Jak powstaje piorun i grzmot?

Błyskawice to chyba najbardziej zjawiskowy element burzy, przyjmują kształty podobne do gałęzi drzew i potrafią rozświetlić całe nocne niebo na ułamek sekundy. Przyjrzymy się więc, jak powstają pioruny oraz towarzyszące im grzmoty.

Co to jest piorun?

Piorun to bardzo silne wyładowanie elektrostatyczne między dwoma obiektami zawierającymi przeciwny ładunek elektryczny. Często powstają przy burzy i towarzyszy im głośny grom dźwiękowy (grzmot) oraz chwilowy błysk. 

Elektryzujące ubrania to nic przyjemnego, ale na podobnej zasadzie działają wyładowania atmosferyczne. Zdejmowaniu swetra nie towarzyszy głośny huk i błyskawica (najwyżej mała iskra), ale ładunki elektrostatyczne, które się do Ciebie przyczepiają to takie same ładunki, które tworzą pioruny, tylko skala zjawiska jest inna. 

Sprawdź także – Jak powstaje tornado?

Jak powstaje piorun?

Żeby wyładowanie atmosferyczne powstało muszą zostać spełnione dwa warunki. 

Po pierwsze, przeciwne ładunki elektryczne między dwoma miejscami muszą się połączyć, a że przeciwieństwa się przyciągają, to właśnie tak się dzieje. Ujemny ładunek elektryczny w chmurze chce połączyć się dodatnim ładunkiem na ziemi. 

Po drugie, między ładunkami elektrycznymi musi występować silna rezystancja, to coś, co będzie przeszkadzało w swobodnym zetknięciu się przeciwnych ładunków elektrycznych. Taką rolę w naturze pełni atmosfera, czyli powietrze, które jest słabym przewodnikiem prądu.

Gdy ładunek ujemny w chmurze stanie się wystarczająco silny zacznie on zmierzać w kierunku ziemi, a z racji tego, że przeciwne ładunki się przyciągają, to ładunek dodatni z ziemi wyruszy na spotkanie z ładunkiem ujemnym pochodzącym z chmury. Dodatkowo zachodzi przy tym jonizacja powietrza, co zmniejsza właściwości izolacyjne atmosfery. Cały ten proces szukania połączenia między ładunkami nazywa się wyładowaniem pilotującym i przebiega on błyskawicznie – od ok. 10 do ok. 100 milisekund. Dla porównania, nasze mrugnięcie powieką trwa 300-400 milisekund.

Drugim “etapem” jest wyładowanie główne. W momencie, gdy ładunki się spotkają zostaje uwolniona bardzo duża energia – odpowiadająca wybuchowi 122 kg trotylu – przez kanał zjonizowanego powietrza, który pozwala na przepływ ładunku elektrycznego, co skutkuje powstaniem wyładowań atmosferycznych.

Powyższy opis dotyczy głównie piorunów chmura-ziemia. Choć błyskawice przeskakujące między chmurami występują częściej, to nie są do końca zbadane i nie wiemy o nich tak dużo, jak o tych zmierzających do ziemi.

Piorun bez burzy

Błyskawice występują w czasie burzy, ale mogą również wystąpić podczas innych zjawisk. Można je spotkać w czasie erupcji wulkanów, czy opadów atmosferycznych jak śnieżyce, gdzie pioruny powstają wskutek tarcia między cząsteczkami pyłu albo śniegu.

Co przyciąga pioruny?

Każda błyskawica, a raczej ładunki elektrostatyczne szukają, jak najkrótszej ścieżki do ziemi. To oznacza, że wysokie obiekty są dużo bardziej narażone na trafienie piorunem, dlatego mówi się, żeby w czasie burzy nie stać pod drzewem, bo może to być bardzo niebezpieczne. 

W chwili uderzenia pioruna w drzewo zawarta w roślinie woda zaczyna się w momencie gotować, rozprężająca się powstała para wodna może spowodować, że drzewo wybuchnie i odłamki zrobią nam krzywdę. 

Poza drzewami narażone są wszelkie wysokie konstrukcje, jak maszty, słupy, anteny nadawcze, czy wysokie budynki.

Jak powstaje grzmot?

Grzmot to dźwięk towarzyszący wyładowaniom atmosferycznym, powstaje na skutek nagłego wzrostu ciśnienia i temperatury cząsteczek powietrza do ponad 20 tysięcy stopni Celsjusza. Powoduje to bardzo szybkie rozszerzenie się powietrza i powstanie fali uderzeniowej, która rozchodzi się na wszystkie strony. Niekoniecznie musi to być nagły, głośny trzask, może to być także długi, niski pomruk.