Как спастись от удара молнии. Что мы знаем о молниях

15. Перенапряжения прямого удара молнии
Перенапряжениями специалисты называют любые кратковременные повышения напряжения в электрической сети над его номинальным уровнем. Здесь будут рассмотрены перенапряжения, которые вызывает ток молнии в месте удара. Самая простая ситуация – молнию принимает на себя специально установленный стержневой молниеотвод . Ее ток I через молниеприемник, а затем через токоотводы попадает в заземлитель и растекается в земле. При этом на сопротивлении заземления R з выделяется напряжение U R = I молR з. Это очень большое напряжение. Например, при I мол = 100 кА и R з = 10 Ом получается U R = 1000 кВ. Примерно такой же потенциал будет в ближайшей окрестности молниеотвода. Расположенный поблизости подземный кабель примет почти тот же потенциал и, если не предпринять специальных мер, передаст его по кабелю внутрь защищаемого здания, вызвав повреждения изоляции, которую на столь высокое напряжение не рассчитывали.
Воспроизведем еще одну практически значимую ситуацию, положив, что металлическая мачта молниеотвода одновременно выполняет функцию осветительной мачты и потому на ней крепятся изоляторы воздушной линии, питающей светильники. Потенциал мачты в месте крепления изоляторов светильников заметно выше, чем U R, потому что к падению напряжения на заземлителе добавляется падение напряжения на индуктивности мачты (или шин токоотводов, которые по ней проложены, если сама мачта непроводящая). Амплитуда напряжения на индуктивности L равна U L = L (di /dt )max, где выражение в скобках определяет скорость роста тока на фронте импульса. В оценке на усредненную длительность фронта импульса первого компонента молнии T f » 5 мкс для тока 100 кА, легко получить (di /dt )max » I мол/T f = 2´1010 А/с, что для индуктивности L = 30 мкГн (мачта высотой ~ 30 м) дает U L = L (di /dt )max = 600 кВ. Суммарная величина U мол = U R + U L возрастает, таким образом, в разобранном примере до 1600 кВ. Силовой провод находится под потенциалом осветительной сети (220/380 В), пренебрежимо малым по сравнению с U мол и потому практически все напряжение U мол действует на изоляцию силовой цепи относительно земли, в итоге перекрывая ее. Это типичный пример грозовых перенапряжений, в равной степени опасных и для низковольтных сетей, и для линий электропередачи высокого напряжением, где в роли молниеприемка выступает опора или молниезащитный трос линии.

16. Индуцированные перенапряжения от молнии
Это самый распространенный вид перенапряжений, за который ответственно электромагнитное поле молнии. Здесь будут рассмотрены раздельно последствия изменения магнитного поля тока молнии и последствия изменения заряда, который несет ее приближающийся к земле канал. В какой-то степени такое деление - условность, но оно удобно для понимания сути дела.
Если произвольный контур помещен в магнитное поле B , в контуре будет наведена ЭДС магнитной индукции U маг » -S A B. Здесь A B =dB /dt – скорость изменения магнитного потока, пронизывающего контур площади S . Пусть, например, этот контур создан витой парой проводов, которые связаны с компьютером. Тогда площадь контура очень небольшая, порядка 10 см2 (в расчете на кабель длиной в несколько метров). Допустим еще, что провод проходит по стене здания на расстоянии r = 1 м от параллельного ему токоотвода, который отводит к земле ток молнии от молниеприемника. Оценка сверху должна ориентироваться на предельно высокую скорость роста тока молнии A I. Действующие нормативные документы дают величину A I = 2∙1011 А/с. Скорость роста магнитного поля, которая ей соответствует, оценивается при этом как
,
где m0 = 4p∙10-7 Гн/м – магнитная проницаемость вакуума. В рассматриваемом примере Ф B » 4∙104 В/м2 и потому U маг = -SФ B » 40 В. Не нужно пренебрегать полученной величиной. Она на порядок больше рабочего напряжения современной микросхемы и наверняка выведет ее из строя.
Представление о другом масштабе перенапряжений дают оценки для воздушной линии электропередачи напряжением 220/380 В. Здесь площадь контура, образованного фазным и нулевым проводом, легко достигает S = 100 м2. Даже далекий разряд молнии на расстоянии r = 100 м от линии приводит к средней скорости роста магнитного поля ~ 400 В/м2, что дает перенапряжение в 40 кВ, безусловно опасное и для трансформаторной подстанции, и для потребителей, которых та питает.
Теперь об электрической составляющей наведенных перенапряжений. Ее вызывает переток электрического заряда, который наводится электрическим полем канала молнии. Заряд канала достаточно весом, около 0,5 – 1 мКл на метр длины, а электрическое поле у земли, которое он возбуждает, многократно превышает электрическое поле грозового облака. Оценка по полю E мол » 200 кВ/м не будет слишком завышена. Теперь представьте проводник электрической емкостью С , размещенный над землей на высоте h. Это может быть горизонтальный провод (например, антенна), металлический корпус какого-то агрегата или строительная конструкция. Потенциал от заряда канала молнии на высоте h , равный U эл = E молh наведет на заземленном проводнике заряд Q = CU эл. После удара молнии в землю, когда заряд ее канала нейтрализуется и электрическое поле исчезнет, наведенный заряд стечет с проводника в землю через сопротивление заземления R з. Ток от стекающего заряда создаст падение напряжения на проводнике относительно земли. Это может быть вполне приличная величина. Если, например, емкость объекта С = 1000 пкФ (провод длиной около 100 м), а высота его подвеса над землей 5 м, то заряд канала молнии создаст в месте размещения объекта потенциал до U эл = E молh = 200´5 = 1000 кВ. В результате наведенный заряд составит Q = CU эл = 10-9´106 = 10-3 Кл. При нейтрализации приземной части канала молнии за время Dt » 1 мкс по сопротивлению заземления проводника протечет ток i » Q /Dt = 10-3/10-6 = 1000 А, который вызовет падение напряжения на сопротивлении заземления R з = 10 Ом величиной U эл = i R з = 1000´10 = 10 кВ.

