Конспект лекций в рамках курса

Молния как опасный фактор
атмосферного электричества
Конспект лекций в рамках курса
Техника и электрофизика высоких напряжений
Автор: доцент Каф. ТЭВН ЭФФ
д.г.н. Горбатенко В.П.
Самым мощным поражающим опасным фактором
атмосферного электричества является молния. Прямой
удар молнии приводит к механическим разрушениям
зданий, сооружений, скал, деревьев, вызывает пожары и
взрывы, является прямой или косвенной причиной
гибели людей. Механические разрушения вызываются
мгновенным превращением воды и вещества в пар
высокого давления на путях протекания тока молнии в
названных объектах. Прямой удар молнии называют
первичным воздействием атмосферного электричества.
Ко вторичному воздействию атмосферного
электричества относят: электростатическую и
электромагнитную индукции; занос высоких
потенциалов в здания и сооружения.
опасные факторы вторичного воздействия
атмосферного электричества:
Электростатическая индукция. Образовавшийся
электростатический заряд облака наводит
(индукцирует) заряд противоположного знака на
предметах, изолированных от земли (оборудование
внутри и вне зданий, металлические крыши зданий,
провода ЛЭП, радиосети и т. п.). Эти заряды
сохраняются и после удара молнии. Они релаксируют
обычно путем электрического разряда на ближайшие
заземленные предметы, что может вызвать
электротравматизм людей, воспламенение горючих
смесей и взрывы. В этом заключается опасность
электростатической индукции.
Явление
электромагнитной
индукции
заключается в следующем. В канале молнии
протекает
очень
мощный
и
быстро
изменяющийся во времени ток. Он создает
мощное переменное во времени магнитное поле.
Такое поле индуцирует в металлических
контурах электродвижущую силу разной
величины. В местах сближения контуров между
ними могут происходить электрические разряды,
способные воспламенить горючие смеси и
вызвать электротравматизм.
Занос высоких потенциалов в здание
происходит в результате прямого удара молнии в
металлокоммуникации, расположенные на
уровне земли или над ней вне зданий, но
входящие внутрь зданий. Здесь под
металлокоммуникациями понимают рельсовые
пути, водопроводы, газопроводы, провода ЛЭП и
т. п. Занесение высоких потенциалов внутрь здания сопровождается электрическими разрядами
на заземленное оборудование, что может
привести к воспламенению горючих смесей и
электротравматизму людей.
Целью настоящей лекции является
знакомство с процессом формирования
молнии в атмосфере Земли, с
разновидностсями молнии и с некоторыми
способами защиты от ее воздействия
• Электрическое поле характеризуется напряженностью,
измеряемой в Вольтах на метр (то же самое, что в
Кулонах на квадратный метр).
• Напряженность электрического поля (Е) численно
равна силе, с которой заряд (-ы), создающий (-е) поле,
действует (-ют) на единичный заряд. Данная величина
является векторной, имеет не только величину, но и
направление. Заряды разных знаков, при прочих
равных условиях, генерируют противоположно
направленные поля. Причем, поля, создаваемые
разными зарядами (любыми), накладываются друг на
друга (по принципу векторной суммы).
• Потенциал поля характеризует энергию, которой
обладает единичный заряд, помещённый в данную
точку поля.
• Единицей измерения потенциала является единица
измерения работы, деленная на единицу измерения
заряда.
• Если взять произвольный макроскопический
объем воздуха (хотя бы несколько м3), его
удельный заряд будет чисто символическим
(обычно порядка 10-13 - 10-12 Кл/м3). При
этом необходимо иметь ввиду, что при
перемещении от места к месту электрические
параметры атмосферы могут изменяться на
порядки. Напряженность электрического поля
в такой среднестатистической атмосфере при
хорошей погоде составляет порядка 10 - 102
В/м. Это ничтожно мало (напомним, в
грозовых облаках при разряде это значение
составляет 105 - 106 В/м).
