Lyn er en elektrisk gnistutladning i atmosfæren , der opstår under et tordenvejr , manifesteret af et stærkt lysglimt og den torden , der ledsager det . Lyn er også blevet registreret på Venus , Jupiter , Saturn , Uranus osv. [1] Strømstyrken i en lynudladning på Jorden er i gennemsnit 30 kA , når nogle gange 200 kA [2] , spændingen er fra titusinder af millioner til en milliard volt [1] .
Det længste lyn blev registreret den 29. april 2020 på grænsen mellem staterne Mississippi og Texas . Det strakte sig fra Houston til det sydøstlige Mississippi, hvilket er lig med afstanden mellem Columbus (Ohio) og New York . Dens længde var 768 km (den tidligere rekord på 709 km blev registreret i det sydlige Brasilien den 31. oktober 2018 [3] [4] ). Det længste lyn blev registreret den 18. juni 2020 i Argentina , dets varighed var 17,1 sekunder [4] [5] (den tidligere rekord blev registreret den 4. marts 2019 også i det nordlige Argentina og var 16,73 sekunder [4] [3] ) . En rekordstor potentialforskel under et tordenvejr på 1,3 GV blev registreret i 2014 [6] .
Lyn har været et objekt af menneskelig interesse siden oldtiden. Dens farlige manifestationer har været kendt siden oldtiden. I hedenskab blev lyn betragtet som aktiviteten af de mest magtfulde guder: Zeus i oldgræsk mytologi, Thor på skandinavisk, Perun på slavisk. Nederlaget med lynet blev betragtet som Guds straf. Derfor blev visse ritualer og ritualer udført for at beskytte mod lynnedslag. Fra gammel og slavisk mytologi migrerede ideen om lyn, som et instrument for guddommelig aktivitet, også til kristendommen. På trods af opfattelsen af lyn som en manifestation af højere magter, blev visse mønstre dog allerede i antikken afsløret i nederlag af objekter med lyn. Det blev også beskrevet af Thales , at lynet oftest rammer høje, fritstående genstande. I middelalderen forårsagede lynet ofte brande i træbyer, hvorfra reglen kom, at man ikke kan bygge huse højere end templet. Templer, der som regel ligger på forhøjede steder, tjente i disse tilfælde som lynafledere . Det blev også bemærket, at metalliserede (i disse år - for det meste forgyldte) kupler er mindre tilbøjelige til at blive ramt af lyn.
En stor fremdrift i studiet af lyn blev givet af udviklingen af navigation. Først stod navigatørerne over for tordenvejr af hidtil uset styrke på land; for det andet fandt de ud af, at tordenvejr er ujævnt fordelt over geografiske breddegrader; for det tredje bemærkede de: med et tæt lynnedslag oplever kompasnålen stærke forstyrrelser; for det fjerde forbandt de tydeligt udseendet af St. Elmos brande med et forestående tordenvejr. Derudover var det navigatørerne, der var de første til at bemærke, at der før et tordenvejr var fænomener, der ligner dem, der opstår, når glas eller uld elektrificeres fra friktion.
Fysikkens udvikling i det 17.-18. århundrede gjorde det muligt at fremsætte en hypotese om sammenhængen mellem lyn og elektricitet. Især M. V. Lomonosov holdt sig til et sådant synspunkt . Lynets elektriske natur blev afsløret i den amerikanske fysiker B. Franklins forskning , på grundlag af hvilken der blev udført et eksperiment for at udvinde elektricitet fra en tordensky. Franklins erfaring med at belyse lynets elektriske natur er almindeligt kendt. I 1750 udgav han et værk, der beskrev et eksperiment med en drage, der blev lanceret i et tordenvejr. Franklins oplevelse blev beskrevet i Joseph Priestleys arbejde .
I begyndelsen af det 19. århundrede tvivlede de fleste videnskabsmænd ikke længere på lynets elektriske natur (selv om der var alternative hypoteser, såsom kemiske), og de vigtigste forskningsspørgsmål var mekanismen til at generere elektricitet i tordenskyer og parametrene for et lyn udledning.