17. Занос высокого потенциала
Таким не очень благозвучным и не вполне точным словосочетанием в молниезащите называют доставку к защищаемому объекту высокого напряжения по его надземным или подземным коммуникациям. Сам объект может быть и не поражен прямым ударом молнии. Пусть молния ударила совсем в другое сооружение, в дерево или даже просто в землю. Растекаясь в земле у пораженного сооружения, ток молнии создаст на его заземлителе очень высокое напряжение, U з = I молR з. (например, 300 кВ, если R з.= 10 Ом, а I мол = 30 кА). Под таким же напряжением окажется металлическая оболочка коммуникации, которая связана с тем же заземлителем. Волна напряжения может распространяться по коммуникации на большие расстояния, особенно если она наземная и лишена утечки электрических зарядов в грунт. Но даже в подземном исполнении коммуникация может транспортировать волну высокого напряжения на расстояние в сотни метров без заметного затухания. Чем выше удельное сопротивление грунта, тем эффективнее транспортировка. В скальных породах, сухих песках или в вечно мерзлых грунтах занос высокого потенциала опасен даже на расстояниях в несколько километров.
Особо нужно отметить современные коммуникации из пластиковых труб. Внутри их электролит (в крайнем случае, водопроводная вода, которая тоже неплохой проводник), вполне пригодный для передачи высокого напряжения на большие расстояния, а снаружи высококачественный пластик, надежно изолирующий внутреннюю среду от контактов с грунтом. Теперь утечки в грунт исключаются полностью. Легко представить последствия прикосновения человека к металлическому крану такой коммуникации. Стоя на земле с нулевым потенциалом, он окажется под действием полного напряжения, которое передано по жидкостному каналу.

18. Перенапряжения от распространения тока молнии по металлически оболочкам
Металлическую оболочку обоснованно считают эффективным электромагнитным экраном. Тем не менее, она не спасает полностью от воздействия грозовых перенапряжений на внутренние цепи. Причину возникновения перенапряжений легко уяснить из следующего рисунка. Ток молнии, распространяясь по металлической оболочке длины l , создает на ней падение напряжения DU = R 0lI , где R 0 – сопротивление

единицы длины оболочки. Внутренний провод связан с началом оболочки и потому принимает ее потенциал в месте контакта. Потенциал другого конца оболочки из-за падения напряжения от тока I на DU меньше. Значит между концом внутреннего проводника и концом оболочки будет действовать напряжение U э = DU = R 0lI . Следующая оценка позволяет понять, о каких значениях здесь может идти речь. Пусть длина стальной оболочки l = 100 м, а площадь ее сечения – 100 мм2. Тогда погонное сопротивление составит R 0 = 0,001 Ом/м, что при токе молнии I = 100 кА приведет к перенапряжению U э = R 0lI = 0,001´100´100 = 10 кВ. Этого вполне достаточно для повреждения изоляции осветительного кабеля 220/380 В.
Более строгий анализ показывает, что металлическая оболочка не спасает полностью и от перенапряжениях в двухпроводных системах. Дело в том, что потенциал, принимаемый внутренним проводником, зависит от его внутреннего расположения. Все проводники равноценны только в оболочке круглого сечения. Если же сечение оболочки некруговое (например, это прямоугольный короб), потенциалы проводников будут различными и между ними появится напряжение. Как, правило, оно на порядки ниже только что оцененной величины, но и этого бывает достаточно для повреждения микросхемы, к которой подходит кабельная пара.

19. Защитное действие молниеотводов
С времен Франклина и Ломоносова принято, что молния направляется к наиболее высокому сооружению на земной поверхности. Это положение можно принять и сегодня, но с принципиальной оговоркой: молния с наибольшей вероятностью направляется к наиболее высокому сооружению. Вероятность поражения менее высокого тоже ненулевая. Из самых общих соображений понятно, что эта вероятность снижается с увеличением разности высот. Значит, для надежной защиты высота молниеотвода должна быть больше высоты защищаемого объекта. Чем больше требуемая надежность, тем выше должен быть молниеотвод.
Выбор молниеотводов часто производят по их зонам защиты. Предполагается, что надежность защиты не будет ниже указанной величины, если объект целиком размещен внутри зоны защиты. Для стержневого молниеотвода зону защиты представляют в виде конуса, вершина которого лежит на вертикальной оси стержня. Из сказанного выше следует, что вершина зоны должна располагаться ниже вершины молниеприемника, если гарантируемая надежность защиты больше 0,5. Чтобы убедиться в этом достаточно предположить два расположенных вплотную заземленных стержня равной высоты, посчитав один из них молниеотводом, а другой объектом. Ясно, что за большой срок наблюдения стержни примут на себя равное число ударов молнии (50%-ная надежность защиты). Чтобы обеспечить надежность 0,9 или 0,99 стержень, обозначенный молниеотводом, обязательно должен стать выше, чтобы принимать на себя большую часть молний. Сказанное в равной степени справедливо и для тросовых молниеотводов.

Даже при очень большой разности высот молниеотвод не может обеспечить идеальной защиты. На снимке, который здесь представлен, молния промахнулась мимо вершины Останкинской телебашни на 202 м. Такой случай не уникален.
На практике оперируют надежностью защиты 0,9 или 0,99 (к защищаемому объекту прорывается одна молния из 10 или из 100), редко – 0,999. Для одиночного стержневого молниеотвода высотой h £ 30 м радиус зоны защиты с надежностью 0,9 на уровне земли равен примерно r 0 = 1,5h . а с надежностью 0,99 r 0 = 0,95h . Применение системы из многих молниеотводов заметно расширяет зону защиты. При разумном расположении защищаемый объем может быть в несколько раз больше суммы зон защиты каждого из молниеотводов в отдельности. Этим широко пользуются специалисты.
Если правильно рассчитать и установить молниеотвод на крыше своего дома или около него, можно почти не беспокоиться о прожогах кровли. Даже при надежности защиты 0,9 к дому относительно небольшой высоты прорвется меньше одной молнии за 100 лет. К сожалению, на электромагнитные воздействия молнии такой молниеотвод почти не повлияет. Именно эти воздействия становятся главной причиной аварийных ситуаций.