• Напряженность не обращается вовсе в ноль по двум
причинам:
• Во-первых, концентрация отрицательных и
положительных зарядов немножко по-разному
меняется с высотой, из-за чего и возникает
незначительное их разделение. Во-вторых,
свою лепту вносят заряды, содержащиеся в
земной коре.
• Для того чтобы сгенерировать сколько-нибудь
серьезные электрические поля в
пространственном масштабе порядка 100 1000 м, необходимо: 1) создать достаточное
количество нескомпенсированных
электрических зарядов разных знаков; и 2)
разделить их в пространстве. Если нам удастся
разделить разноименные заряды, то вектор
поля будет направлен от положительных
зарядов к отрицательным.
•
Унитарная вариация напряженности атмосферного электрического поля
(1) и средние значения напряженности аэроэлектрического поля по
наблюдениям среднешротной обсерватории "Борок" за июнь, август 1999
г. (2).
Глобальная электрическая цепь
Электричество хорошей погоды неразрывно связано с
грозовым электричеством и составляет часть так называемой глобальной электрической цепи (ГЭЦ),
Как же устроена и функционирует единая атмосферная
"электрическая машина".
В первом приближении картина формирования молний
выгладит следующим образом. Земная атмосфера представляет
собой диэлектрик, расположенный между двумя проводниками
- поверхностью земли снизу и проводящими слоями нижней
ионосферы сверху (на высоте около 60-70 км). Эти слои
являются пассивными компонентами глобальной
электрической цепи.
• Между отрицательно заряженной
поверхностью земли и положительно
заряженной верхней атмосферой
поддерживается постоянная разность
потенциалов величиной около ~350 кВ.
Часто при упрощенном описании ГЭЦ
земная поверхность и нижняя граница
ионосферы рассматриваются как
обкладки гигантского сферического
конденсатора, который разряжается в
областях хорошей погоды и заряжается в
областях грозовой активности.
• Однако литосфера не является пассивным
проводником квазистационарных аэроэлектрических
токов, замыкающим области грозовых токовых генераторов и нагрузочных областей «хорошей погоды».
Существует предположение, что радиоактивные
эманации земной поверхности оказывают
существенное влияние на высотный профиль
проводимости приземной атмосферы. Радон 222 и
продукты его распада обеспечивают ионизацию с
коэффициентом 10-100 пар/(см3 с) на высотах от
земной поверхности до 1000 м. Предполагая, что зоны
тектонических нарушений являются источниками
мощного газового потока, включающего целый ряд
радиоактивных элементов, следует заключить, что
«дыхание земли» служит важным фактором
формирования электрического состояния нижней
атмосферы.
• С учетом последних экспериментальных
данных и основанных на них теоретических
оценок было создано новое описание
глобальной атмосферной электрической цепи
как открытой диссипативной системы,
поддерживаемой в состоянии динамического
равновесия поступающим в нее потоком
энергии, в первую очередь энергии излучения
Солнца. Установлено, что электрическая
энергия генерируется преимущественно в
областях пониженного атмосферного давления
и в зонах холодных фронтов и составляет в
среднем 5·1013 Дж, что на два порядка выше
энергии, сосредоточенной в глобальном
сферическом конденсаторе земля-ионосфера.
IONOSPHERE
nice
weather
nice
weather
300 kV
50 km
rain
corona
+
ground
resulting electrical current
Структура грозового облака
• Исследования кучево-дождевых облаков с
помощью специальных самолетов-лабораторий
(самолетное зондирование атмосферы) и
радиолокационной техники
(радиометеорология) позволили установить,
что эти облака состоят из одной или
нескольких конвективных ячеек. Жизнь
отдельной грозовой ячейки можно разделить
на три стадии (рис1.), или периоды, в
зависимости от величины и направления
вертикальных потоков воздуха:
Стадии развития конвективного облака
Структура развитого конвективного облака
Диаметр: ~ 10 км, Высота вершины: ~ 10 - 15 км,
Высота основания: ~ 1 - 2 км, Запас воды: ~ 108 кг,
Электрический заряд: ~ 100 К,
Разность потенциалов в промежутке земля-облако: ~ 100 MV,
Продолжительность жизни: ~ 1 час,
Высота нулевой изотермы 3-3.5 км, Высота изотермы -22 °C: 5.5-6.6 км.
