Κεραυνοί: Ένα μετεωρολογικό φαινόμενο με ιδιαίτερο ενδιαφέρον

 

Στην αρχαία Ελληνική μυθολογία ο κεραυνός ήταν ένα από τα όπλα του Δία με τα οποία κυριαρχούσε τους ανθρώπους αλλά και τους υπόλοιπους Θεούς. Στη Σκανδιναβική μυθολογία ο Θωρ είναι ο θεός του κεραυνού και της αστραπής. Στη σύγχρονη εποχή, οι κεραυνοί έχουν δώσει το όνομά τους σε τραγούδια, ταινίες, ακόμα και σε επαγγελματική ομάδα καλαθοσφαίρισης στην Οκλαχόμα των Η.Π.Α. Ένα σαγηνευτικό, αλλά παράλληλα και θανατηφόρο ατμοσφαιρικό φαινόμενο αποτελεί ακόμα και σήμερα σπουδή στην επιστήμη της φυσικής.

Δημιουργία των κεραυνών

Ως γνωστών, οι κεραυνοί προέρχονται από ηλεκτρισμένα καταιγιδοφόρα νέφη, αλλά ο ακριβής τρόπος που το νεφικό σύστημα ηλεκτρίζεται έχει ακόμα και σήμερα άγνωστες πτυχές. Οι ηλεκτρικές εκκενώσεις που παρατηρούνται μέσα στο καταιγιδοφόρο νέφος ονομάζονται αστραπές (lightning). Ανάμεσα σε δύο καταιγιδοφόρα νέφη ή ανάμεσα στο καταιγιδοφόρο νέφος και το έδαφος ονομάζονται κεραυνοί (thunderbolt). Όπως είναι φυσικό, κάθε ηλεκτρική εκκένωση συνοδεύεται και από μηχανική διαταραχή του ατμοσφαιρικού αέρα, στον χώρο της εκκένωσης, δημιουργώντας το ακουστικό ερέθισμα που καλείται βροντή (thunder).

Η παρουσία καταιγιδοφόρου νέφους σε μια περιοχή αλλοιώνει τη μορφή του γήινου ηλεκτρικού πεδίου, καθώς το καταιγιδοφόρο νέφος είναι φορέας μεγάλων ποσοτήτων ηλεκτρικού φορτίου. Τα ηλεκτρικά αυτά φορτία οφείλονται είτε στις κρούσεις, είτε στις έντονες τριβές μεταξύ χαλαζοκόκκων και άλλων μικρότερων παγοκρυστάλλων μέσα στο νέφος. Οι αλληλεπιδράσεις αυτές μεταξύ των σωματιδίων έχουν ως αποτέλεσμα τη μεταφορά ηλεκτρονίων από το ένα στο άλλο. Τα μικρότερα σωματίδια παγοκρυστάλλων χάνουν ένα ηλεκτρόνιο και αποκτούν θετικό φορτίο. Αντίθετα, οι χαλαζόκοκκοι κερδίζουν ένα ηλεκτρόνιο και φορτίζονται αρνητικά. Λόγω του διαφορετικού τους βάρους και των αλληλεπιδράσεών τους με την καταιγίδα, οι χαλαζόκοκκοι πέφτουν στα κατώτερα στρώματα του νέφους, ενώ οι παγοκρύσταλλοι συσσωρεύονται στην κορυφή. Η διαδικασία αυτή καταλήγει στον διαχωρισμό του νέφους σε περιοχές θετικού και αρνητικού φορτίου. Το σύννεφο πλέον θυμίζει ένα τεράστιο πυκνωτή και γύρω του δημιουργούνται ηλεκτρικά πεδία υψηλής έντασης.

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΑΚΟΜΑ

Σε κανονικές συνθήκες, το έδαφος παρουσιάζεται αρνητικά φορτισμένο. Όμως, τα ηλεκτρικά πεδία που δημιουργούνται γύρω από το καταιγιδοφόρο νέφος είναι τόσο μεγάλης έντασης, που τα ηλεκτρόνια στο έδαφος, καθώς το νέφος κινείται, απωθούνται και άρα η επιφάνεια της Γης φορτίζεται θετικά λόγω επαγωγής. Έτσι, μεταξύ του εδάφους και της βάσης του νέφους αναπτύσσεται διαφορά τάσης εκατοντάδων χιλιάδων Volts.

κεραυνοί
Πηγή: https://www.cnn.gr/

Κάποια στιγμή, η συσσώρευση στατικού ηλεκτρισμού υπερνικά τη φυσική αντίσταση του ατμοσφαιρικού αέρα στη δίοδο του ηλεκτρικού ρεύματος. Τότε, δημιουργείται ένας τεράστιος σπινθήρας, με μήκος χιλιομέτρων, έντασης χιλιάδων Αμπέρ και θερμοκρασίες μεγαλύτερες της επιφάνειας του Ήλιου. Σκοπός του είναι να εξισώσει την ανομοιογένεια μεταξύ των ηλεκτρικών φορτίων. Δημιουργείται δηλαδή η αστραπή. Ακόμη, είναι η πολωσιμότητα της ηλεκτρικής εκκένωσης που καθορίζει τον τρόπο που θα διαδοθεί η αστραπή στο χώρο και στο χρόνο. Αυτό, καθώς και τα αρχικά και τελικά σημεία και η κατεύθυνση της κίνησης καθορίζουν τον τύπο της αστραπής. Όπως προαναφέραμε, οι αστραπές μπορούν να χτυπήσουν το έδαφος (κεραυνοί), τον αέρα ή και το εσωτερικό του νέφους. Χοντρικά, συμβαίνουν 5-10 φορές περισσότερες αστραπές στον αέρα ή στο εσωτερικό του νέφους, απ’ ότι κεραυνοί.