I 1989 blev der opdaget særlige typer lyn i den øvre atmosfære : elvere [7] og sprites . I 1995 blev der opdaget en anden type lyn i den øvre atmosfære - jetfly [7] .
I slutningen af det 20. århundrede, da man studerede lyn, blev der opdaget nye fysiske fænomener - nedbrydning på løbske elektroner [8] og fotonukleare reaktioner under påvirkning af gammastråling fra en lynudladning [9] [10]
For at studere lynets fysik bruges observationsmetoder fra satellitter. [elleve]
Oftest opstår lyn i cumulonimbusskyer , så kaldes de tordenskyer; nogle gange dannes lyn i nimbusskyer, såvel som i vulkanudbrud , tornadoer og støvstorme.
Der observeres normalt lineære lyn, som hører til de såkaldte elektrodeløse udladninger , da de begynder (og slutter) i klynger af ladede partikler. Dette bestemmer nogle af deres stadig uforklarlige egenskaber, der adskiller lyn fra udladninger mellem elektroder. Så lynet er ikke kortere end et par hundrede meter; de opstår i elektriske felter, der er meget svagere end felterne under interelektrodeudladninger; Indsamlingen af ladninger båret af lynet sker på tusindedele af et sekund fra milliarder af små, godt isolerede partikler, der er placeret i et volumen på flere km³. Processen med udvikling af lyn i tordenskyer er den mest undersøgte , mens lyn kan passere i selve skyerne - intracloud lyn , og kan slå jord- sky-til-jord lyn . For at lyn kan opstå, er det nødvendigt, at der i et relativt lille (men ikke mindre end et kritisk) volumen af skyen dannes et elektrisk felt (se atmosfærisk elektricitet ) med en styrke, der er tilstrækkelig til at starte en elektrisk udladning (~ 1 MV/m ), og i en væsentlig del af skyen ville der være et felt med en gennemsnitlig styrke, der er tilstrækkelig til at opretholde den påbegyndte udledning (~ 0,1-0,2 MV/m). Ved lyn omdannes skyens elektriske energi til varme, lys og lyd.
Udviklingsprocessen for et sådant lyn består af flere faser. På det første trin, i den zone, hvor det elektriske felt når en kritisk værdi, begynder stødioniseringen , først skabt af gratis ladninger, altid til stede i en lille mængde i luften, som under påvirkning af et elektrisk felt opnår betydelige hastigheder mod jorden og kolliderer med de molekyler, der udgør luften, ioniserer dem. [12]
Ifølge mere moderne ideer sker ioniseringen af atmosfæren til passage af en udledning under påvirkning af højenergi kosmisk stråling - partikler med energier på 10 12 -10 15 eV , der danner en bred luftbyge med et fald i nedbrydningen spænding af luft i en størrelsesorden fra den under normale forhold [13] . Lyn udløses af højenergipartikler, der forårsager nedbrydning på løbske elektroner ("triggeren" af processen er i dette tilfælde kosmiske stråler) [14] . Således opstår elektronlaviner , der bliver til tråde af elektriske udladninger - streamers , som er godt ledende kanaler, som sammensmeltning giver anledning til en lys termisk ioniseret kanal med høj ledningsevne - en trinvis lynleder .
Førerens bevægelse til jordens overflade sker i trin på flere titusinder meter med en hastighed på ~ 50.000 kilometer i sekundet, hvorefter dens bevægelse stopper i flere titus mikrosekunder, og gløden svækkes kraftigt; derefter, i den efterfølgende fase, rykker lederen igen flere titusinder af meter. Samtidig dækker en lys glød alle de beståede trin; så følger et stop og en svækkelse af gløden igen. Disse processer gentages, når lederen bevæger sig til jordens overflade med en gennemsnitshastighed på 200.000 meter i sekundet. Efterhånden som lederen bevæger sig mod jorden, øges feltstyrken ved dens ende, og under dens handling bliver en responsstreamer smidt ud af objekterne, der stikker ud på jordens overflade , og forbinder med lederen. Denne funktion af lyn bruges til at skabe en lynafleder .