H [км]
- 50-55°C
+
+
+
+
(+ 10 ; + 50 К)
+ +
+
+
+
15
+
+
+
+
+
10
+
+
+
+
+ + +
+
+
+
++
-45-50°C 40°C
(- 10 ; - 50 К)
5
0°C
++
+ +
D [км]
D [км]
25°C
15
10
0
5
5
10
15
•
. Электрический
пробой воздуха
• Допустим, в атмосфере сформировалось достаточно мощное
кучево-дождевое облако. В самом облаке, между ним и Землей, а
также между ним и другими облаками непрерывно увеличивается
электрическое поле. Но будет ли оно увеличиваться бесконечно?
• В один прекрасный момент напряженность электрического поля в
какой-то области пространства достигает некоторого
критического значения. Это значение зависит от многих
факторов (в том числе и от состава воздуха) и варьируется в
пределах 105 - 106 В/м. С этого момента в данной области
начинают происходить весьма интересные процессы. В воздухе
всегда присутствуют в небольшом количестве свободные
электроны. Под действием электрического поля они начинают
разгоняться, приобретают значительные скорости и, сталкиваясь с
атомами воздуха, ионизируют их, «вышибая» оттуда новые
электроны. Те, в свою очередь, также становятся свободными,
разгоняются и выбивают электроны из других атомов. Процесс
становится лавинообразным.
Область пространства, охваченная этим процессом, увеличивается в
длину с огромной скоростью (порядка 100 км/с) и за доли секунды
достигает того места, в которое собирается ударить будущая молния.
В результате в воздухе образуется проводящий канал, который
называется лидер. Это - еще не молния. Это - только, так сказать,
вступление к ней.
Что мы в итоге имеем? Огромное электрическое поле (образно говоря,
батарейка) и проводящий канал (образно говоря, кусочек проволоки).
Что мы получим в результате? Электрический ток. Как и любой
уважающий себя проводник, заряженный воздух, из которого состоит
лидер, при прохождении электрического тока разогревается. Сила тока
весьма велика и составляет порядка 104 - 105 А. Поэтому нагрев
происходит тоже существенный (порядка 103 - 104 °K). Проводящий
канал, нагреваясь, начинает ярко светиться. Очевидец при этом
наблюдает молнию.
• Молния обычно имеет форму разветвленной
ломаной или кривой линии. Это является
следствием того, что лидер распространяется
не по прямой и не сразу. Лавинообразный
процесс ионизации периодически затухает и
возобновляется вновь. При этом направление
распространения лидера изменяется, часто
происходит ветвление. Он как бы «выбирает»,
где присутствует наибольшее количество
свободных зарядов, и распространяется
именно туда - по пути наименьшего
сопротивления.
В дальнейшем всю эту траекторию с большой точностью
повторяет молния. Все эти процессы занимают ничтожные
доли секунды. Нагрев при вспышке происходит очень
быстро (длительность всего молниевого разряда обычно
составляет порядка 10-1 - 100 с). А нагретый воздух, по
законам физики, имеет свойство расширяться. Необычайно
быстрое расширение воздуха представляет собой взрыв, что
сопровождается звуковыми эффектами. Эти звуки хорошо
известны каждому и в быту получили название гром. При
охлаждении воздуха по окончании разряда наблюдается
столь же быстрое и громкое сжатие. Звук, распространяясь в
окружающем пространстве, многократно отражается от
Земли, облаков, местных предметов и др. Поэтому
наблюдатель обычно слышит раскаты грома,
представляющие собой многократное, пришедшее с разных
сторон эхо.