20. Защита от электромагнитных воздействий молнии
Для современной техники – это самая важная проблема. Фирмы со штатом в тысячи человек разрабатывают и выпускают аппаратуру для защиты от электромагнитных воздействий силовых электрических цепей, телефонных линий, каналов телевидения и даже средств охраны вашего дома от нежелательных “гостей”.
Защитные устройства независимо от их конструкции часто называют ограничителями перенапряжения. Представьте какую-нибудь двухпроводную электрическую цепь, которая входит в Ваш дом. Пусть это будет, например, сеть 220 В. У вас не возникнет проблем, если величину грозовых перенапряжений в сети ограничить уровнем, безопасным для изоляции внутренней проводки и включенной в сеть аппаратуры (например, телевизора, СВЧ-печи или компьютера). При рабочем напряжении 220 В изоляция кратковременно выдержит увеличение напряжения в 3 – 5 раз, вряд ли больше. Значит, на входе в дом надо поставить устройство, которое не даст перенапряжению подняться выше.
Механическая система здесь непригодна из-за своей инерционности. Любое механическое реле срабатывает за единицы-десятки миллисекунд, а грозовое перенапряжение, вызванное током молнии, нарастает примерно в 100 раз быстрее. Нужное быстродействие обеспечивается только полупроводниковыми или газоразрядными приборами. Сегодня успешно используют и те, и другие.
Принципиальная идея такова. В месте входа воздушной сети в дом параллельно проводам установлена шайба, спеченная из оксида цинка. Ее толщина подобрана так, что при напряжении 220 В она практически не пропускает тока и ведет себя как совершенный изолятор, не влияя на электрическую цепь. Однако при появлении грозового перенапряжения проводимость шайбы очень быстро нарастает. За доли микросекунды она приближается к проводимости металлического проводника. Возникшее таким образом короткое замыкание не пропускает перенапряжение к аппаратуре внутри здания и она остается неповрежденной. Когда же ток молнии затухает и перенапряжение исчезает, оксидно-цинковая шайба за те же доли микросекунды возвращается в непроводящее состояние. За столь малое время ее работы автоматы и предохранители не успевают сработать и электроснабжение дома не нарушается.
Примерно так же работают и другие полупроводниковые устройства, варисторы. Меняется только их рабочее напряжение (оно может быть и очень низким для защиты микропроцессорной техники), а принцип действия остается неизменным). Благодаря простоте конструкции полупроводниковые ограничители перенапряжения (ОПН) широко распространены. Их удается смонтировать в малогабаритном корпусе, примерно таком же, как бытовые автоматы, и легко крепить на линейке обычной коммутирующей аппаратуры. Тем не менее, сегодня специалисты все чаще обращаются к старым и давно известным газоразрядным приборам. В них защищаемая цепь замыкается не полупроводниковой шайбой, а после пробоя специального искрового промежутка малой длины.
Газонаполненные разрядники с искровыми промежутками – более сложный прибор, чем полупроводниковый ограничитель. В нем обязательно предусматривают устройство для обрыва дуги с током короткого замыкания электрической сети. Сама по себе эта дуга погаснуть не может, ее гасит специальное дутье. Зато искровой разрядник более надежен, а главное, - он совершенно не страдает от случайного не очень сильного, но длительного повышения напряжения в электрической сети, скажем, когда из-за перекоса фаз держится 270 – 300 В вместо нормальных 220 В. От такого перенапряжения оксидно-цинковая шайба чуть-чуть приоткрывается, начинает пропускать ток, перегревается и выходит из строя. Ничего похожего искровому разряднику не грозит.

21. Почему молния не в ладах с дилетантами
Прочитанные главки дают представление о разностороннем вооружении молнии. В конце концов, какое-нибудь ее оружие может сработать. Человеку не легче, если он, справившись с защитой своего сооружения от прямого удара молнии, пострадает от заноса высокого потенциала, грозовых перенапряжений в электрической сети или сбоев электронного оборудования, пославшего ложную команду. Защита от молнии должна быть комплексной и обязательно совместимой с технологическим назначением объекта. Полумеры здесь мало подходят. Более того, не исключена ситуация, когда недальновидное решение может усугубить опасные воздействия молнии. Вот почему проект по молниезащите должен подготовить специалист. Он должен внимательно оценить опасность всех возможных воздействий высокотемпературного канала, тока и электромагнитного поля молнии. Во внимание должно быть приняты не только конструктивные особенности защищаемого объекта, но и его окружение на поверхности земли и даже подземные коммуникации. Дилетанту такое не по силам.
Очень важно, чтобы средства защиты от молнии не “навешивались” на уже смонтированный объект, а разрабатывались еще на стадии проекта. Только тогда удастся максимально совместить элементы молниезащиты с конструктивными деталями защищаемого объекта и тем самым сберечь немалые деньги. Не редкость, когда совершенно незначительное изменение конструкции объекта, не сказывающееся на его технологических функциях, влечет за собой очень резкое повышение молниестойкости. На такие решения способны только высоко квалифицированные специалисты.

Фульгуриты (англ. Fulgurite)‎ — полые трубки в песках, состоящие из переплавленного кремнезёма, и оплавленные поверхности на обнажениях пород, образовавшиеся под действием разряда молнии. Внутренняя поверхность гладкая и оплавленная, а наружная образована приставшими к оплавленной массе песчинками и посторонними включениями. Диаметр трубчатого фульгурита не более нескольких сантиметров, длина может доходить до нескольких метров, отмечались отдельные находки фульгуритов длиной 5-6 метров.

При разряде молнии выделяется 10 9 -10 10 джоулей энергии. Молния может разогреть канал, по которому она движется, до 30.000°С, в пять раз выше температуры на поверхности Солнца. Температура внутри молнии гораздо больше температуры плавления песка (1600-2000°C), но расплавится песок или нет, зависит от длительности молнии, которая может составлять от десятков микросекунд до десятых долей секунды. Амплитуда импульса тока молнии обычно равна нескольким десяткам килоампер, но иногда может превышать и 100 кА. Самые мощные молнии и вызывают рождение фульгуритов — полых цилиндров из оплавленного песка.