I det sidste trin efterfølges den lederioniserede kanal af en omvendt (fra bund til top), eller hoved, lynudladning , karakteriseret ved strømme fra titusinder til hundredtusindvis af ampere, en lysstyrke, der væsentligt overstiger lysstyrken af lederen , og en høj fremrykningshastighed, der først nåede ~ 100.000 kilometer i sekundet, og til sidst faldende til ~ 10.000 kilometer i sekundet. Kanaltemperaturen under hovedudledningen kan overstige 20.000–30.000 °C. Længden af lynkanalen kan være fra 1 til 10 km, diameteren er flere centimeter. Efter passagen af den aktuelle puls svækkes ioniseringen af kanalen og dens glød. I sidste fase kan lynstrømmen vare hundrededele og endda tiendedele af et sekund og nå hundreder og tusinder af ampere. Sådan lyn kaldes langvarig, de forårsager oftest brande. Men jorden er ikke opladet, så det er almindeligt accepteret, at lynudladningen kommer fra skyen mod jorden (fra top til bund).
Hovedudledningen udleder ofte kun en del af skyen. Ladninger placeret i store højder kan give anledning til, at en ny (pilformet) leder bevæger sig kontinuerligt med en hastighed på tusindvis af kilometer i sekundet. Lysstyrken af dens glød er tæt på lysstyrken af den trinformede leder. Når den fejede leder når jordens overflade, følger et andet hovedslag, svarende til det første. Lyn omfatter normalt flere gentagne udladninger, men deres antal kan nå op til flere dusin. Varigheden af flere lyn kan overstige 1 sekund. Forskydningen af kanalen med flere lyn af vinden skaber det såkaldte båndlyn - en lysende strimmel.
Intracloud lyn omfatter normalt kun lederstadier; deres længde varierer fra 1 til 150 km. Andelen af lynnedslag i skyen stiger med skiftet til ækvator og skifter fra 0,5 i tempererede breddegrader til 0,9 i ækvatorstriben . Lynets passage er ledsaget af ændringer i elektriske og magnetiske felter og radioemission , de såkaldte atmosfæriske .
Sandsynligheden for, at et jordobjekt bliver ramt af lynet, stiger, efterhånden som dets højde stiger og med en stigning i jordens elektriske ledningsevne på overfladen eller i en vis dybde (en lynafleders virkning er baseret på disse faktorer). Hvis der er et elektrisk felt i skyen, der er tilstrækkeligt til at opretholde udladningen, men ikke nok til at få den til at opstå, kan et langt metalkabel eller et fly spille rollen som lyninitiator – især hvis det er stærkt elektrisk ladet. Således bliver lyn nogle gange "provokeret" i nimbostratus og kraftige cumulusskyer .
Udbrud i de øverste lag af atmosfæren: stratosfæren , mesosfæren og termosfæren , rettet opad, nedad og vandret, er meget dårligt undersøgt. De er opdelt i sprites, jetfly og elvere . Farven på blink og deres form afhænger af højden, hvor de opstår. I modsætning til lyn observeret på Jorden er disse glimt lyse i farven, normalt røde eller blå, og dækker store områder i den øvre atmosfære og strækker sig nogle gange til kanten af rummet [15] .
"Elvere"Elver ( Elves ; forkortelse for E missions of L ight and Very Low Frequency Perturbations from Electromagnetic Pulse S ources ) er enorme, men svagt lysende blitzkegler med en diameter på omkring 400 km, som dukker op direkte fra toppen af en tordensky [7 ] . Elvernes højde kan nå 100 km, varigheden af blink er op til 5 ms (3 ms i gennemsnit) [7] [16] .
JetsDyserne er blå rørkegler. Højden af strålerne kan nå 40-70 km ( ionosfærens nedre grænse ), varigheden af strålerne er længere end elvernes [17] [18] .