• Образование лидера и следующий за ним молниевый
разряд, обычно, повторяются многократно. После
разряда происходит полная или частичная
нейтрализация электрических зарядов в облаке и его
окрестностях (в том числе, на Земле). Напряженность
электрического поля скачкообразно уменьшается на 1 4 порядка.
• Обычно, к этому времени облако еще живет полной
жизнью, генерация зарядов и усиление электрического
поля возобновляются, и через некоторое время
молниевый разряд повторяется вновь. Количество и
частота разрядов зависят от конкретной ситуации и
варьируются на порядки: от десятков молний в
секунду до одной-двух за всю грозу
Four types of lightning discharges
+ + ++
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ + ++
+
+
+
+
+
+ ++
1
+ + + + + +
1
2
3
4
3
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+
+ + + + +
+
+
+
+
4
+ ++
+
2
+ + + + + + +
cloud-to-ground flash
cloud-to-air discharge
cloud-to-cloud discharge
intracloud discharge
Categorization in 4 different cloud-to-ground
flashes, according to K. Berger (1978)
+
+
+ +
+
+
+
+ ++ +
+ +
+ + + + + + + +
+
+
+ + +
+ + +
+
+
+
+ +
+
+
+
+ + + +
+ +
+ + + + + + + +
+
+
+ + ++
+
+
+
+
+ ++
+
+ ++
+
+
+ +
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+
downward negative leader
+
+
+ +
+ ++ +
+ ++ + +
+ + + + + + + +
+
+
+ + +
+ + + +
+
+
+ +
+
++
+
++
+ +
+
+
+
+
+
+
upward positive leader
+
+
+ +
+ + + +
+ ++ + +
+ + + + + + + +
+
+
+ + +
+ + +
+
+
+ ++
+
+
+
+
+
+
+
+
+
downward positive leader
+
+
+
+
+
+
+
upward negative leader
•
•
•
•
•
•
Длина линейной молнии составляет несколько километров, но может
достигать 20 км и более. Основной канал молнии имеет несколько
ответвлений длиной 2-3 км.
Диаметр канала молнии составляет от 10 до 45 см. Длительность
существования молнии составляет десятые доли секунды.
Средняя скорость движения молнии 150 км/с.
Сила тока внутри канала молнии доходит до 200000 А. Температура
плазмы в молнии превышает 10000°С. Напряженность электрического
поля внутри грозового облака составляет от 100 до 300 вольт/см, но
перед разрядом молнии в отдельных небольших объемах она может
доходить до 1600 вольт/см.
Средний заряд грозового облака составляет 30-50 кулонов. В каждом
разряде молнии переносится от 1 до 10 кулонов электричества.
Как мы уже говорили линейные молнии чаще всего представляют собой
межоблачные разряды и удары молнии в землю. Последних
существенно меньше, причем соотношение этих разрядов над
различными физико-географическими районами может существенно
различаться (от 2 до 10 раз). Тем не менее, именно они создают
множество проблем в функционировании техники, особенно если она
насыщена электроникой.