Появление стеклянной трубочки в песке при разряде молнии связано с тем, что между песчинками всегда находятся воздух и влага. Электрический ток молнии за доли секунд раскаляет воздух и водяные пары до огромных температур, вызывая взрывообразный рост давления воздуха между песчинками и его расширение. Расширяющийся воздух образует цилиндрическую полость внутри расплавленного песка, а последующее быстрое охлаждение фиксирует фульгурит — стеклянную трубочку в песке.

Часто аккуратно выкопанный из песка фульгурит по форме напоминает корень дерева или ветвь с многочисленными отростками. Такие ветвистые фульгуриты образуются, когда разряд молнии попадает во влажный песок, который, как известно, имеет бo’льшую электропроводность, чем сухой. В этих случаях ток молнии, входя в почву, сразу начинает растекаться в стороны, образуя структуру, похожую на корень дерева, а рождающийся при этом фульгурит лишь повторяет эту форму. Фульгурит очень хрупок, и попытки очистить от прилипшего песка часто приводят к его разрушению. Особенно это относится к ветвистым фульгуритам, образовавшимся во влажном песке.

Фульгуриты называют иногда также и оплавленности твёрдых горных пород, мрамора, лав и др. (петрофульгуриты ), образованные ударом молнии; такие оплавленности иногда в большом количестве встречаются на скалистых вершинах некоторых гор. Так, например, андезит, образующий вершину Малого Арарата, пронизан многочисленными фульгуритами в виде зелёных стекловатых ходов, почему он и получил от Абиха название фульгуритового андезита.

Самые длинные из раскопанных фульгуритов уходили под землю на глубину более пяти метров. Фульгуритами также называют оплавленности твердых горных пород, образованные ударом молнии; они иногда в большом количестве встречаются на скалистых вершинах гор. Фульгуриты, состоящие из переплавленного кремнезема, обыкновенно представляют собой конусообразные трубочки толщиной с карандаш или с палец. Их внутренняя поверхность гладкая и оплавленная, а наружная образована приставшими к оплавленной массе песчинками. Цвет фульгуритов зависит от примесей минералов в песчаной почве. Большинство из них имеют рыжевато-коричневый, серый или черный цвет, однако встречаются зеленоватые, белые или даже полупрозрачные фульгуриты.

«Прошла сильная гроза, и небо над нами уже прояснилось. Я пошел через поле, которое отделяет наш дом от дома моей свояченицы. Я прошел ярдов десять по тропинке, как вдруг меня позвала моя дочь Маргарет. Я остановился секунд на десять и едва лишь двинулся дальше, как вдруг небо прорезала яркая голубая линия, с грохотом двенадцатидюймового орудия ударив в тропинку в двадцати шагах передо мной и подняв огромный столб пара. Я пошел дальше, чтобы посмотреть, какой след оставила молния. В том месте, где ударила молния, было пятно обожженного клевера дюймов в пять диаметром, с дырой посередине в полдюйма…. Я возвратился в лабораторию, расплавил восемь фунтов олова и залил в отверстие… То, что я выкопал, когда олово затвердело, было похоже на огромный, слегка изогнутый собачий арапник, тяжелый, как и полагается, в рукоятке и постепенно сходящийся к концу. Он был немного длиннее трех футов» (цитируется по В. Сибрук. Роберт Вуд. - М.: Наука, 1985, с. 285).

Сотрудники Автономного университета Мехико раскрыли новые подробности истории появления пустыни Сахара. По их данным, 15 тысяч лет назад Сахара (по крайней мере, та ее часть, что находится на юго-западе Египта) находилась в области умеренного климата и могла радовать глаз не песчаными дюнами, а разнообразием растительности. Для своего исследования команда химиков под руководством доктора Рафаэля Наварро-Гонсалеса нашла «замороженную» молнию, или фульгурит.

Фульгуриты (на фото) – это спёкшийся от удара молнии песок. Температура плавления песка – около 1700°С, мощи электрического заряда хватает, чтобы расплавить его. Поэтому в толще формируются полые ветвистые стеклянные трубки. Их внутренняя поверхность гладкая, зато наружная – шероховатая, т. к. образована приставшими к оплавленной массе песчинками. Кроме того, такие вмороженные в песок молнии фиксируют и множество других природных вкраплений, характерных для того или иного этапа геологической истории.

Обнаруженный Наварро-Гонсалесом фульгурит отличался от обычных следов молнии. Египетский фульгурит содержал в себе маленькие пузырьки.
С помощью лазера ученые вскрыли пузырьки и обнаружили в них газовую смесь из оксидов углерода, угарного газа и оксидов азота. Как отметил химик, эти вещества могли образоваться в результате окисления органических веществ при нагреве.

Анализ соотношения изотопов углерода в соединениях показал Наворро-Гонсалесу и его коллегам, что в момент удара молнии в зоне поражения должна была находиться трава, кустарники и прочая растительность, характерная для полузасушливой местности. Стоит отметить, что сейчас в данной области пустыни Сахара подобные растения ни в коем случае не могут расти. И ученые решили вычислить время, чтобы понять, когда на месте Сахары росла трава.

Для установления даты возникновения электрического разряда член команды исследователей геохронолог Шеннон Мэгэн из геологического исследовательского центра в Денвере (США) использовал метод термолюминисценции – нагрел фульгурит до 500°C и оценил энергию «разогретых» естественной радиацией электронов, которая при термообработке выделилась в виде света. Его количество прямо указывает на момент последнего нагревания. В данном случае оно произошло в момент удара молнии, который произошёл 15 тысяч лет назад.
Анализ фульгурита еще раз подтвердил теорию, согласно которой Сахара не так давно была вполне пригодной для жизни областью с умеренным климатом.
По словам Стива Формана, геохронолога из Университета Иллинойса в Чикаго, ученые из Мехико продемонстрировали новый подход к изучению экологической ситуации того периода и обратили внимание других исследователей на ранее не изученные возможности фульгуритов.

