Jak powstają pioruny i skąd się biorą burze?

Błyskawice od zawsze budzą w ludziach podziw i jednocześnie strach. Jest to niezwykle piękne zjawisko atmosferyczne, choć niosące za sobą śmiertelne niebezpieczeństwo. Do dziś nie udało się jednak wyjaśnić mechanizmu powstawania błyskawic.

W czerwcu 1752 roku przeprowadzono przełomowy eksperyment, który pozwolił nam nieco zbliżyć się do wyjaśnienia zagadki tego zjawiska. Wtedy to Benjamin Franklin, za pomocą latawca i przymocowanego do niego metalowego klucza, udowodnił elektryczną naturę błyskawicy.

Okazało się, że błysk rozdzierający niebo podczas burzy to nic innego, jak ujemny ładunek poruszający się między chmurą a ziemią. Przez kolejnych 250 lat starano się wyjaśnić mechanizm powstawania błyskawicy. Do dzisiaj jednak nie udało się wytłumaczyć w pełni tego zjawiska, choć powstało kilka bardzo prawdopodobnych teorii.

Jak dochodzi do rozdzielenia się ładunku dodatniego i ujemnego w chmurze? Jest to podstawowe pytanie, od którego trzeba zacząć badanie błyskawic. Bez takiego podziału nie mogłoby bowiem nastąpić wyładowanie elektryczne.

Naukowcy uważają, że za ten proces odpowiedzialne są zjawiska elektryzowania przez indukcję oraz pocieranie. W górnych warstwach chmury, ze względu na panującą tam niższą temperaturę, powstają mikroskopijne kryształki lodu. Te zderzają się z kroplami wody, oddając im jednocześnie część swoich elektronów. Naładowane ujemnie cząsteczki opadają na dno chmury, a dodatnie kryształki lodu unoszą się jeszcze wyżej.

Szczegóły tego procesu są jednak ciągle nieznane. Co więcej, nie ma pewności czy rozdzielanie się ładunków podczas burzy zachodzi właśnie w opisany powyżej sposób.

Kolejną niewiadomą stanowi moment inicjacji błyskawicy. Dotychczasowe pomiary pola elektrycznego powstającego w chmurze burzowej wykazały, że jest ono zbyt słabe, aby mogły w powietrzu powstać warunki sprzyjające wyładowaniu. Błyskawica jednak się pojawia, a naukowcy nie mają pomysłu, jak to wyjaśnić.

Poza wątpliwościami dotyczącymi inicjacji samego wyładowania elektrycznego w chmurze, pozostaje jeszcze pytanie dotyczące tego, jak ładunek może "przechodzić" przez powietrze, które jest izolatorem elektrycznym, czyli nie przewodzi prądu.

Aktualna hipoteza głosi, że błyskawica powstaje dzięki strumieniowi wysokoenergetycznych cząstek promieniowania kosmicznego, które zderzając się z atomami wchodzącymi w skład powietrza, tworzą kaskady tzw. cząstek wtórnych. Te natomiast wytwarzają strumienie elektronów. Takiemu procesowi towarzyszy jonizacja powietrza, dzięki czemu zmniejsza się opór elektryczny i błyskawica może "przebiec" po niebie. Jest to jednak jedynie kolejna nieudowodniona jeszcze teoria.

Choć posiadamy wiele zaawansowanych technicznie urządzeń pomiarowych i potrafimy już sztucznie wytwarzać błyskawice w laboratoriach, to zapewne minie jeszcze wiele lat zanim uda nam się rozwikłać wszystkie zagadki dotyczące zjawisk zachodzących w przyrodzie. A potrafią być one zaskakujące.

Choć burze z piorunami towarzyszą ludzkości od zarania dziejów, wywołując uczucia oscylujące pomiędzy fascynacją a przerażeniem. Jednak ich skutki czasem potrafią wprawić w zdumienie nawet naukowców.

Elektroterapię polecano już w XVIII wieku. W 1932 roku pewien farmer przekonał się na własnej skórze, że może ona mieć naprawdę dobroczynny wpływ na zdrowie. Niejaki Thomas Young, ze zdiagnozowanym rakiem w fazie terminalnej, leżał w hamaku, kiedy w pobliżu uderzył piorun. Metalowa uprzęż hamaka przyczyniła się do porażenia. Po tym zdarzeniu okazało się, że ten elektrowstrząs najwyraźniej pokonał nowotwór.

W 1984 r. pasażerowie i załoga radzieckiego samolotu byli świadkami niezwykłego zjawiska. Piorun uderzył w kadłub, wypalając niewielką dziurę w kokpicie. Następnie ognista kula, która powstała w wyniku uderzenia, przeleciała przez przejście dla pasażerów, dolatując do samego ogona maszyny, gdzie rozdzieliła się tworząc dwa półksiężyce, które po chwili połączyły się i ponownie przebijając poszycie samolotu, wyleciały na zewnątrz. Szczęśliwie pilot wykazał się przytomnością umysłu i nie zastanawiając się nad niezwykłym zjawiskiem postanowił lądować awaryjnie.

W latach 50. XX wieku amerykański lodołamacz, na którym znajdowała się stacja nasłuchowa, po raz pierwszy odkrył dziwne dźwięki wydawane podczas uderzenia pioruna. Wysokie i niskie tony, przypominające wycie wilków, powstają podczas wyładowań atmosferycznych i korzystając z pola magnetycznego okrążają naszą planetę. Wystarczy odpowiedni odbiornik i długa antena, aby posłuchać tej wyjątkowej, burzowej muzyki.

Osoby, które przeżyły uderzenie pioruna, są czasem "naznaczone" tzw. figurami Lichtenberga. Są to wzory powstałe po porażeniu, które w wyniku przepływu prądu elektrycznego przez ciało pozostawiają na nim ślady w kształcie błyskawicy, czy też liści paproci. Wzory te zostały nazwane na cześć niemieckiego naukowca Christopha Lichtenberga, który zauważył, że podczas wyładowania elektrycznego na powierzchni materiału, cząsteczki tuszu tworzą na przykład wzór błyskawicy.