Гроза — одно из самых привычных и одновременно самых мощных явлений погоды. В любой момент на Земле гремит порядка двух тысяч гроз, и каждую секунду вспыхивают десятки молний. При этом многое в устройстве грозы наука выяснила лишь в XX веке, а некоторые подробности уточняются до сих пор.
Облако высотой с гору
Грозу порождает кучево-дождевое облако. Оно возникает, когда тёплый влажный воздух быстро поднимается вверх. Поднимаясь, он охлаждается, пар превращается в капли, а при этом выделяется тепло, которое подталкивает воздух ещё выше. Облако растёт как башня и может достигать высоты в десять и более километров. Его вершина, упираясь в устойчивые слои атмосферы, растекается в стороны плоской «наковальней».
Внутри такого облака одновременно существуют капли воды, ледяные кристаллы и снежная крупа, а восходящие и нисходящие потоки несутся со скоростью в десятки метров в секунду.
Как облако заряжается
Электричество в облаке рождается при столкновениях. Мелкие ледяные кристаллы, которые поток несёт вверх, ударяются о более тяжёлые крупинки, падающие вниз, и при каждом ударе между ними перераспределяется заряд. Лёгкие кристаллы, как правило, заряжаются положительно и уносятся к вершине облака, а крупа получает отрицательный заряд и скапливается в средней и нижней частях.
Так облако превращается в огромную электрическую батарею. Отрицательный заряд его основания отталкивает электроны в земле под ним, и поверхность заряжается положительно. Воздух — хороший изолятор, но когда разность потенциалов достигает десятков и сотен миллионов вольт, он не выдерживает.
Удар за долю секунды
Молния развивается в несколько шагов, которые глаз сливает в одну вспышку. Сначала от облака вниз короткими рывками продвигается слабосветящийся канал — ступенчатый лидер. Он ищет путь наименьшего сопротивления и потому ветвится. Когда лидер приближается к земле, навстречу ему от высоких предметов — деревьев, мачт, крыш — вытягиваются встречные разряды.
В момент соединения цепь замыкается, и по готовому каналу снизу вверх проходит главный, самый яркий разряд. Ток в нём достигает десятков тысяч ампер. Обычно по тому же каналу следует несколько повторных ударов, из-за чего молния кажется мерцающей.
Большинство молний вообще не достигает земли: они бьют внутри облака или между соседними облаками.
Откуда берётся гром
Воздух в канале молнии за миллионные доли секунды нагревается примерно до тридцати тысяч градусов — это в несколько раз горячее поверхности Солнца. Раскалённый воздух стремительно расширяется, возникает ударная волна, которая на расстоянии превращается в звук.
Раскаты получаются оттого, что канал молнии длинный и извилистый: звук от разных его участков приходит к нам в разное время, отражается от облаков и земли. Свет доходит до наблюдателя практически мгновенно, а звук проходит километр примерно за три секунды. Отсюда простой способ: сосчитать секунды между вспышкой и громом и разделить на три — получится расстояние до молнии в километрах.
Электрическую природу молнии доказали в середине XVIII века. В Америке этим занимался Бенджамин Франклин, предложивший громоотвод, в России — Михаил Ломоносов и Георг Рихман.
Как вести себя в грозу
Молния чаще бьёт в то, что выше и лучше проводит ток. Отсюда главные правила безопасности:
- лучшее укрытие — здание или автомобиль с закрытыми окнами;
- на открытом месте не стоять под одиночным деревом, у столбов и опор;
- уйти с вершин, гребней, открытых полей и пляжей;
- выйти из воды и отойти от берега;
- если гром следует за вспышкой меньше чем через десять секунд, гроза совсем близко;
- не выходить из укрытия сразу после последнего раската — выждать ещё полчаса.
Гроза — не только угроза. Грозы переносят тепло и влагу вверх, участвуя в общем круговороте атмосферы. Разряды связывают азот воздуха в соединения, которые с дождём попадают в почву и служат растениям питанием. Молнии поддерживают электрическое равновесие между землёй и верхними слоями атмосферы.
Если знать, как устроена гроза, она вызывает не столько страх, сколько уважение — и желание наблюдать её из надёжного укрытия.