Что касается комментариев представителей российской науки, то, как отметил в разговоре с корреспондентом «Газеты.Ru» кфмн, сотрудник НИИ физики Земли РАН Сергей Тихоцкий, с точки зрения физики команда Наварро-Гонсалеса действовала грамотно: «Все, что было проделано учеными, входит в классическую модель определения состава и возраста вещества», – сказал он. Соответственно, никаких фальсификаций и мистификаций в ходе этого анализа изотопов отметить нельзя – скорее, это вполне традиционный способ исследования.
Сотрудники Института физики атмосферы РАН также подтвердили «Газете.Ru» правомерность теории международной команды ученых. По словам старшего научного сотрудника лаборатории теории климата Сергея Демченко, 15 тысяч лет назад на территории Юго-Западного Египта вполне могла существовать растительность.

Более того, даже в период голоцена (примерно 6 тысяч лет назад) эта область могла находиться в пределах умеренного климатического пояса.
Как уточнил коллега Демченко, кфмн Алексей Елисеев, растительность в различных областях пустыни Сахара присутствовала в разное время, а, например, на Аравийском полуострове растительность сохранялась вплоть до эпохи Александра Македонского.

Что же касается цифры 15 тыс. лет, то здесь ученые отметили, что примерно к этому времени относится завершение последнего ледникового периода. Что косвенно подтверждает теорию Наварро-Гонсалеса, так что в целом открытие мексиканских ученых можно отнести к разряду верифицируемых.
Подробности исследования команды доктора Наварро-Гонсалеса можно найти в журнале Американского геологического общества (Geological Society of America).

По-видимому, первое описание фульгуритов и их связи с ударами молнии было сделано в 1706 году пастором Д. Германом (David Hermann ). Впоследствии многие находили фульгуриты вблизи людей, пораженных разрядом молнии. Чарльз Дарвин во время кругосветного путешествия на корабле «Бигль» обнаружил на песчаном берегу вблизи Мальдонадо (Уругвай) несколько стеклянных трубочек, уходящих в песок вертикально вниз более чем на метр. Он описал их размеры и связал их образование с разрядами молний. Известный американский физик Роберт Вуд получил «автограф» молнии, которая чуть не убила его

Один из выпусков новостей по телевидению сделал экспертов по молниезащите и атмосферному электричеству чуть ли не самыми востребованными людьми для журналистов всех уровней. В передаче рассказывалось, как в китайца дважды ударила молния. И оба раза он остался жив, более того, ушёл с места происшествия своим ходом. Этот случай привлёк огромное внимание к самому явлению молнии, хотя на самом деле не представлялся чем-то исключительным. Попадание молнии не всегда приводит к смерти. Если покопаться в архивах, то легко можно найти массу сообщений на эту тему. Вот молнией ударило целую футбольную команду, игравшую на стадионе во время грозы. Вот она поразила людей, ждущих автобус. Вот не повезло стаду коров и т. д. Во многих случаях после таких происшествий люди оказываются на больничной койке, но не в морге. Неужели опасность атмосферных разрядов просто преувеличена? Неужели люди могут выдержать прямое попадание молнии без серьёзных последствий для себя? А кто сказал, что в описанных выше ситуациях это воздействие было прямым? Как правило, когда речь идёт о чудесных спасениях, мы имеем дело не с прямым контактом, а с попаданием разряда в землю рядом с человеком.

Для начала давайте оценим масштаб этого опасного атмосферного явления. Небольшая молния, которую даже можно назвать слабой, имеет силу тока около 30 тысяч ампер. Разряды, которые можно отнести к категории мощных, имеют силу в десять раз больше. При ударе в землю этот заряд растекается по всему объёму грунта. Именно для этой цели (перевода мощного заряда в грунт) служат молниеотводы, оснащённые . Последние представляют собой электроды, уходящие на определённую глубину в землю. Здесь действует закон Ома, согласно которому, чтобы рассчитать напряжение на заземлителе, необходимо силу тока умножить на сопротивление.

В данном примере нужно учесть, что напряжение в грунте принимается за нулевое. Когда речь идёт о человеке, стоящем на земле при ударе молнии, всё буквально переворачивается с ног на голову. Напряжение будет действовать на нас снизу, через ноги. Попробуем разобраться в том, каким образом это будет происходить.

Для начала рассмотрим нашу землю как проводник. Насколько хорошо она проводит электричество? Первый ответ, который напрашивается сам собой, – очень хорошо. Неслучайно же мы делаем заземление, вводя электричество в грунт. Однако нам нужна более точная оценка свойств земли как проводника, а именно – удельное сопротивление. Для хорошей земли оно составляет в среднем 100 Ом на метр. То есть сопротивление здесь просто огромное. Для примера: в обычной чёрной стали оно в миллиард раз меньше. Однако, несмотря на это, земля эффективно отводит ток благодаря своему большому объёму.

Теперь, чтобы уточнить, как ведёт себя электричество при попадании в землю, рассмотрим ещё один важный параметр – напряжённость электрического поля. Этот параметр определяет, каким образом падает напряжение на определённом промежутке. Мы будем рассматривать падение напряжения на длине 1 метр. Этот показатель, называемый шаговым напряжением, выбран неслучайно – примерно столько составляет длина человеческого шага. То есть, если в грунте имеется поле напряжённостью 1 вольт на метр, на шагающего человека будет воздействовать напряжение 1 вольт.

Теперь разберём гипотетическую ситуацию с попаданием молнии в громоотвод и её выводом в заземлитель. Для примера рассмотрим случай, когда в качестве заземлителя используется металлическая полусфера диаметром полметра. Ток, пройдя по проводнику, будет утекать с полусферического заземлителя равномерно в грунт. Рассчитаем плотность тока при его силе, равной 30 тысячам ампер. Для этого силу тока разделим на площадь, в которой он действует. Получим величину примерно в 76 000 ампер на квадратный метр. Теперь рассчитаем напряжённость, по закону Ома умножив сопротивление грунта на полученный результат. В результате получим величину около 7,6 миллиона вольт на метр. Внушительная цифра. И вряд ли описанный в начале статьи счастливец из Китая подвергался воздействию именно такого напряжения.

