«Наука и Техника» [журнал для перспективной молодежи], 2006 № 07 (7) - страница 17

Фронтальные грозы возникают на фронтальных разделах, т. е. на границах между теплыми и холодными воздушными массами и не имеют регулярного суточного хода. Над материками умеренного пояса они наиболее часты и интенсивны летом, в засушливых районах — весной и осенью. Зимние грозы возникают в исключительных случаях — при прохождении особенно резких холодных фронтов.

Грозы на Земле распределены неравномерно: в Арктике они возникают раз в несколько лет, в умеренном поясе в каждом отдельном пункте бывает несколько десятков дней с грозами. Тропики и экваториальная область являются самыми грозоопасными районами Земли и получили название «пояс вечных гроз», у них свой «полюс» — район Бютензорга на острове Ява: здесь грозы буйствуют 322 дня в году. В пустыне Сахара гроз вообще почти не бывает. К слову, по данным трехлетних наблюдений сотрудников Национального института космических исследований Бразилии, разряды молний над мегаполисами происходят почти в два раза чаще, чем над их окрестностями, но и этот вывод требует подтверждения.

Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках, тогда они называются грозовыми; иногда молния образуются в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.

Обычно наблюдаются линейные молнии, которые относятся к т. н. безэлектродным разрядам, так как они начинаются в скоплениях заряженных частиц. Это определяет их некоторые, до сих пор необъясненные свойства, отличающие молнии от разрядов между электродами. Так, молнии не бывают короче нескольких сотен метров; они возникают в электрических полях значительно более слабых, чем поля при межэлектродных разрядах; сбор зарядов, переносимых молнией, происходит за

тысячные доли секунды с мириадов мелких, хорошо изолированных друг от друга частиц, расположенных в объеме несколько км^>3. Наиболее изучен процесс развития молнии в грозовых облаках, при этом молнии могут проходить в самих облаках — внутриоблачные молнии, а могут ударять в землю — наземные молнии. Для возникновения молнии необходимо, чтобы в относительно малом (но не меньше некоторого критического) объеме облака образовалось электрическое поле с напряженностью, достаточной для начала электрического разряда (~1 Мв/м), а в значительной части облака существовало бы поле со средней напряженностью, достаточной для поддержания начавшегося разряда (~0,1–0,2 Мв/м). В молнии электрическая энергия облака превращается в тепловую.

Кстати, средняя длина молнии составляет примерно 2,5 км. Некоторые же разряды простираются в атмосфере на расстояние до 20 км!

Процесс развития наземной молнии состоит из несколько стадий. На первой стадии в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая вначале свободными электронами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с молекулами, составляющими воздух, ионизуют их. Таким образом, возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов — стримеры, представляющие собой хорошо проводящие каналы, которые, сливаясь, дают начало яркому термоионизованному каналу с высокой проводимостью — ступенчатому лидеру молнии.

Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями размером в несколько десятков метров со скоростью ~50000 километров в секунду, после чего его движение приостанавливается на несколько десятков микросекунд, а свечение сильно ослабевает; затем в последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков метров. Яркое свечение охватывает при этом все пройденные ступени; затем следуют снова остановка и ослабление свечения. Эти процессы повторяются при движении лидера до поверхности земли со средней скоростью 200 000 метров в секунду.

По мере продвижения лидера к земле напряженность поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером. Эта особенность молнии используется для создания молниеотвода. В заключительной стадии, по ионизованному лидером каналу следует обратный, или главный, разряд молнии, характеризующийся токами от десятков до сотен тысяч ампер, яркостью, заметно превышающей яркость лидера, и большой скоростью продвижения, вначале доходящей до ~100 000 километров в секунду, а в конце уменьшающейся до ~10 000 километров в секунду, температура канала при главном разряде может превышать 25 000 °C. Длина канала молнии может быть от 1 до 10 км, диаметр — несколько сантиметров. После прохождения импульса тока ионизация канала и его свечение ослабевают. В финальной стадии ток молнии может длиться сотые и даже десятые доли секунды, достигая сотен и тысяч ампер. Такие молнии называют затяжными, они наиболее часто вызывают пожары.