Érdekességek a villámokról, gömbvillámokról
Sokunkat lenyűgöz a természet mindenek feletti ereje. Életünk során főként a nyári félévben, de olykor még a téli félévben is találkozhatunk zivatarokkal, melyek az emberi szemmel jól látható villámtevékenységet is produkálnak, melyeket nem ritkán hatalmas égzengés, mennydörgés kísér. A továbbiakban ennek elemzésével fogunk foglalkozni, hogy miként is keletkeznek, illetve a végén néhány szót ejtünk a különleges, ritkán észlelt formájáról a gömbvillámokról. Kellemes, hosszú sorok közötti elmélyülést kívánunk olvasóinknak! 🙂
A levegő gázait alkotó molekulák és atomok nagy többsége elektromosan semleges állapotú, mivel a pozitív és negatív töltést hordozó részecskék és gázmolekulák élénk hőmozgásai és ütközései következtében összekeverednek azaz egymás hatását közömbösítik.
Ezzel szemben a levegőben nagy számban előforduló szilárd és folyékony levegő anyagok részecskéi többnyire elektromos töltéssel rendelkeznek ionizált állapotban vannak.
A légkör gázaiban elektromosan töltött, ionizált részecskék tartósabbak csak úgy képződhetnek ha például
– helyileg erős ionkeltő hatások alakulnak ki
-vagy pedig olyan fizikai folyamat megy végbe, mely a keletkező ellentétes előjelű töltéspárok térbeli szétválasztását biztosítja olyan formában, hogy a pozitív elektromos töltésű részecskéket messze eltávolítja a negatív töltésektől.
Az első folyamat a légkör magasabb szintjein, az ún. termoszférában következik be, ahol a gázatomok egy részét a Nap ibolyántúli és röntgensugárzása ionizálja-> elektromosan töltött állapotúvá teszi.
Ily módon alakulnak ki a termoszférán belül az ionizált rétegek melyek az ionoszférát alkotják.
A második bekezdésben taglalt folyamat a troposzférában, a zivatarfelhőkben megy végbe és a légelektromosság jelenlétében testesül meg.
A folyamat részletei: A légkörben található legnagyobb elektromos töltés-felhalmozódások a zivatargócokban jönnek létre. A nagy magasságokba, (olykor 13-14 km) feltörő, hatalmas tornyos zivatarfelhőkben jelentős pozitív és negatív elektromos töltések elkülönülése mutatkozik.
A pozitív töltések általában a felhő felső régióiban a negatívak pedig a felhő alsó részeiben, az alján helyezkednek el. A nagy kiterjedésű pozitív és negatív felhőrészek cellákat alkotnak , amelyek között több százezer, sőt időnként millió voltos feszültség generálódik.
Ha két ellentétes töltéssel bíró cella elég közel kerül egymáshoz és köztük a levegő elegendő elektromos vezetőképességgel bír, elektromos kisülés formájában lezajlik a töltések kiegyenlítődése.
Ez szemmel láthatóan a villámot testesíti majd meg.
Fizikai magyarázatok melyek ezen folyamatok mögött elfogadottak, hogy a töltések szétválását szilárd halmazállapotú csapadékelemek jelenlétével illetve szilárd és folyékony csapadékelemek együttes előfordulásával indokolják.
A felhőcseppekben poláros vízmolekulák vannak, amelyek elektromosan semlegesek. Kismértékben disszociált hidrogén- és hidroxid-ionokokat is tartalmaznak, ezek az ionok segítik elő a jégszemek keletkezését.
A vízcseppek egy része a zivatarfelhőben uralkodó heves feláramlások során fagypont alatti hőmérsékletű felhőrészbe jut és elsődleges illetve másodlagos jégképző folyamatok következményeként kifagy. A felhőelemek kifagyása során először a vízcseppek felszínén keletkezik vékony jéghártya.
A csepp belseje a felszabadult fagyási hő hatására felmelegszik, így a csepp belseje és külseje között hőmérséklet-különbség alakul ki.
Ennek hatására az eltérő mozgékonyságú ionok különböző módon mozdulnak el. A mozgékonyabb hidrogénionok a vízcsepp hidegebb burkában, a kevésbé mozgékony hidroxid-ionok a belső, melegebb részben halmozódnak fel.
Miután a a vízcsepp belső része is teljes tömegében megfagy, a külső és pozitív elektromos töltésű jéghártya a belső jégtömb kitágulása miatt apró szilánkokra reped. és leválik a negatív töltésű részről.
A kicsiny méretű jégszilánkokat a feláramlás a felhő magasabb régiói felé sodorja, miközben a tömegesebb jégszemek aláhullannak. A folyamat ily módon negatív töltést generál a zivatarfelhő alsó részében, azaz a töltések szétválnak. sok vízcsepp megfagyása esetén kialakulnak a zivatarfelhőn belüli jelentős kiterjedésű pozitív és negatív töltésű cellák, amelyek elektromos kisülések generálói lesznek.
A megfigyelések szerint a negatív és pozitív töltésű cellák elhelyezkedése nem teljesen szabályos, hiszen a zivatarfelhőkön belüli heves fel- és leáramlások ezeket összekeverhetik. A heves csapadéktevékenység zónái felett a felhő alsó részében is kialakul egy kisebb pozitív töltésű terület az ottani heves leáramlás miatt. Egy-egy zivatarfelhőn belül mind függőleges, mind pedig vízszintes irányban kialakulhat erős feszültségkülönbség, amint azt a megfigyelések is alátámasztják-> függőleges és vízszintes irányú villámok.
A villám pár milliméteres sőt olykor néhány centiméteres ún. villámcsatornában halad. Ebben a csatornában elektronok és ionok sokasága fut ide-oda a két cella között. A villámcsatornában a levegő több ezer fokra felmelegszik és a kisülés lezajlása után robbanásszerűen kitágul. A hirtelen kitáguló levegő idézi elő a mennydörgést, melynek hanghatását a felhő és a talaj közötti többszörös hangvisszaverődés felfokoz.
Láthatunk több kilométeres hosszú villámokat is. Ezeket azonban nem két cella közötti töltéskiegyenlítődés hoz létre, hanem sok cella egymást követően lezajló kisüléseiből generálódnak.
Ritkán előforduló érdekes jelensége a villámcsapásoknak, az ún. gömbvillám. A gömbvillám jellemzően néhány deciméteres átmérőjű fehér vagy lilás színben izzó gömb, mely intenzíven ionizált gázokból vagy folyadékcseppekből áll és a villámcsatornában alakul ki az ottani erős ionizáció hatására.
A kutatási eredmények azt mutatják, hogy minden 1000 közönséges vonalas kisülésre, akár kettő, három gömbvillám jut.
Bár kevés a gömbvillám megfigyelések száma, hiszen élettartamuk csak néhány másodperc és legfeljebb csak a közvetlen közelünkben lévőket vesszük észre.
A villámlások a levegőt a villámcsatornában izzásba hozzák és a levegő nitrogénjét oxidálják a nagyon magas hőmérsékleten. Az oxidált nitrogén az esővel kimosódva pedig lejut a talajra és szinte műtrágyaként hasznosul, tápanyagot juttat a növények számára.
Becslések szerint évi 16 millió zivatargóc keletkezik bolygónk légkörében és másodperceként legalább 100 villámcsapás éri a Földet.
További érdekességeket itt olvashatnak.
Borítókép:http://www.origo.hu
Összefoglalót készítette: Pap Áron –meteorológus-