Так почему же китаец выжил? Для ответа на этот вопрос нужно понять, каким образом меняется полученный здесь показатель по мере удаления от заземлителя. Мы будем брать гипотетический пример с описанным выше полусферическим заземлителем и однородным грунтом. По мере удаления от заземлителя будет расти радиус полусферы, для которой мы проводим расчёты. В результате вырастет и площадь полусферы, а следовательно, снизится плотность тока, а за ней и напряжённость. Уже в десяти метрах от заземлителя вместо пугающих нас миллионов вольт напряжённость составит всего 5 тысяч вольт на метр. А это хотя и опасно, болезненно, но уже не всегда смертельно. Такой удар вполне может отбросить человека, сбить на землю, как это и было в описанном телевизионщиками случае. Учтите ещё и то, что время, которое электричество будет воздействовать на человека, составит всего 0,1 миллисекунды.

Таким образом, чем дальше мы находимся от места попадания молнии в землю, тем меньше будет напряжение, воздействию которого мы подвергаемся. Поэтому понятно, почему на уроках ОБЖ нам говорили, что нельзя прятаться от грозы под высокими деревьями. Именно в них обычно попадают разряды. И, находясь рядом, мы рискуем подвергнуться серьёзному удару. Дело в том, что корневая система деревьев в данном случае выступит как заземлитель. И чем ближе к нему, тем сильнее разряд. А особенно сильным будет удар, если мы не стоим под деревом, а лежим, так как в данном случае увеличится контур, с которого мы получим разряд.

Мы не хотим вводить читателя в заблуждение, говоря о том, что молнии не опасны. Озвученные цифры нисколько не завышены. Наоборот – столкнуться с молнией зарядом до 100 тысяч ампер может каждый из нас, в то время как расчёты мы проводили для молнии в 30 тысяч ампер. Поэтому критическое шаговое напряжение может быть более внушительным и на более отдалённом расстоянии от заземлителя.

Кроме этого, нужно учесть, что мы в своих расчётах приводили пример с полусферическим заземлителем. При такой конструкции напряжённость поля будет обратно пропорциональна квадрату расстояния от центра полусферы. Однако такие электроды используются крайне редко. На промышленных объектах их вообще нет. Как правило, там применяются специальные стержни, из-за чего напряжённость по мере удаления от громоотвода убывает медленнее. Здесь уже радиус критического поражения, в том числе летального, может составлять несколько десятков метров.

Теперь приведём пример с типовыми устройствами, применяемыми в в нашей стране. Возьмём для расчётов критические данные, которые дадут нам более внушительный результат. В качестве грунта будет использоваться сухой песок с сопротивлением 1 кОм на метр. Силу тока в молнии возьмём за 100 тысяч ампер. Сам заземлитель будет состоять из рекомендованных техническими нормами трёх штырей и шины, к которой они крепятся. В таком контуре и при указанной выше силе тока на расстоянии 15 метров от заземлителя будет действовать напряжение в 70 тысяч вольт. А в радиусе 40 метров – 10 тысяч вольт, что тоже немало.

Именно поэтому для сложных объектов, в которые часто попадает молния, и рядом с которыми высока вероятность нахождения людей, разрабатываются индивидуальные системы молниезащиты. Например, такая система использована при строительстве храма Христа Спасителя. Она состоит из множества шин, расположенных под землёй. Они обеспечивают растекание молнии и снижение шагового напряжения вблизи храма.

С воздействием мощного электрического заряда связана ещё одна серьёзная опасность. Если показатели напряжённости доходят до 1 мегавольта на метр, начинается ионизация грунта. А при совпадении ряда факторов результатом такой ионизации будет увеличение плазменного канала. Он будет проходить уже под землёй, неглубоко от её поверхности. Такие каналы в ионизированном грунте, по сути, являются частью основной молнии и могут уходить на расстояние до десятков метров от места непосредственного удара.

Сила тока в таких каналах меньше, чем в основных молниях, но при этом тоже внушительная. Более того, подземный разряд сопровождается высокой температурой, которая достигает 63 тысяч градусов. А теперь представьте, что такой подземный разряд прошёл рядом с какими-либо горючими веществами или в зону его действия попало важное оборудование, люди.

Именно с такой ситуацией в 2010 году столкнулись жители небольшой деревни в Омской области. Здесь случился пожар, в результате которого сгорели все дома. Местные жители не могли тушить пламя, поскольку, как они сказали, по земле бегали огненные стрелы. Нужно ли говорить, что само возгорание случилось в результате попадания молнии? Жители деревни поступили правильно, не став рисковать, – напряжение в зонах прохождения таких каналов по своим параметрам ничуть не уступает местам, где заземлители громоотводов входят в землю.

Думается, рассказанного здесь достаточно, чтобы понять, что даже при попадании молнии в громоотвод или в землю в отдалении от человека есть реальный риск нанесения ущерба расположенным рядом объектам и людям. Молния словно хитрит, находя обходные дороги и взламывая простую защиту. Именно поэтому важно, чтобы даже домашнюю систему молниезащиты просчитывали и монтировали опытные специалисты. Только они смогут учесть все нюансы и по-настоящему надёжно защитить от всех факторов воздействия грозового разряда.

Молния снится к счастью и процветанию – правда, недолговременному.

Если вы увидели молнию над своей головой – впереди радость и прочные доходы.

Если молния осветила какой-то объект рядом с вами – удача поджидает вашего друга.

А вот черная молния среди темных облаков – знак того, что печали и трудности будут довольно долго преследовать вас. После подобного сна бизнесменам нужно полностью сконцентрироваться на своем деле, а женщинам неусыпно следить за тем, что происходит в семье.

Есть и другие толкования снов о молнии. Например, увидев во сне сверкающую молнию, знайте, что в вашей жизни скоро произойдет нечто такое, чего вы не предполагали. Скорее всего – это новое знакомство, и вы с этим человеком будете проводить много времени вместе. Вы не сразу его разглядите, но потом поймете, что это и есть «герой вашего романа».

Если во сне вы стоите на том месте, куда ударила молния, то скоро в вашей душе зародится новая любовь. Вероятно, это будет страсть с первого взгляда.

Если молния ударила там, где находился ваш любимый человек, то, возможно, у этого человека могут в ближайшем будущем возникнуть какие-то проблемы. Вы можете стать причиной этих неприятностей, поэтому будьте внимательны к тому, как вы себя ведете, – тогда осложнений можно будет избежать.