0 ms
20 ms
21 ms
+ + + ++
+ + +++
+ +++ + +
+ ++ + ++ +
+ + +
+ + ++
+ + + ++
+ + +++
+ +++ + +
+ ++ + ++ +
+ + +
+ + ++
+ + + ++
+ + +++
+ +++ + +
+ ++ + ++ +
+ + +
+ + ++
++++
++++
++++
++
++ +++ ++ +
+++++++ +
+++++++ +
preliminary breakdown
stepped leader
21.1 ms
21.2 ms
interception process
(процесс перехвата)
21.3 ms
+ + + ++
+ + +++
+ +++ + +
+ ++ + ++ +
+ + +
+ + ++
+ + + +
+ +++ + + + ++++++
+ ++ + + +
+ + +
+ + ++
+
+ +
+ + + + ++++++
+ +
++
+
++
++++
++++
++++
+ +
+ ++
++
+++ ++++ +
+ +
+ ++
++
+++ ++ ++ +
++ +++ ++ +
first return stroke
first return stroke
low continuing current
50 ms
80 ms
80.1 ms
+
+ +
+ + + + ++ ++++
+ +
++
+
++
+
+ +
+ + + + ++++++
+ +
++
+
++
+
+ +
+ + + + ++++++
+ +
++
+
++
++++
++++
++++
+++ ++++ +
+++ ++ ++ +
++
+ +
++
++ +++ ++ +
Внутренние процессы
dart leader
second return stroke
КАК ЧАСТО ПОРАЖАЕТ МОЛНИЯ?
•
Удары молнии в наземные сооружения. Из повседневного опыта известно,
что чаще всего молния ударяет в высокие сооружения, особенно в те, что
главенствуют над окружающей местностью. На равнине большинство ударов
приходится в отдельно стоящие мачты, башни, дымовые трубы и т.п. В
горной местности часто страдают и невысокие сооружения, если они стоят на
отдельных высоких холмах или на вершине горы. На житейском уровне
объяснение тому простое: электрическому разряду, каковым является
молния, легче перекрыть более короткое расстояние до возвышающегося
объекта. Так, в мачту высотой 30 м в среднем по Европе приходится 0,1 удар
молнии за год (одно поражение за десять лет), тогда как для уединенного
стометрового объекта их почти в 10 раз больше. При более внимательном
отношении столь резкая зависимость числа ударов от высоты уже не кажется
тривиальной. Средняя высота точки старта нисходящей молнии около 3 км и
даже 100 метровая высота ― лишь 3 % расстояния между облаком и землей.
Случайные искривления меняют полную длину траектории в десятки раз
сильнее. Приходится допустить, что конечная приземная стадия развития
молнии отличается какими-то особыми процессами, которые достаточно
жестко предопределяют последний участок пути. Эти процессы приводят к
ориентировке нисходящего лидера, его притяжению к высоким объектам.
Среднее число часов с грозой
Формула для расчета плотности разрядов молнии в землю
по числу дней с грозой (Td)
Ng = 0.04
1.25
Td km-2 year-1
Ng = 0.1 km-2 year-1 on the oceans
Ng = 30 to 50 km-2 year-1
in Brazil,
Indonesia and Australia,
Central- and South-Africa.
Плотность разрядов молнии в землю
Плотность разрядов молнии в землю. Томская область
Молнии со спутника Земли
Здание, оборудованное активным
молниеприёмником
• Основным элементом является, так называемый, активный
молниеприемник. Принцип действия такой системы молниезащиты
заключается в том, что вокруг активного молниеприемника во время
грозы создается область ионизации. И в тот момент времени, когда
напряженность электрического поля между грозовым облаком и
поверхностью земли достигнет критического значения (т.е. разряд
молнии становится неизбежным) от молниеприемника происходит
старт встречного лидера в сторону уже развивающейся от облака
молнии. В том случае если молния будет продолжать свой путь к
защищаемому объекту, она обязательно будет «притянута» к
молниеприемнику (в пределах его расчетной зоны защиты). Если же
она уйдет в сторону от зоны защиты, активный молниеприемник не
окажет на нее никакого воздействия. Достоинством такой системы
молниезащиты является относительная простота ее монтажа и
минимальное влияние на внешний вид дома. Недостатком является
отсутствие какой-либо отечественной нормативной базы на ее
применение и высокая цена, которая измеряется в тысячах евро. Тем
не менее, различные конструкции такого типа широко применяются
в США, Франции, странах Балтии, Польше и многих других
государствах.
