Powstawanie burz i piorunów. Burze Powstawanie burz i piorunów.

Co to jest burza? O burzy mówimy wtedy, gdy następuje jedno lub kilka nagłych wyładowań atmosferycznych (piorunów), przejawiających się krótkim i silnym błyskiem i suchym trzaskiem lub głuchym grzmotem. Wyładowania występują zarówno pomiędzy chmurami jak i między chmurą a ziemią.

Jak powstają burze? Burza jest rezultatem silnych procesów konwekcyjnych, które wiążą się z unoszeniem powietrza i gwałtownym uwalnianiem ciepła kondensacji na dość ograniczonym obszarze. Pierwszą oznaką zachodzącej konwekcji są chmury pionowe Cumulus, a następnie Cumulonimbus. Chmurom kłębiastym deszczowym towarzyszą zazwyczaj krótkotrwałe, przelotne opady o dużym natężeniu. Są one połączone z wyładowaniami elektrycznymi - błyskawicami. Z burzą związane są zmiany innych parametrów stanu atmosfery, np. nagłe wzmocnienie siły wiatru, skokowy spadek ciśnienia. W rozwoju chmury burzowej wydziela się trzy fazy.

Faza wzrostu Początkowo chmura Cumulus rozbudowuje się ku górze wskutek unoszenia kolejnych bąbli ciepłego powietrza. Przeważają w niej prądy wstępujące. Rosną cząstki chmurowe - kropelki wody i kryształki lodu. Znaczna część bąbli osiąga wymiary do 1500 m średnicy. Unoszone ku górze zwiększają jeszcze bardziej swoją objętość, co związane jest z malejącym ciśnieniem. Każdy nowy bąbel przemieszcza się tą samą drogą, co jego poprzednik, z tego powodu ponosi mniejsze straty ciepła na rzecz powietrza otaczającego i wyprzedza swojego poprzednika. W ten sposób chmura rozbudowuje się do góry i powstaje Cumulonimbus. Wokół jej brzegów parowanie zawartych w niej kropelek wody obniża temp powietrza. W rezultacie ruchy turbulencyjne oraz konwekcja w części brzeżnej stają się coraz słabsze - pojawiają się ruchy zstępujące. Chmura nadal jest cieplejsza od otaczającego ją powietrza i w dalszym ciągu się unosi. Duże chmury mogą zawierać 250 km3 powietrza, z czego mniej więcej połowa pochodzi z dolnych warstw troposfery. Faza wzrostu trwa zwykle 10-15 minut i wymaga pokaźnych zapasów ciepłego powietrza w warstwach przyziemnych. Mimo że chmura odznacza się dużą wilgotnością, nie występują jeszcze opady w warstwie powietrza pod chmurą.

Faza dojrzała Z mieszaniny przechłodzonych kropelek wody i kryształków lodu w środkowych warstwach chmury mogą tworzyć się krople deszczu i z chmury zaczyna padać deszcz lub grad. Jeśli nawet nie osiągnie powierzchni gruntu, to wewnątrz chmury i pod nią wystąpi silny prąd zstępujący, będący częściowo wynikiem działania siły tarcia między spadającymi kroplami i otaczającym powietrzem (krople pociągają za sobą powietrze w dół), a częściowo efektem tego, że spadające krople parują, obniżając temperaturę w otaczającym powietrzu i powodują ruch zimniejszego, cięższego powietrza w dół. Prąd zstępujący powoduje wewnątrz chmury, szczególnie w jej najniższych partiach, poziome różnice temperatury sięgające 4-5 stopni Celsjusza, co zwiększa prędkość prądu wstępującego. Chmura rośnie w górę następne 3000 m lub więcej i równocześnie zwiększa się jej objętość. Bąbel chmurowy objętości 250 km3 osiąga 420 km3, a jednocześnie w jego górnych warstwach leżących na wysokości powyżej 10 km, w temperaturze poniżej -50 stopni Celsjusza, następuje zlodzenie kropelek wody. W strefie pod chmurą chłodny prąd zstępujący tuż przy powierzchni Ziemi tworzy lokalny front chłodny . Jego przód zaznacza się silnymi porywami wiatru i poprzedza najczęściej chmurę burzową, dostarczając do góry ciepłe powietrze z dołu. Chmura burzowa rozwija się tak długo, jak długo unosi się ciepłe powietrze. Ta faza trwa 15-30 minut i odznacza się mocno zróżnicowanymi warunkami w chmurze oraz typowymi zjawiskami elektrycznymi.