Если в вашем сне молния разрушила какой-то предмет, то ваша будущая любовь станет настолько всепоглощающей, что от этого могут пострадать близкие вам люди.

Нострадамус считал, что яркая вспышка молнии снится к получению неожиданных известий издалека. Предсказатель толковал такие сновидения следующим образом.

Если во сне в вас попала молния, то постарайтесь наяву проявить больше сдержанности, так как вас попытаются втянуть в конфликт.

Видеть во сне, как от ожогов шаровой молнии погибают люди, – дурной знак.

Сон, в котором вы увидели вспышку молнии и услышали удар грома, является предостережением. Возможно, вам следует пересмотреть свои жизненные позиции.

Болгарская прорицательница Ванга считала молнию знаком разрушений и несчастья. Она говорила, что молнии в небе снятся к пожарам, которые причинят не только разрушения и оставят многих без крова, но и принесут смерти и болезни дыхательных путей.

А в соннике Д. Лоффа сказано: «Образ молнии во сне истолковывается по-разному. Некоторым нравятся молнии – и они не возражают против этого элемента. Других пугает их сила и непредсказуемость. Однако существует много других проявлений силы, которые заслуживают внимания.

Вы можете управлять молнией – это попытка справиться с реальными проблемами. В таком случае молния – ценное оружие в борьбе против разочарования и срывов. Молниеносно сметите их со своего пути.

Молния также служит предостережением.

Если вы боитесь ее в жизни, эффект молнии может вызвать находящийся рядом человек или здание, в которое вы входите. В таком виде разум преподносит визуальное предупреждение. В этом есть присутствие элемента кары, божественного гнева, которые проявляются в виде стрел молнии и олицетворяются греческим богом Зевсом и нордическим богом Тором».

Толкование снов из Психологического сонника

Подпишись на канал Сонник!

Искусство выживания

Молния - что такое молния и как действовать во время грозы

Молния – это искровой разряд электростатического заряда кучевого облака, сопровождающийся ослепительной вспышкой и резким звуком (громом).

Опасность. Молниевой разряд характеризуется большими токами, а его температура доходит до 300 000 градусов. Дерево при ударе молнии расщепляется и даже может загореться. Расщепление дерева происходит вследствие внутреннего взрыва из-за мгновенного испарения внутренней влаги древесины.

Прямое попадание молнии для человека обычно заканчивается смертельным исходом. Ежегодно в мире от молнии погибает около 3000 человек.

Предупредительные мероприятия перед грозой

Для снижения опасности поражения молнией объектов экономики, зданий и сооружений устраивается молниезащита в виде заземленных металлических мачт и натянутых высоко над сооружениями объекта проводами.

Перед поездкой на природу уточните прогноз погоды. Если предсказывается гроза, то перенесите поездку на другой день. Если Вы заметили грозовой фронт, то в первую очередь определите примерное расстояние до него по времени задержки первого раската грома, первой вспышки молнии, а также оцените, приближается или удаляется фронт.

Поскольку скорость света огромна (300 000 км/с), то вспышку молнии мы наблюдаем мгновенно. Следовательно задержка звука будет определяться расстоянием и скоростью звука (около 340 м/с). Мы должны время в секундах от вспышки молнии до первого раската умножить на 340 - и получим расстояние в метрах до грозового фронта.

Пример: если после вспышки до грома прошло 5 с, то расстояние до грозового фронта равно 340 м/с х 5с = 1700 метров. Если с течением времени запаздывание звука растет, то грозовой фронт удаляется, а если запаздывание звука сокращается, а гром перестает быть раскатистым и напоминает сухой треск, то грозовой фронт приближается. Чем раскатистее гром на ровной местности - тем дальше гроза.

Как действовать во время грозы

Молния опасна тогда, когда вслед за вспышкой СРАЗУ следует раскат грома, а гром практически не имеет раскатов. В этом случае срочно примите меры предосторожности.

Если Вы находитесь в сельской местности: закройте окна, двери, дымоходы и вентиляционные отверстия. Не растапливайте печь, поскольку высокотемпературные газы, выходящие из печной трубы, имеют низкое сопротивление. Не разговаривайте по телефону: молния иногда попадает в натянутые между столбами провода.

Во время ударов молнии не подходите близко к электропроводке, молниеотводу, водостокам с крыш, антенне, не стойте рядом с окном, по возможности выключите телевизор, радио и другие электробытовые приборы.

Если Вы находитесь в лесу, то укройтесь на низкорослом участке леса. Не укрывайтесь вблизи высоких деревьев, особенно сосен, дубов и тополей.

Не находитесь в водоеме или на его берегу. Отойдите от берега, спуститесь с возвышенного места в низину.

В степи, поле или при отсутствии укрытия (здания) не ложитесь на землю, подставляя электрическому току все свое тело, а сядьте на корточки в ложбине, овраге или другом естественном углублении, обхватив ноги руками.

Если грозовой фронт настиг Вас во время занятий спортом, то немедленно прекратите их. Металлические предметы (мотоцикл, велосипед, ледоруб и т.д.) положите в сторону, отойдите от них на 20-30 м.

Если гроза застала Вас в автомобиле, не покидайте его, при этом закройте окна и опустите антенну радиоприемника. Если в автомобиле сухо, он сможет выдержать удар молнии, защитив Вас.

Куда и почему ударяет молния?

2008. Юлия Кафтанова. От себя разъясняю больше. При движении грозового фронта от трения воздуха между землей и облаками образуется огромная разность потенциалов. Явление чем-то похоже на гигантский природный конденсатор, накапливающий энергию.

Поэтому метеочувствительным людям может стать плохо перед грозой, даже если она прошла рядом, в работе тонких электроприборов могут наблюдаться электрические помехи, а радиосигнал может не проходить сквозь грозовой фронт.

Разряд статического электричества обычно проходит по пути наименьшего электрического сопротивления - по ионизированному каналу, проложенному "бегущим лидером" (как по проводу). Так как между самым высоким предметом, среди аналогичных, и кучевым облаком расстояние меньшее, значит меньше и электрическое сопротивление. Следовательно, молния поразит в первую очередь высокий предмет (мачту, дерево и т.п.).