SpritesSprites er svære at skelne, men de optræder i næsten ethvert tordenvejr i en højde på 55 til 130 kilometer (højden af dannelsen af "almindelige" lyn er ikke mere end 16 kilometer). Dette er en slags lyn, der skyder op fra skyen . For første gang blev dette fænomen registreret i 1989 ved et uheld. Meget lidt er kendt om den fysiske natur af sprites [19] .
Grønne spøgelser (forkortelse for gr reen emissions from excited Oxygen in s prite t op ( "grøn glød fra exciteret oxygen på toppen af sprites", spøgelse på engelsk ghost) vises efter et glimt af røde sprites i et par sekunder som en grøn efterglød. Åbnet 25. maj 2019, selvom det er observeret siden 2014. Fænomenet studeres stadig, den hypotetiske hypotese om forekomst er, at når toppene af kraftige sprites rammer det lag, hvor den atmosfæriske glød opstår, i en højde af 90 km over overfladen iltatomer kan lyse grønt i kort tid [20]
Oftest opstår lyn i troperne .
Det sted, hvor lynet opstår oftest, er landsbyen Kifuka i bjergene i den østlige del af Den Demokratiske Republik Congo [21] . Der er der i gennemsnit 158 lynnedslag per kvadratkilometer om året [22] . Lyn er også meget almindeligt på Catatumbo i Venezuela , i Singapore [23] , byen Terezina i det nordlige Brasilien [24] og i "Lynstrædet" i det centrale Florida [25] [26] .
Ifølge tidlige skøn er hyppigheden af lynnedslag på Jorden 100 gange i sekundet. Ifølge moderne data fra satellitter, der kan detektere lyn på steder, hvor der ikke er jordobservation, er denne frekvens i gennemsnit 44 ± 5 gange i sekundet, hvilket svarer til omkring 1,4 milliarder lynnedslag om året [27] [28] . 75 % af disse lyn rammer mellem skyer eller inden for skyer, og 25 % rammer jorden [29] .
De kraftigste lyn forårsager fødslen af fulguritter [30] .
Ofte får lyn, fald i træer og transformatorinstallationer på jernbanen, at de antændes. Almindelig lyn er farligt for tv- og radioantenner placeret på tagene af højhuse, såvel som for netværksudstyr.
En lynudladning er en elektrisk eksplosion og ligner i nogle aspekter detonationen af et sprængstof. Det forårsager udseendet af en chokbølge , farlig i umiddelbar nærhed [31] . En stødbølge fra en tilstrækkelig kraftig lynudladning i afstande på op til flere meter kan forårsage ødelæggelse, knække træer, skade og få hjernerystelse til mennesker selv uden direkte elektrisk stød. For eksempel, ved en strømstigningshastighed på 30 tusinde ampere pr. 0,1 millisekund og en kanaldiameter på 10 cm, kan følgende stødbølgetryk observeres [32] :
På større afstande degenererer stødbølgen til en lydbølge- torden .
Lyn er en alvorlig trussel mod menneskers og dyrs liv. En persons eller et dyrs nederlag ved lynnedslag forekommer ofte i åbne rum, da den elektriske strøm strømmer gennem kanalen med mindst elektrisk modstand.
Det er umuligt at blive ramt af almindeligt lineært lyn inde i en bygning . Der er dog en opfattelse af, at det såkaldte kuglelyn kan trænge ind i bygningen gennem sprækker og åbne vinduer.
I ofrenes krop noteres de samme patologiske ændringer som i tilfælde af elektrisk stød. Offeret mister bevidstheden , falder, kramper kan forekomme , vejrtrækning og hjerteslag stopper ofte . På kroppen kan " strømmærker ", indgangs- og udgangspunkter for elektricitet, normalt findes. I tilfælde af et fatalt udfald er årsagen til ophør af basale vitale funktioner et pludseligt ophør af vejrtrækning og hjerteslag fra lynets direkte indvirkning på de respiratoriske og vasomotoriske centre i medulla oblongata. Såkaldte lynmærker forbliver ofte på huden , trælignende lyserøde eller røde striber, der forsvinder, når de trykkes med fingrene (de vedvarer i 1-2 dage efter døden). De er resultatet af udvidelsen af kapillærer i kontaktzonen mellem lyn og kroppen.
