27.05.2022
„Trochę wiadomości o piorunach” – felieton
Skrócona wersja poniższego felietonu autorstwa prof. Ryszarda Tadeusiewicza została opublikowana w „Dzienniku Polskim” oraz „Gazecie Krakowskiej” 27.5.2022 r.
W zeszłym tygodniu omawiałem naturę ciepła i zimna, uzasadniając dlaczego chłodzenie pomieszczeń jest trudniejsze, niż ich ogrzewanie. Dziś chcę zająć się zjawiskiem, które powstaje gdy w atmosferze ścierają się masy gorącego i zimnego powietrze. W takich warunkach często bywają burze, które pewnie odwiedzą nas także tej wiosny, więc postanowiłem podzielić się z Państwem wybranymi wiadomościami na temat piorunów. To jedne z najpotężniejszych zjawisk natury, niebezpieczne i fascynujące, więc warto o nich trochę więcej wiedzieć. Piorun jest wyładowaniem elektrycznym polegającym na przepływie ładunków elektrycznych pomiędzy chmurami burzowymi a ziemią. Przez całe stulecia natura tych wyładowań była nieznana, między innymi dlatego, że wiedzę o elektryczności jako takiej ludzie zdobyli stosunkowo późno. Zjawiska mechaniczne, cieplne, nawet chemiczne zostały poznane wcześniej, natomiast elektryczność, której nie potrafimy postrzegać bezpośrednio naszymi zmysłami, przez długi czas była obszarem z pogranicza fizyki i magii.
Człowiekiem, który dowiódł, że piorun jest zjawiskiem elektrycznym, był Benjamin Franklin. Ten wybitny polityk, jeden z „Ojców Założycieli” Stanów Zjednoczonych, prowadził także (od 1746 roku) badania naukowe w zakresie elektryczności. W ramach tych badań w dniu 15.6.1752 roku wypuścił latawiec w środek chmury burzowej i po mokrym sznurku tego latawca sprowadził ładunek elektryczny do tzw. butelki lejdejskiej. To wyjaśniło naturę pioruna i stało się podstawą do ochrony odgromowej za pomocą piorunochronów.
Dziś wiemy, że źródłem pioruna jest napięcie, jakie wytwarza się miedzy chmurą burzową i ziemią. Napięcie to jest ogromne – do 100 mln V (w gniazdkach elektrycznych mamy tylko 230 V, a i to może zabić!). To napięcie bierze się stąd, że wewnątrz chmury burzowej wiatr przemieszcza drobiny lodu i ich tarcie wytwarza ładunek elektryczny - zwykle dodatni w górnej części chmury. Na podobnej zasadzie wytwarza się napięcie elektryczne podczas burz pyłowych (pocierają się wtedy drobinki piasku) oraz przy wybuchach wulkanów.
W każdym przypadku powstaje chmura, której dół naładowany ujemnie indukuje dodatnie ładunki w Ziemi i wytwarza się wspomniane napięcie. Powietrze jest izolatorem, więc separuje te ładunki – ale do czasu. Gdy napięcie przekroczy wartość krytyczną rozpoczyna się najpierw tak zwane wyładowanie pilotujące – szybkie 30.000 km/s, ale o niewielkim natężeniu. Cząstki naładowane wędrują od chmury do ziemi – i czasem spotykają się z podobnym władowaniem idącym od ziemi w kierunku chmury, a częściej docierają do jakichś wystających w górę obiektów na ziemi. Mogą to być szczyty skał, wierzchołki drzew, dachy domów – ale także sylwetki ludzi na pustym polu. Wyładowanie pilotujące trwa około 100 ms i wytwarza niewidoczny kanał zjonizowanego (a więc przewodzącego prąd) powietrza między chmurą a wybranym punktem na ziemi. Tym kanałem uderza główne wyładowanie, rozgrzewające powietrze do temperatury 28 tys. stopni. Natężenie prądu w głównym wyładowaniu bywa od 10 do 200 tys. amperów w ciągu poniżej pół sekundy. Towarzyszy temu jaskrawe światło – błyskawica - oraz na początku gwałtowna ucieczka powietrza z kanału wyładowania, a po ułamku sekundy ten opróżniony kanał się zapada, czemu towarzyszy grom o natężeniu dźwięku przekraczającym 120 dB słyszalny nawet w odległości 25 km. Siła rażenia pioruna jest taka, jak energia 500 samochodów rozpędzonych do setki i zderzających się w jednym miejscu i w jednej chwili. Wojskowi obliczyli, że typowy piorun ma energię podobną jak wybuch 122 kg trotylu.
Na świecie stale gdzieś biją pioruny. W czasie czytania tego felietonu w różne miejsca na kuli ziemskiej uderzyło co najmniej 2 tysiące piorunów. Rocznie jest ich 16 milionów.
Pioruny są niebezpieczne. W 1703 roku jedna burza zabiła w Anglii 8 tys. osób, ale rocznie przeciętnie jest 6 tys. ofiar pioruna na całym świecie. W Polsce rocznie ginie od 10 do 60 osób.
Można zginąć nie tylko od bezpośredniego uderzenia pioruna, ale także na skutek tzw. napięcia krokowego, gdy jedna noga dotyka ziemi w miejscu, gdzie – w wyniku niedalekiego uderzenia pioruna - napięcie jest kilkaset razy większe, niż pod drugą nogą. Dlatego podczas burzy na otwartym terenie trzeba trzymać stopy razem, kucając by jak najmniej „wystawać”.
Co ciekawe: wieloletnie statystyki dowodzą, że pioruny chętnie zabijają mężczyzn. Ponad 85% zabitych to panowie. Nikt nie wie, jaki jest powód takiej preferencji! I jakoś nie czuję się z tego powodu dowartościowany...
All rights reserved © 2021 Akademia Górniczo-Hutnicza