирования восходят с воздухом, а градины из-за большей тяжести устремляются вниз. Градины сталкиваются с частицами льда, отбирают у них электроны, в итоге верхняя половина облака, накапливающая лед, становится положительно заряженной, а нижняя, через которую проходят градины, – отрицательно.

Таким образом, причиной возникновения грозы является напряжение, сформированное между двумя “полюсами” облака. Заряженные частицы двигаются, образуя электрический ток. Движение тока наблюдается как между частями облака с разными зарядами, так и между облаком и земными объектами. То есть следует говорить об электрической природе грозы.

Грозовое облако, достигающее в длину 100 км², в высоту 5 км, несет энергию, сопоставимую с энергетической мощностью атомной бомбы. В своем развитии облако проходит три этапа:

1. Кучевое. Поднимающийся воздушный поток охлаждается, начинается процесс конденсации. Из капель воды образуются облака кучевого типа. Энергия, выпускаемая при конденсации, провоцирует дальнейшее поднятие воздушной массы.
2. Зрелое грозовое. Влага продолжает подниматься, облако растет. Капли соединяются, тяжелеют, замерзают. При падении оттаивают, превращаются в дождь. Если восходящий воздушный поток силен, то ледяные образования становятся настолько крупными, что не успевают растаять по пути к земле. В итоге идет град.
3. Распадающееся. Холодная воздушная масса, движимая к земле, рассекает восходящий поток, в итоге облако останавливает рост, постепенно рассеивается.

Классификация

Одно время грозы делились на типы по территории наблюдения. Выделялись орфографические, локальные, фронтальные явления. Сегодня эта классификация не применяется. Грозы делят на виды по метеорологической обстановке, способствующей их появлению. Главное условие формирования грозового облака – неустойчивость атмосферных потоков. Исходя из силы и величины этих потоков, образуются разные виды грозовых туч. Ниже приводится список, раскрывающий вопрос, какие бывают грозы:

1. Из кучево-дождевых локальных или внутримассовых облаков одноячейковой структуры:Образуют град и молнии. В поперечнике достигают 5 – 20 км, в высоту – 8 – 12 км. Существуют до часа. Не вызывают изменения погодных условий.
2. Из кластерных облаков многоячейковой структуры. Диаметр этих образований внушительный – до 1000 км. Кластер – скопление грозовых, в разной степени сформированных ячеек. Созревающие образования находятся в центре кластера, рассеивающиеся – с подветренного бока. Каждая ячейка в поперечнике достигает 40 км. Такие грозы характеризуются порывистым, но умеренным ветром, ливнем или градом. Продолжительность существования кластера – несколько часов.
3. Шквальные линии многоячейковой структуры. Также называются линейными грозами. Могут идти сплошной полосой или с перерывами. Движение фронта вызывает порывистый ветер. Ячейки на передней линии выглядят как темный облачный занавес. Активны и многочисленны восходящие и нисходящие массы. Фронт имеет дугообразную форму, может обрушиться на землю градом или сильным ливнем, но обычно этого не происходит.
4. Суперячейковые грозы:Редкий и самый опасный вид. По принципу образования суперячейковое облако похоже на одноячейковое, но величина у них разная. Первое больше второго: имеет длину до 50 км, высоту до 15 км. «Шапка» может выходить в стратосферу. По форме туча напоминает наковальню со сглаженными краями. Она уникальна тем, что склонна к вращению. Результатом является выпадение крупного и опасного града (градины более 5 см в диаметре), появление смерчей. Образуется облако при определенных условиях: повышенной активности конвекции, температуре выше +28°C, переменном направлении ветров. Осадки неравномерные: в области восходящего потока отмечаются ливни, далее – град.

В природе существует также явление, называемое сухая гроза. Оно возникает нечасто, наблюдается в областях муссонного климата. Сухая гроза возникает, когда осадки из-за высокой температуры не долетают до земной поверхности, испаряются на лету.

Что такое молния

Молния представляет собой атмосферный разряд гигантского размера, сопровождающийся световой вспышкой и звуковым сопровождением. Каналы молнии на небе выглядят как сияющие ветви дерева.

Образование канала почти всегда многократное: за одной вспышкой следуют от 2 – 3 до нескольких десятков новых.

Как появляется молния

Разряд молнии в большинстве случаев исходит из кучево-дождевого, реже из слоисто-дождевого крупного облака. Возникновение явления природы отмечается в пределах тучи, между заряженными облаками, между облаком и земными объектами. Для напряжения молнии характерны невероятно высокие значения. Говоря, сколько вольт у молний, произносят страшное число – 1 млн. на метр.