Η Πορεία του κεραυνού ως το έδαφος

Ο κεραυνός ξεκινάει σε τυχαίο σημείο και αρχίζει να κινείται σε τυχαίες κατευθύνσεις. Δημιουργούνται έτσι, πολλές ξεχωριστές γραμμές ιονισμένου αέρα που απλώνονται ακτινικά προς τα έξω σε μια μορφή που θυμίζει ρίζες δέντρου. Παράλληλα, έλκονται και από το θετικά φορτισμένο έδαφος. Αυτές οι γραμμές ακτινοβολούν αμυδρό, γαλάζιο φως και ονομάζονται βηματικοί οδηγοί (step leaders). Οι βηματικοί οδηγοί προχωρούν προς τη Γη σε βήματα, που δεν είναι απαραίτητο να σχηματίζουν ευθεία με το έδαφος. Φτάνουν εκεί σε χιλιοστά του δευτερολέπτου!

Καθώς πλησιάζουν το έδαφος, μεταλλικά αντικείμενα, όπως και κάθε είδους ακμές (άκρες δέντρων, κεραίες κλπ.) αντιδρούν στο ακόμα ισχυρότερο ηλεκτρικό πεδίο. Τελικά, αποκτούν τέτοια ποσότητα θετικού φορτίου που ιονίζουν και αυτά με τη σειρά τους τον αέρα γύρω τους, δημιουργώντας μικρές εκκενώσεις που τείνουν προς τα επάνω. Πρόκειται για τις αποκαλούμενες ανοδικές ταινίες (upward streamers) του κεραυνού. Όταν ο βηματικός οδηγός συναντάει μια ανοδική ταινία, διοχετεύεται μαζικά και απότομα ολόκληρη η ποσότητα του ηλεκτρικού φορτίου που είχε συσσωρευτεί στη βάση του νέφους.

Κεραυνοί
Πηγή: https://meteo.gr/

Η καταστροφική δύναμη του κεραυνού

Κάθε ηλεκτρικό ρεύμα συνοδεύεται από παραγωγή θερμότητας. Έτσι και σε έναν κεραυνό όπου η ένταση του ρεύματος είναι πολύ ισχυρή, η θερμοκρασία που αναπτύσσεται ξεπερνά αυτή της επιφάνειας του Ήλιου. Ως αποτέλεσμα, ο περιβάλλοντας αέρας θερμαίνεται τόσο πολύ που διαστέλλεται γρήγορα και πάλλεται.  Η διαδικασία αυτή είναι τόσο απότομη και βίαιη, που εν τέλει προκαλεί την έκρηξη του αέρα δημιουργώντας το ακουστικό κύμα της βροντής. Κάθε κεραυνός μπορεί να περιέχει ως και ένα δισεκατομμύριο Volts ηλεκτρικής ενέργειας!

Η διαπίστωση ότι αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα μέσα σε κλάσματα του δευτερολέπτου, καθώς και η δυνατότητα καταγραφής των παραπάνω με τη βοήθεια της τεχνολογίας είναι κάτι ιδιαίτερα αξιοσημείωτο.

Μπορείτε να βρείτε εδώ πληροφορίες για το σύστημα παρακολούθησης της κεραυνικής δραστηριότητας στην Ελλάδα.

Πηγές που χρησιμοποιήθηκαν για το άρθρο:

Διαδίκτυο
  1. The Weather Club – Run by the Royal Meteorological Society, ανακτήθηκε από https://www.theweatherclub.org.uk/, τελευταία επίσκεψη 25/12/2020
  2. National Geographic, ανακτήθηκε από https://www.nationalgeographic.com/, τελευταία επίσκεψη 25/12/2020
  3. Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών (ΕΑΑ), ανακτήθηκε από https://www.meteo.gr/, τελευταία επίσκεψη 25/12/2020
Βιβλιογραφία
  1. Μακρογιάννης Τ.Ι., Σαχσαμάνογλου Χ.Σ., Μαθήματα Γενικής Μετεωρολογίας, Θεσσαλονίκη, 2004, Εκδόσεις ΧΑΡΙΣ

 

 


Λίγα λόγια για τον συντάκτη

Χρήστος Γιαννακλής

Φυσικός, 22 ετών, με πτυχίο από το Πανεπιστήμιο Πατρών και μέλος του Εργαστηρίου Φυσικής της Ατμόσφαιρας μέσω του μεταπτυχιακού προγράμματος 'Εφαρμοσμένη Μετεωρολογία & Φυσική Περιβάλλοντος'. Hobbies: Αθλητισμός, μουσική, κινηματογράφος.

Εβδομαδιαία ενημέρωση απο το maxmag στο email σου

Η ενημέρωση σου, για όλα τα θέματα, επί παντός επιστητού, είναι προτεραιότητα για μας στο MAXMAG. Αυτός είναι κ ο λόγος, για τον οποίο κάθε εβδομάδα οι συντάκτες μας θα επιλέγουν τα 15 σημαντικότερα άρθρα, από όλες τις στήλες του περιοδικού και θα φροντίζουμε να τα λαμβάνεις απευθείας στο email σου. Όλες οι σημαντικές ειδήσεις θα σε περιμένουν να τις ανοίξεις. Το μόνο που χρειάζεται να κάνεις είναι μια εγγραφή στο Newsletter μας. Τι περιμένεις λοιπόν;