Большая часть молний и электрических разрядов происходит между грозовыми облаками и внутри грозового облака - порядка 80%. Но мощность электрических разрядов между землей и облаками несопоставимо больше, так как намного выше разность потенциалов "между небом и землей".

После накопления критического статического заряда из грозового облака стекает небольшой заряд (микро-шаровая молния) - так называемый "бегущий лидер" и движется к земле со скоростью порядка 20 м/с. По пути он образует ионизированный канал, может расщепляться и делиться - тогда молния ветвится.

Как только он достигает земли или высокого предмета, имеющего статический заряд электричества, с земли в грозовое облако по проложенному ионизированному каналу происходит мгновенный многократный электрический разряд. Его мы видим как единую очень яркую "цельную" молнию, но на расстоянии мы слышим раскаты грома, так как мгновенных последовательных разрядов молнии по одному каналу производится от 10-15 до 80 и даже 100 в чрезвычайно редких случаях. Можете посчитать количество раскатов грома на отдалении 2 км от молнии.

"Бегущий лидер" - это ионизированный заряд электричества, стекающий с грозового облака. На фото вверху страницы очень хорошо видно, как с грозового фронта стекают вниз "бегущие лидеры", оставляя за собой слабосветящийся ветвистый канал. И очень хорошо заметен яркий мощный канал "от земли до неба" со вспышкой на облаке, по которому происходит непосредственный разряд молнии. Все такие активные каналы при входе в грозовое облако очень ярко подсвечены, а сам по себе выход "бегущего лидера" из облака - еще нет.

На четвертой слева молнии очень хорошо видно, что мощный разряд бьет вдоль канала из земли и еще не достиг развилки. А крайний справа вверху "слабый" разряд - это движение "бегущего лидера" из облака. На конце крайней левой развилки третьей слева молнии даже виден очень яркий "бегущий лидер" в виде точечного маленького шара.

Тем, кто считает, что разряд молнии бьет из облака в землю, и широко распространяет эти неверные сведения в интернете, настоятельно советую почитать высшую физику - в XX веке с активным приходом фотографии в нашу жизнь явление молнии было очень хорошо описано.

От себя могу высказать предположение о природе шаровой молнии: таинственная шаровая молния может оказаться очень крупным "бегущим лидером", который способен увидеть невооруженный глаз человека (а не только зафиксировать специальная фотография), за которым полностью закрылся ионизированный канал, и поэтому полноценный разряд молнии стал невозможным.

Если "бегущий лидер" оказался "слабеньким" и разрушился до того, как он полностью сформировал ионизированный канал, разряда молнии не происходит. Большинство выходов "бегущих лидеров" не заканчивается разрядом молнии. "Бегущий лидер", формирующий привычную нам молнию "между небом и землей", живет порядка 50-80 секунд, так как ему необходимо время для достижения поверхности.

"Бегущий лидер", за которым непосредственно следует электрический разряд и молния, на специальных фотографиях напоминает небольшую яркую искру и представляет собой сгусток ионизированного газа (сгусток низкотемпературной плазмы). Именно путем фотографирования молнии и того, что происходит непосредственно перед разрядом, в XX веке было сделано открытие, корректно описывающее явление молнии.

Если же "бегущий лидер" оказался очень большим по размеру, он начинает встречать более существенное сопротивление окружающей среды, скорость его движения резко замедляется, ионизированный канал за ним успевает полностью или частично закрыться. Поэтому полноценного разряда молнии не происходит, и мы можем наблюдать явление шаровой молнии (например, в зоне смерча и торнадо, как на фото). Стремясь занять наименьший объем, вещество в состоянии плазмы принимает шарообразную форму (площадь внешней поверхности шара минимальна среди прочих тел при фиксированном объеме).

Фактически, наблюдается три фазовых состояния, описывающих различное поведение математической модели "бегущего лидера" - формирование "бегущего лидера", который не закончился никаким разрядом (более 99%), "бегущий лидер", которому "повезло" и которому удалось полностью сформировать ионизированный канал, движение которого закончилось разрядом молнии (менее 1%), и "переросток", за которым частично или полностью закрылся ионизированный канал, и он сформировал видимую невооруженным глазом шаровую молнию (чрезвычайно редко).

Если рассматривать явление разряда молнии с точки зрения модной сегодня теории катастроф, то именно разряд молнии необходимо рассматривать как фазовое изменение состояния системы "природных конденсаторов". Только разряд молнии и "бегущий лидер", которому "повезло", вызывает скачкообразное изменение состояния электрических потенциалов грозовых облаков и поверхности земли и соответственно может рассматриваться как "катастрофа". Моментом начала скачкообразного изменение состояния системы является момент достижения "бегущим лидером" другого облака или поверхности земли (а также дерева, молниеотвода и т.п.).

Сам момент скачкообразного изменения состояния системы (то есть разряд молнии) может быть описан набором аппроксимированных дельта-функций по числу мгновенных электрических разрядов, аргументом является время.

Ни "бесплодный" "бегущий лидер", который не закончился разрядом молнии, ни тем более "переросток"-шаровая молния с точки зрения современной теории катастроф не вызывают скачкообразное изменения состояния "природных конденсаторов" - грозовых облаков и поверхности земли. Именно поэтому шаровая молния не может рассматриваться как явление, вызывающее скачкообразное изменение состояния системы вцелом, ведь она не влечет за собой полноценного разряда молнии со сформированным по всей длинне ионизированным каналом.

В крайнем случае, шаровая молния, получающая извне энергетическую подпитку (например, от мощного вращения торнадо, как на фото), влечет за собой локальные электрические микро-разряды в своей локализованной окрестности. Эти микро-молнии и электрические разряды проходят по локализованным в некоторой окрестности ионизированным каналам. Если же энергетический подпитки шаровой молнии извне не происходит и связь с источником полностью утеряна, то шаровая молния не формирует локальные электрические разряды вообще.

Но так или иначе, во время своего существования (с момента образования до момента разрушения) поведение шаровой молнии обусловлено исключительно локальными изменениями состояния системы и никак не влияют на ее глобальное состояние и поведение, в отличие от привычного разряда молнии.