Offeret for et lynnedslag har brug for hospitalsindlæggelse, da han er i risiko for forstyrrelser i hjertets elektriske aktivitet. Før ankomsten af en kvalificeret læge, kan han få førstehjælp . Ved åndedrætsstop er genoplivning indiceret , i mildere tilfælde afhænger hjælpen af tilstand og symptomer.
Ifølge nogle data bliver 24.000 mennesker hvert år i verden dræbt af lynnedslag og omkring 240.000 såret [33] . Ifølge andre skøn dør 6.000 mennesker af lynnedslag på verdensplan hvert år [34] .
I USA dør 9-10% af dem, der bliver ramt af lyn, [35] hvilket resulterer i 40-50 dødsfald om året i landet [36] .
Sandsynligheden for, at en amerikansk statsborger vil blive ramt af lynet i indeværende år, er estimeret til 1 ud af 960.000, sandsynligheden for, at han nogensinde vil blive ramt af lynet i sit liv (med en forventet levetid på 80 år) er 1 ud af 12.000 [37 ] .
Amerikaneren Roy Sullivan , en ansat i nationalparken, er kendt for at være blevet ramt af lynet syv gange over 35 år og overlevede.
Høje træer er et hyppigt mål for lyn. På langlivede relikvietræer kan du nemt finde flere ar fra lyn - torden . Det antages, at et træ, der står alene, er mere tilbøjeligt til at blive ramt af lynet, selvom der i nogle skovklædte områder kan ses torden på næsten alle træer. Tørre træer antændes, når de rammes af lynet. Oftest rettes lynnedslag mod eg, mindst ofte mod bøg, som tilsyneladende afhænger af den forskellige mængde fede olier i dem, hvilket repræsenterer en større eller mindre modstand mod ledning af elektricitet [38] .
Lyn bevæger sig i en træstamme langs stien med mindst elektrisk modstand , med frigivelse af en stor mængde varme, forvandler vand til damp, som splitter stammen af et træ eller oftere river dele af bark af det, og viser stien af lyn. I de efterfølgende sæsoner regenererer træerne normalt beskadiget væv og kan lukke hele såret, hvilket kun efterlader et lodret ar. Hvis skaden er for alvorlig, vil vind og skadedyr til sidst dræbe træet. Træer er naturlige lynafledere og er kendt for at yde lynbeskyttelse til bygninger i nærheden. Plantet nær bygningen fanger høje træer lyn, og den høje biomasse i rodsystemet er med til at jorde lynnedslaget.
Af denne grund er det farligt at gemme sig for regn under træer under et tordenvejr, især under høje eller solitære træer i åbne områder [39] [40] .
Af træer, der er ramt af lyn, fremstilles musikinstrumenter, der tilskriver dem unikke egenskaber [41] [42] .
Lynnedslag er en stor fare for elektrisk og elektronisk udstyr. Med et direkte lynnedslag ind i ledningerne opstår en overspænding i ledningen , hvilket forårsager ødelæggelse af isoleringen af elektrisk udstyr, og høje strømme forårsager termisk skade på lederne. I denne henseende forekommer ulykker og brande på komplekst teknologisk udstyr muligvis ikke umiddelbart, men inden for en periode på op til otte timer efter et lynnedslag. For at beskytte mod lynoverslag er elektriske understationer og distributionsnetværk udstyret med forskellige typer beskyttelsesudstyr såsom afledere , ikke-lineære overspændingsafledere, langgnistafledere. For at beskytte mod et direkte lynnedslag anvendes lynafledere og jordledninger . For elektroniske enheder er den elektromagnetiske puls , der skabes af lynet, også farlig, hvilket kan beskadige udstyr i en afstand på op til flere kilometer fra stedet for lynnedslaget. Lokalnetværk er ret sårbare over for lynets elektromagnetiske impulser.