Faza rozpadu Gdy chmura ma taką samą temperaturę, jak otaczające ją powietrze, zanikają ruchy wstępujące. Jej górne partie są całkowicie zlodzone. Wiatr wynosi do przodu pewną ilość kryształków lodu i przyczyni się do utworzenia chmury As. Z dolnych warstw chmury nadal spadają krople deszczu, ale nie dłużej niż pół godziny. Zanikają jej aktywne ruchy wstępujące w powietrzu. W ten sposób następuje stopniowy rozkład chmury burzowej .

Wyładowania elektryczne Pełne grozy wyładowania elektryczne wywołują w ludziach strach i napawają trwogą. Moc prądu w przeciętnej błyskawicy waha się od 1.000 do 2.000 kWh, a powietrze, w którym płynie, osiąga temperaturę 30.000º C, czyli pięć razy wyższą niż występująca na Słońcu! Wbrew pozorom błyskawice nie są zjawiskiem momentalnym, gdyż to, co widzimy, jako jeden błysk składa się z całej serii wyładowań, które dążą do powierzchni Ziemi tą samą drogą.

Jak powstają błyskawice? Błyskawica jest wyładowaniem elektrycznym o bardzo dużym natężeniu, które przenosi w kierunku ziemi ujemne ładunki elektryczne. Przepływ elektronów może odbywać się także wewnątrz chmury, między różnymi jej warstwami. W momencie, kiedy ładunek przewodni zaczyna wędrować ku Ziemi, przenosi ujemny ładunek elektryczny i pozostawia za sobą kanał silnie zjonizowanego powietrza o średnicy 1-5 cm, tworząc po drodze rozgałęzioną ścieżkę. Poszczególne gałęzie ścieżki rosną i w końcu jedna z nich osiąga punkt na Ziemi sprowadzając ładunki ujemne. Przepływ ten zwany jest wyładowaniem wstępnym lub liderem. Intensywny przepływ ładunków dodatnich trwa zaledwie około 0.0001 sekundy, lecz jest ponad 1000 razy większy od przepływów w domowej sieci energetycznej. Teraz wyjątkowo jasne wyładowanie zaczyna biec w górę tym samym kanałem i przenosi ono do chmury prądy dodatnie zwane powrotnymi. Teraz następują kolejne wyładowania wstępne oraz powrotne, które wykorzystują ten sam zjonizowany kanał. Cały ten proces powtarzany jest kilkakrotnie w ciągu ułamka sekundy, dopóki ładunki w chmurze nie zostaną zneutralizowane. Wszystkie błyskawice są bezbarwne. My widzimy je, ponieważ rozgrzane powietrze świeci tak, jak i inne substancje, które od 800º C zaczynają żarzyć się na czerwono, a wraz ze wzrostem temperatury, światło staje się bielsze i jaśniejsze.

Grzmoty Wraz ze wzrostem temperatury ciała, rośnie również jego objętość. W piorunie dzieje się to po prostu błyskawicznie, a różnica temperatur jest ogromna. Powietrze gwałtownie zwiększa swoją objętość i w celu wyrównania ciśnień rozszerza się na wszystkie strony z ponaddźwiękową prędkością, z siłą dziesięć razy większą niż ciśnienie atmosferyczne. Przekroczenie wspomnianej prędkości powoduje powstanie fali uderzeniowej, którą słyszymy jako głośny huk, trzask, albo dudnienie. Wyróżniamy kilka rodzajów błyskawic:

Błyskawice płaska i liniowa. Błyskawica płaska. Jej błysk sprawia, że płonie cała powierzchnia chmury. Wyładowanie zachodzi w postaci bardzo szybko następującego po sobie iskrzenia. Tworzy się, gdy w chmurze został osiągnięty potencjał umożliwiający wyładowanie, a nowe ładunki elektryczne dopływają bardzo powoli. Zapas elektryczności wystarcza do wyładowania, choć jest mniejszy niż przy błyskawicy liniowej. Burze z błyskawicami płaskimi nie należą do silnych, a w umiarkowanych szerokościach geograficznych odnotowuje się je wczesną wiosną i późną jesienią. Błyskawica liniowa. Iskra atmosferyczna występuje w postaci sfalowanej linii z licznymi nieraz odgałęzieniami. Główne wyładowanie uderza w powierzchnię lądową lub w wodę. Trafiając w zabudowania, prawie zawsze wznieca pożar. Rzadką odmianą błyskawicy liniowej jest błyskawica perełkowa. Biegnie zwykle drogą, wzdłuż której przemieszczało się wcześniej wyładowanie liniowe. Składa się z oddzielnych świecących punktów, pojawiających się w niewielkich odstępach. Wyładowania przypominają sznur pereł sięgający podłoża.

Błyskawice wstęgowa i kulista. Błyskawica wstęgowa. Składa się z błysków biegnących równolegle. Właściwe wyładowanie przebiega po środku słabszych iskier. Może wzniecić kilka pożarów naraz. Błyskawica kulista. Jest to prawdziwy fenomen wśród wyładowań. Tworzy ją świecąca kula o rozmiarach od piłki tenisowej do piłki futbolowej. Daje jasne światło koloru czerwonego, pomarańczowego, żółtego lub białego, a nawet zielonego. Porusza się w bardzo dziwny sposób. Przy gruncie i w pobliżu pomieszczeń zamkniętych przemieszcza się powoli. Nagle i przypadkowo zmienia kierunki, zdarza się, że na krótki czas nieruchomieje. Często przedostaje się do mieszkań przez otwarte okna i drzwi. Bywa, że wchodzi przewodem kominowym i tą samą drogą opuszcza pomieszczenie, nie wyrządzając większych szkód. Zdarzało się, że błyskawica dotykała bezpośrednio ciała człowieka. Na ogół pozostawiała ślady w postaci poparzeń, lecz czasem nie czyniła żadnych szkód. Chociaż uważa się za mniej niebezpieczną dla człowieka niż pozostałe rodzaje błyskawic, to bywa, że kontakt z nią kończy się tragicznie. Potrafi też eksplodować w pomieszczeniu, niszcząc je zupełnie. Od ponad 150 lat podejmuje się próby wytłumaczenia niecodziennego zjawiska atmosferycznego. Najczęściej przyjmuje się, że piorun kulisty jest kulą rozżarzonego gazu znajdującego się w ruchu obrotowym, która powstała w przestrzeni między dwoma błyskawicami biegnącymi blisko siebie w przeciwnych kierunkach. Wir podtrzymuje równowaga sił między ciśnieniem zewnętrznym wywieranym przez powietrze i siłą odśrodkową ruchu obrotowego gazów. Równowaga utrzymuje się dopóty, dopóki do środka świecącej kuli gazowej nie przeniknie powietrze z zewnątrz. Gdy to nastąpi, wówczas piorun kulisty rozpada się z hukiem. Według jednego z najnowszych modeli teoretycznych piorun kulisty jest kulą gorącego, zjonizowanego powietrza, które nie może się z niej wydostać, bo jest zamknięte w swoistym magnetycznym węźle i krąży po magnetycznych pętelkach.

Zdjęcia błyskawic.

Koniec bibliografia: Internet: zjawiskaprzyrodnicze.webpark.pl www.ceper.com.pl abcswiata.w.interia.pl lo21.szkoly.lodz.pl www.geografia.com.pl meteo.ids.pl www.burze.republika.pl

Autor Imię i nazwisko: Marcin Derecki klasa IIk Nauczyciel geografii mgr Aleksandra Głowacka Szkoła: VIII Liceum Ogólnokształcące im. Stanisława Wyspiańskiego ul. Grzegórzecka 24 31-531 Kraków