Чем пахнет дождь? Ясные ответы на туманные вопросы о климате и погоде

Вряд ли вы видите молнии очень часто, поэтому, вероятно, удивитесь, узнав, что в среднем во всем мире каждую секунду поверхность Земли поражает около сотни ударов молнии. Большая часть этих ударов молнии приходится на тропики – на регионы, известные как «горячие камины» (hot chimneys), где достаточно тепловой энергии для регулярного образования больших грозовых облаков, а следовательно, и грозовых ливней. Наша атмосфера имеет электрический заряд, и даже в хорошую погоду его можно измерить у поверхности земли. При образовании грозовых туч заряд растет, и в землю начинают бить молнии. Как нам известно, в грозовых облаках действует множество нисходящих и восходящих потоков. Смесь водяных капелек и льда в облаке испытывает значительную турбулентность, столкновения частичек порождают трение, а оно, в свою очередь, приводит к образованию в облаке статического заряда. Это означает присутствие как положительно, так и отрицательно заряженных частиц, и они, естественно, отталкивают друг друга. Положительно заряженные частицы собираются в верхней части облака, а отрицательные устремляются вниз – как батарейка с плюсом и минусом. Когда накапливается достаточный заряд, атмосфера стремится к его выравниванию, так что следует мощный и быстрый удар молнии от отрицательного полюса в положительный. По большей части удар направлен снизу вверх – это так называемая внутриоблачная молния. Земная поверхность тоже имеет положительный заряд, так что если электрический потенциал достаточен, то удар молнии направляется на Землю, такая молния называется «облако – земля». Технически у самой молнии нет температуры, поскольку это просто поток электрических зарядов. Однако когда молния проходит сквозь воздух или другой материал, она нагревает этот материал. Воздух после этого становится очень горячим: температура в долю секунды поднимается почти до 27 500 °C. Это почти в пять раз горячее, чем поверхность Солнца (5500 °C). Именно в ходе этого процесса во время грозы образуется звук грома. Создается канал, который в сочетании с сильным мгновенным нагревом сразу же сжимает окружающий воздух, отчего образуются ударные волны. Именно эти сильнейшие вибрации окружающего воздуха докатываются до нашего уха и порождают звук. Если удар молнии случился неподалеку, мы словно слышим удар кнута. Если молния ударила далеко, то звук успевает исказиться и доходит до нас уже как глухое продолжительное ворчание.

Может ли молния служить человечеству?

Числа впечатляют: в одном ударе молнии около миллиарда джоулей энергии – этого достаточно для снабжения электричеством целого дома в течение месяца. Так что теоретически овладеть этой энергией и использовать ее как возобновляемый источник – великолепная идея. Однако это не сработает, и вот почему. Во-первых, хотя энергия одного удара молнии действительно огромна, она расходуется за долю секунды. У нас пока нет инженерных методик, которые могли бы помочь захватить такое огромное количество энергии в краткий промежуток времени, сохранить его и затем распределять в течение более длительного периода. Во-вторых, молния совершенно непредсказуема, так что практически невозможно указать место, куда она ударит. По большей части молнии случаются в тропических широтах, где плотность населения невелика. Но даже если бы нам удалось овладеть энергией молний, бьющих по всей Земле, то, по подсчетам специалистов, ее хватило бы для обеспечения всего лишь около 8 % домохозяйств США.

Куда молния бьет неоднократно?

Чаще всего молнии наблюдаются в тропических районах, поскольку там больше тепловой энергии, а следовательно, и конвекции, необходимой для образования мощных грозовых облаков: источников гроз, грома и молнии. Больше всего ударов молний приходится на Центральную Африку, Центральную Америку и Юго-Восточную Азию. В этих районах они чаще всего случаются в гористой местности. Гористый ландшафт обеспечивает восходящие потоки воздуха, что способствует дополнительной конвекции. Если прибавить к этому еще и озеро, то избыточная влажность легко переносится вверх, способствуя грохоту гроз и ярким вспышкам молний. В Венесуэле, где река Кататумбо впадает в озеро Маракаибо, в год случается в среднем 250 ударов молний на квадратный километр – около 28 вспышек в минуту. Еще одно место с сильным электрическим зарядом – горная деревушка Кифука в Демократической Республике Конго, где на квадратный километр ежегодно приходится 158 ударов.

Облака

Откуда появляются облака?