Каждый из нас хотя бы раз в жизни наблюдал грозу с молниями, разрезающими полнеба, — одно из самых эффектных и устрашающих природных явлений. От ударов молнии ежегодно погибают несколько тысяч человек. Однако помимо смертельной опасности гроза таит и множество любопытных загадок.

Эта статья была опубликована в журнале OYLA №7(35). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.

Индра — небесный бог и громовержец в ведизме, буддизме и индуизме

Люди издавна пытались понять, что такое гроза, почему она начинается, и, как правило, объясняли её проделками богов или иных мифических существ. Почти у каждого народа был свой бог-громовержец: у египтян Сет, у греков Зевс, у китайцев Лэй-гун, у индусов Индра, у восточных славян Перун, у скандинавов Тор. Некоторые первобытные народы представляли грозу в виде гигантской птицы, которая создаёт раскаты грома хлопаньем крыльев и молнии — сверканием глаз. Практически всегда гроза означала, что люди плохо себя вели и прогневали богов.

Сегодня у нас достаточно инструментов, чтобы объяснять явления природы с точки зрения науки.

Любая гроза начинается с облака. Его формируют тёплые воздушные потоки, поднимающие с Земли водяной пар, который образуется вследствие испарения воды из рек, озёр, морей, океанов. Поднявшись над Землёй, пар охлаждается: чем выше, тем температура окружающей среды ниже. Сначала пар конденсируется в капельки жидкости, затем образуются кусочки льда, которые и выпадают в виде осадков.

Механизмы зарождения молнии в облаке изучены не до конца, однако есть общепринятая концепция электризации грозового облака. Заряд накапливается в центре облака, где воздух быстро устремляется вверх (восходящий поток). Из-за низких температур там образуется смесь капель воды, кусочков льда и мягкого града.

Восходящий поток воздуха поднимает капли воды и кусочки льда вверх, а более тяжёлые и плотные градины падают вниз. При столкновении более массивные градины забирают электрон с поверхности льдинок, в результате чего верхняя часть облака, куда стремятся кусочки льда, приобретает положительный заряд, а нижняя, куда падают градины, — отрицательный. Между разноимённо заряженными областями возникает напряжение, создавая электрическое поле. Это приводит к движению заряженных частиц и, как следствие, к появлению электрического тока. Ток может возникнуть как между разноимённо заряженными частями облаков, так и между облаком и объектом на поверхности Земли. Такой ток и называется молнией, яркую вспышку которой мы наблюдаем при грозе.

Грозовое облако площадью 100 км² и толщиной 5 км обладает энергией, сравнимой с энергией атомной бомбы. Она вырабатывается в результате превращения водяного пара в дождевые капли, конденсирующиеся в облако.

Ток нагревает воздух до 30 000°С — локальное давление повышается, расширяя и взрывая газ. Звук взрывающегося газа и есть гром. Наверное, вы замечали, что он всегда «отстаёт» от молнии. Происходит это потому, что скорость света выше скорости звука. Чем дальше гроза, тем больше разница во времени между молнией и раскатом грома.

Молния несёт заряд до нескольких десятков кулон — это в 10 000 раз больше, чем заряд обычного конденсатора. Однако заряд присущ не только молнии: мельчайшие заряженные частицы окружают вас повсюду. Земная ионосфера наполненна положительными зарядами, источниками которых является космическое излучение. Поток заряженных частиц из космоса выбивает электроны из молекул газа и ионизирует воздух.

Поверхность Земли, напротив, заряжена отрицательно. Однако заряд — явление непостоянное. Согласно математическим расчётам, без подзарядки Земля полностью разрядится примерно за полчаса. Но этого не происходит, и причиной тому грозы. Каждый квадратный километр в среднем 6 раз в год принимает удар молнии, который и переносит отрицательный заряд на поверхность Земли.

То же самое происходит с таким суперконденсатором, как наша планета, одна обкладка которого — ионосфера, другая — земная поверхность. Атмосфера является промежуточным газовым диэлектриком, а молнии и есть электрическая цепь, заряжающая обкладки.

Поскольку молния несёт электрический заряд и обладает большой энергией, она может поджечь объект, оказавшийся на её пути. Молнии часто становятся причиной пожаров, оставляя людей без крыши над головой. Жители сельской местности рискуют также потерять заготовленное сено и сараи со всем инвентарём. Заряды молнии попадают в деревья, испепеляя оказавшихся под ними людей и животных.

При прохождении разряда через человеческое тело мышцы резко сокращаются, в организме выделяются токсичные вещества, нарушается работа сердечно-сосудистой системы, может начаться внутреннее кровотечение. Очень часто травмы, нанесённые молнией, либо несовместимы с жизнью, либо оставляют инвалидом на всю жизнь. Ежегодное число жертв грозы колеблется от 6000 до 24 000. Помимо трагических исходов бывали и счастливые случаи, когда человек после удара оставался невредим или отделывался шрамами и небольшими ожогами. Такое происходит, если молния не задевает жизненно важные органы: сердце, спинной и головной мозг. Кроме того, молния проходит через тело практически мгновенно. А шрамы после неё часто имеют форму ветвящегося дерева — это вызвано разрывом кровеносных сосудов под кожей.

Длина молнии обычно составляет от 1 до 10 км, однако в 2007 году в штате Оклахома (США) была зафиксирована молния рекордной длины — 321 км.

Для защиты от молний используются громоотводы — металлические конструкции, устанавливаемые на высоких зданиях. Попадая в них, молния через металлический проводник уходит в землю. Если гроза застанет вас на улице, срочно ищите укрытие. Но ни в коем случае не вставайте под дерево и не стойте возле большого металлического сооружения. Если вы дома, то отойдите от окна и не прикасайтесь к электрическим устройствам: они притягивают молнию возникающими в них электрическими полями.