Когда в туче при движении ледяных частиц и градин в противоположные стороны происходит столкновение зон с разным зарядом, в точках столкновения электроны и ионы формируют канал. По нему вниз идут заряженные частицы, образуя грозовой разряд. Вот откуда берутся молнии.

Сказать, из чего состоят разряды, можно однозначно – из электричества. При формировании одного канала выделяется количество энергии, достаточное для 90-дневной беспрерывной работы лампочки 100 Вт. Значение силы тока в разряде составляет от 10 до 100 тысяч ампер. Температура канала достигает 30000°C (то есть в миг прохождения вспышки образуется тепловой поток, в 5 раз превышающий температуру Солнца).

Какие бывают молнии

По определению, молния – разряд между определенными объектами. Разряды по положению в пространстве и физике делятся на несколько видов. Ниже приводятся самые распространенные виды молний:

1. Линейная молния – самая распространенная. Выглядит как повернутое кроной вниз дерево: от главного канала отходят «нити»:Канал в длину может достигать 20 км. Скорость прохождения заряда – 150 км/с. Линейная молния иногда представляет собой несколько параллельных «нитей». Может проходить между тучей и земной поверхностью, между близкорасположенными облаками. Горизонтальный вариант (от облака к облаку) отличается более высокой мощностью.
2. Внутриоблачные молнии испускают радиоволны, вызывают изменение электрического и магнитного поля:Их можно заметить в грозовом небе в экваториальных областях. В умеренных широтах – редкое явление. Молния, достигающая в длину 150 км, бьет исключительно внутри облака, может выйти из него, только если притянется наэлектризованным металлическим предметом (шпилем, летящим самолетом).
3. Наземные молнии проходят несколько этапов формирования. На первом этапе свободные электроны, находящиеся в воздушном пространстве, под действием электрического поля разгоняются до высоких скоростей, устремляются к земле, сталкиваясь с воздушными молекулами. Так возникают стримеры – электрические лавины – слитые между собой каналы, образующие яркую вспышку. На втором этапе стример, огибая воздушные препятствия, достигает земной поверхности. На доли секунды свечение ослабевает. Далее идет третий этап: пройденный путь повторяется. Последний разряд ярче всех предыдущих. Из-за длительного существования такая молния считается самой разрушительной.
4. Шаровая молния. Выглядит как светящийся шарообразный объект, характеризующийся хаотичным движением, способный проникать в помещения, взрываться при столкновении с предметами:
5. Вулканическая. Природа молнии такого вида связана не с атмосферным зарядом, а образующимся при извержении вулкана. Разряды наблюдаются над раскаленным жерлом:
6. Спрайтовая. По форме напоминает медузу:Описание грозы такого типа скудное, поскольку вид малоизученный, формирующийся над облаками, невидимый земному наблюдателю.
7. Пунктирная. Тоже редкий и малоизученный вид. Канал прерывается в нескольких местах, визуально выглядит как начертанный в небе пунктир.
8. Жемчужная. Красивый и редкий вид. Обычно образуется после линейной, идет по ее траектории. Канал представляет собой цепь из светящихся шаров. При такой молнии раскаты бывают у грома самые сильные и устрашающие:

Существуют также цветовые виды молний:

• красный цвет молнии – признак наличия в туче дождя;
• голубой или бирюзовый – града;
• желтый – пылевых частиц;
• белый цвет сигнализирует о сухости воздуха (опасны молнии такого типа тем, что могут спровоцировать пожар).

Что такое гром

Гром – звуковое сопровождение молнии в атмосфере. Происхождение этого явления связано с температурными изменениями воздушного пространства. При разряде воздушная масса так сильно нагревается, что взрывается с мощным звуком. Вот откуда берется гром.

Как появляется гром

Через несколько мгновений после разряда давление в канале запредельно повышается, воздушная масса накаляется до нескольких десятков градусов. Канал, несущий электрический заряд, устремляется к земле. Навстречу с земной поверхности исходит искра. Заряды соединяются, к туче устремляется ток. При движении тока температура в канале превышает 250 тысяч градусов. От такой невероятной температуры воздушные молекулы с огромной скоростью разлетаются, образуя сверхзвуковую волну. Итог процесса – взрыв воздуха.

Когда гром и молния недалеко, то слышится один раскат. Если гроза бушует на значительном расстоянии, то доносится несколько раскатов – это эхо, отраженное от неровностей земной поверхности.

Интересно отметить, почему зимой нет грома и в принципе не бывает грозы как таковой. Для формирования электрических зарядов жидкость в атмосфере должна находиться в трех состояниях: пар, капли, льдинки. Одновременное наличие трех агрегатных состояний возможно только в теплый период года. Зимой и в нижнем, и в верхнем атмосферном слое жидкой и парообразной формы воды нет. Зимний воздух сухой, осадки твердые. Электрическому разряду взяться неоткуда, поэтому гром и молния в зимний период невозможны. А вот осенний гром, вопреки расхожему мнению, бывает.

