Zjawiska atmosferyczne, szczególnie te groźne i niedostępne, od zawsze fascynowały ludzi i rodziły pytania o ich źródło. Podobnie jest z burzą, która jest wprawdzie niebezpiecznym żywiołem, ale często także wspaniałym widowiskiem. Co o niej wiemy? Jak właściwie powstaje burza i towarzysząca jej duża ilość wyładowań atmosferycznych, w tym uderzenie pioruna? Oto garść informacji.
Pod pojęciem burzy kryje się jedno z najbardziej spektakularnych zjawisk meteorologicznych, które pojawia się w wyniku szybkiego rozwoju chmur o pionowej strukturze Cumulonimbus. Tym, co najbardziej nas fascynuje i jednocześnie przeraża w burzach, jest intensywność wyładowań atmosferycznych. Towarzyszące burzy uderzenia pioruna, grzmoty, ulewne opady deszczu i silny wiatr to jej elementy charakterystyczne.
Na całym świecie w tym samym momencie trwa nawet do 1800 burz jednocześnie, w czasie których dochodzi do wyładowań atmosferycznych. Powstają one wskutek szybkiego rozwoju Cumulonimbusów o bardzo dużej gęstości i dużych rozmiarach. Mają one nawet do 8 km szerokości i utrzymują się na wysokości powyżej 10 km. Chmury tworzą się w efekcie występowania prądów wstępującego ciepłego powietrza o dużej wilgotności. Na wysokości ok. 12 km dochodzi do skroplenia się pary wodnej. Wzrost wysokości Cumulonimbusa sprawia, że dochodzi do dużych różnic temperatury pomiędzy podstawą a górną warstwą chmury. Poprzez zimne powietrze z góry dochodzi do pojawienia się prądu zstępującego – dochodzi do porywistego wiatru, który najczęściej poprzedza powstawanie burzy. Wtedy też pojawiają się wyładowania atmosferyczne.
Co wpływa na powstawanie wyładowań atmosferycznych? Wyładowanie atmosferyczne oznacza krótkotrwałe wyładowanie elektryczne, które zachodzi np. w atmosferze ziemskiej. Ruchy prądów powietrza wewnątrz chmury burzowej prowadzą do przemieszczania się kropel zawierających ładunki elektryczne, ich siła największa jest właśnie w Cumulonimbusach. Ścieranie się i mieszanie kropel wody i kryształków lodu potęguje zjawisko. Ładunki dodatnie unoszone są ku wierzchołkowi chmury, ujemne zaś zmierzają ku dołowi. Nie do końca wiadomo, dlaczego tak się dzieje, ale ześrodkowanie elektryczności o tym samym znaku w poszczególnych częściach chmur prowadzi do wyładowań atmosferycznych w chmurach i między chmurami a ziemią.
Powodem jest to, że powietrze jest bardzo słabym przewodnikiem. Wyrównanie potencjałów elektrycznych pomiędzy częściami chmury a ziemią zachodzi więc w postaci gwałtownej iskry, nie zaś za pośrednictwem stałego połączenia. Błyskawice lub pioruny należące do silnych wyładowań atmosferycznych (pomiędzy ziemią a niebem) powtarzają się wielokrotnie, czemu towarzyszą grzmoty.
Błyskawica, czyli wyładowanie atmosferyczne i jej proces powstawania jest złożony. Rozpoczyna się od tzw. ‘’lidera’’, czyli wstępnego wyładowania pod postacią wąskiego strumienia elektronów tworzącego kanał, którego nie sposób dostrzec ludzkim okiem. Zetknięcie się z gruntem sprawia, że do chmury przebiega dodatnie wyładowanie powrotne. Kolejnym etapem jest przemierzenie drogi lidera przez właściwą błyskawicę, która również osiąga poziom ziemi. Budują je niezmiernie szybkie promienie, które będą się pojawiały aż do momentu, gdy wyładowania powrotne doprowadzą do wyrównania potencjałów w chmurze.
Grzmoty pojawiają się po wydzieleniu przez błyskawicę ciepła, które podgrzewa powietrze do niezwykle wysokiej temperatury. Powietrze jest rozszerzane pod wpływem wysokiego ciśnienia, w kanale iskry piorunowej dochodzi do eksplozji. Huk słyszalny z odległości przynajmniej kilku kilometrów jest właściwie falą uderzeniową. Długość trwania grzmotu jest związana z tym, że fala uderzeniowa odbija się od wielu napotkanych przedmiotów.
Ten element bywa przedmiotem dociekań – wcale nie tylko ze strony małych dzieci. Odpowiedzialny za to jest fakt, że światło rozchodzi się ze znacznie większą prędkością od dźwięku. Przyjmuje się, że oddalenie burzy można obliczyć za pomocą czasu, który dzieli błysk od grzmotu. Zwykle licząca trzy sekundy przerwa oznacza jeden kilometr odległości od burzy.