Atmosfærisk elektricitet generelt og lynnedslag i særdeleshed udgør en væsentlig trussel mod luftfarten. Et lynnedslag ind i et fly får en stor strøm til at flyde gennem dets strukturelle elementer, hvilket kan forårsage deres ødelæggelse, brand i brændstoftanke, udstyrsfejl og død af mennesker. For at reducere risikoen er metalelementerne i flyets ydre hud omhyggeligt elektrisk forbundet med hinanden, og ikke-metalliske elementer metalliseres. Dermed sikres en lav elektrisk modstand af kabinettet. For at dræne lynstrømmen og anden atmosfærisk elektricitet fra skroget er fly udstyret med afledere.
På grund af det faktum, at den elektriske kapacitans af et fly i luften er lille, har "sky-fly"-udladningen en væsentlig lavere energi sammenlignet med "sky-jord"-udladningen. Lyn er mest farligt for et lavtflyvende fly eller helikopter, da flyet i dette tilfælde kan spille rollen som en lynstrømleder fra skyen til jorden. Det er kendt, at fly i store højder relativt ofte bliver ramt af lyn, og alligevel er tilfælde af ulykker af denne grund sjældne. Samtidig er der mange tilfælde, hvor fly er blevet ramt af lyn under start og landing samt på parkeringspladsen, som endte med katastrofer eller ødelæggelse af flyet.
Kendte flyulykker forårsaget af lyn:
Lyn er en trussel mod overfladeskibe på grund af det faktum, at sidstnævnte er hævet over havoverfladen og har mange skarpe elementer (master, antenner), som er elektriske feltstyrkekoncentratorer. I tiden med træsejlbåde med høj skrogresistivitet endte et lynnedslag næsten altid tragisk for skibet: skibet brændte eller kollapsede, mennesker døde af elektrisk stød. Nittede stålskibe var også sårbare over for lynnedslag. Den høje resistivitet af nitforbindelserne forårsagede betydelig lokal varmeudvikling, hvilket førte til forekomsten af en elektrisk lysbue, brande, ødelæggelse af nitterne og udseendet af vandlækage af sagen.
Det svejsede skrog på moderne skibe har en lav resistivitet og sikrer sikker spredning af lynstrømmen. De udragende elementer i overbygningen på moderne skibe er pålideligt elektrisk forbundet til skroget og sikrer også sikker spredning af lynstrøm, og lynafledere garanterer beskyttelse af mennesker på dækket. Derfor er lyn ikke farligt for moderne overfladeskibe.
Med kraftige jordbaserede atomeksplosioner nær epicentret kan lyn opstå under påvirkning af en elektromagnetisk puls. Kun i modsætning til lynudladninger starter disse lyn fra jorden og går op [43] .
De fleste tordenvejr opstår normalt uden væsentlige konsekvenser, dog skal en række sikkerhedsregler overholdes:
Sammen med lyn i epicentret for tordenvejrsaktivitet er en faldende luftstrøm også en fare, der skaber vindstød af stiv vind og intens nedbør, inklusive hagl, hvorfra beskyttelse også er påkrævet.
Stormfronten passerer hurtigt nok, så der kræves særlige sikkerhedsforanstaltninger i en relativt kort periode, normalt ikke mere end 3-5 minutter i et tempereret klima.
Ordbøger og encyklopædier |
| |||
---|---|---|---|---|
|
Vejr | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Atmosfærens tilstand | |||||||
Vind |
| ||||||
Atmosfærisk nedbør (hydrometeorer) | |||||||
Lithometeorer | |||||||
atmosfærisk elektricitet | |||||||
Optiske fænomener i atmosfæren | |||||||
synoptisk situation | |||||||
Vejrudsigt | |||||||
se også |
Naturkatastrofer | |
---|---|
Lithosfærisk | |
atmosfærisk | |
brande | |
hydrosfærisk | |
biosfærisk | |
magnetosfærisk | |
Plads |