Почему сначала молния, потом гром

На самом деле оба эти явления происходят одновременно. Молния – мощный электрический разряд между разными участками одного облака, между двумя облаками или между облаком и землей, вызванный большой разностью электрических потенциалов между ними. Гром – это звуковое явление, вызванное резким расширением воздуха вокруг молнии. Но звук распространяется с меньшей скоростью, чем свет.

Наблюдателю, видящему множество разрядов на грозовом небе, бывает сложно понять, что идет сначала – молния или гром. Вначале наблюдатель видит молнию, затем слышит раскат. Обусловлено это тем, что световая волна движется быстрее, чем звуковая. Утверждения, что бывает раньше гром, ложные. Просто очевидцы слышат раскат от предыдущей молнии, а затем сразу видят следующую.

Существует предположение, что отсчитывая секунды от разряда до раската, можно узнать на каком расстоянии от наблюдателя находится эпицентр грозы. Оно математически не совсем достоверное. Скорость звука составляет около 330 м/с. То есть звук за 3 сек. проходит километр. Поэтому для вычисления расстояния до молнии нужно посчитать секунды между разрядом и раскатом, затем умножить их на 330.

Бывает, что разряды сверкают, а грома нет. Это физическое явление называется «тихая гроза». Она отмечается, когда молнии бьют выше 20 км над землей. Звуковая волна просто не достигает земной поверхности.

Есть и обратное явление – «холостая гроза». Раскаты слышны, но молний не видно. Существование грома без молнии невозможно, просто в данном случае разряды не видны наблюдателю.

Чем опасна гроза

Грозы обладают мощными поражающими факторами. Они:

• вызывают пожары;
• нарушают передачу радиосигналов;
• разрушают навигационную систему летящих самолетов, даже уничтожают воздушные суда;
• наносят увечья живым существам (при прямом попадании приводят к смерти).

Достигнувший земной поверхности разряд образует смертельно опасную ударную волну. Последствиями удара молнии в человека или животное могут быть жуткие травмы и ожоги, контузии, смертельный исход. При прямом поражении разрядом случаи выживания крайне редки. Когда расстояние до канала составляет около полуметра, некрепкие постройки разрушаются, человек серьезно травмируется. С расстояния 5 м возможно выбивание оконных стекол, оглушение человека.

Отличие грозы от молнии в плане опасности состоит в том, что гроза, как явление, включает в себя не только гром и молнию, но и обильные осадки. Ливни бывают настолько сильными, что вызывают наводнение. А град способен нанести увечья человеку, повредить урожай и некрепкие конструкции.

Несмотря на свою опасность, грозы – явление полезное для планеты. Электрические разряды приводят к тому, что в стратосферном слое образуется озон – вещество, составляющее основу защитной оболочки Земли. Но для дыхательной системы человека озон, заполняющий собой воздушное пространство после грозы, вреден. Поэтому, как бы ни хотелось вдохнуть свежего воздуха после дождя, лучше закрыть окна и форточки на пару часов.

Правила поведения во время грозы

Главным методом, как избежать ударов молнии, является установка громоотводов. Однако эти конструкции не дают 100-процентной защиты (из 10 разрядов 3 не попадают в ловушку).

Существуют определенные правила, как вести себя при грозе, чтобы не стать ее жертвой. Перечень мер безопасности при грозе следующий:

• уход с открытого пространства (главная цель молнии – возвышающиеся над землей объекты);
• уход от высоких объектов (деревьев, фонарных столбов) и линий электропередачи;
• освобождение тела от металлических изделий;
• отсутствие контакта с водными источниками (вода – отличный проводник тока);
• закрытие окон и дверей;
• нахождение в доме до часа после завершения стихии.

Снеговая гроза

Зимняя гроза – редчайшее явление, при котором вместо дождя идет снег или ледяная крупка. Возникновение грозы во время снегопада обусловлено сырой и ветреной погодой. Во время зимней стихии может выпасть 5 – 10 см твердых осадков за час.

Термин снеговая или зимняя гроза чаще всего используется в иностранной литературе, а в России метеорологи говорят о грозе со снегом.

Молния зимой – довольно редкое явление:

Гроза – привычное, но непредсказуемое и опасное явление. Частота ее повторяемости в теплый период с каждым годом возрастает, что связано с глобальными климатическими преобразованиями. Синоптики по довольно четким атмосферным признакам определяют наступление грозы, но вычислить, куда ударят молнии, невозможно. Поэтому ежегодно в новостях доводится слышать о жертвах стихии.