HV laboratory: initiation of the positive upward leader
Чтобы вызвать разряд в атмосфере под грозовым облаком
(триггерную молнию), обычно используют ракету, которая
тянет за собой заземленный провод
• Триггерные молнии позволяют заранее
технически подготовиться к разряду
молнии, а значит и детально изучить
физические параметры состояния как
атмосферы во время разряда и самой
молнии. Как оказалось, инициация
молнии происходит при достаточно
высокой напряженности поля на
поверхности земли под облаком - не
менее 5÷10 кВ/м.
• Сегодня открываются новые возможности для управления
молниевыми разрядами, в том числе с помощью лазеров. Так, мощные
лазеры способны организовать протяженные плазменные каналы в
воздухе, которые могли бы инициировать и направлять молниевые
разряды подобно металлической проволоке в триггерной молнии.
• В экспериментах, проведенных в ИПФ, был исследован механизм
инициации разряда в постоянном электрическом поле с помощью
плазменного канала (филамента), создаваемого мощным
фемтосекундным лазерным импульсом в атмосферном воздухе (в том
числе при наличии в нем водного аэрозоля). Оказалось, что
электрический пробой в таком канале обусловлен нагревом и
последующим разрежением газа в нем, а энерговыделение
обеспечивается током, который поддерживается постоянным
электрическим полем в распадающейся плазме, порожденной
лазерным импульсом. В проведенных экспериментах наблюдалось
снижение пробойного поля в несколько раз, что чрезвычайно важно
для понимания механизмов инициации разрядов в грозовом облаке.
С помощью специально оборудованных самолётов типа U-2 и ER-2, летающих на
высоте 20 км над облаками со скоростью 200 м/c, получают электрические и
оптические характеристики молниевой активности. Самолёт оборудован
следующими основными инструментами: допплеровский радар, микроволновой
сканер, спектрометр, интерферометр, специальные фотографические и
видеокамеры; и оборудование для измерения метеорологических величин,
температура, величина и заряд капель и др
.
• С середины 90-х годов XX века в центре внимания геофизиков
оказалось новое явление - разряд в средней атмосфере на высотах
от 20 до 100 км, лежащих выше абсолютного большинства
облаков.
• Оказалось, что грозовая активность, обусловленная разделением
зарядов и формированием крупномасштабного электрического
поля в облаках, сопровождается проникновением поля на
достаточно большие высоты, где условия возбуждения разряда
облегчаются из-за экспоненциального уменьшения давления
воздуха с высотой. Это приводит к возникновению нескольких
классов разрядных явлений, различающихся пространственновременными характеристиками (в том числе высотой развития
разряда), условиями возбуждения и физическими процессами в
области разряда.
• Сложившаяся к настоящему времени классификация
подразделяет высотные разряды на четыре основных типа,
именуемых эльфами, джетами, спрайтами и гало
Спрайт - короткая (порядка миллисекунд) яркая объемная
вспышка красного цвета на высоте 50-90 км с
поперечным размером около десятка километров.
• Положительные вспышки облако-земля, которые переносят
положительный заряд на землю, в среднем являются более
мощными, чем отрицательные вспышки. Но только этим
обстоятельством почти стопроцентный уровень корреляции
спрайтов именно с положительными вспышками (что
существенно отличает их от эльфов) объяснить трудно.
• Спрайты регистрируются практически на тех же высотах, на
которые в высоких широтах проникают энергичные
магнитосферные электроны, вызывающие полярные сияния.
Основная часть сведений о физических параметрах спрайтов,
включая данные об их тонкой структуре, была получена
оптическими методами. Наблюдения показывают, что область
свечения спрайта в мезосфере имеет ярко выраженную структуру.
Большинство спрайтов имеют диффузную (сравнительно однородно светящуюся) верхнюю часть (на высотах более 80 км) с
поперечным размером ~30 км и структурированную в виде
светящихся каналов нижнюю часть (на высотах ниже 70÷75 км).
Тонкая структура нижней части спрайтов характеризуется
множеством светящихся каналов с поперечными размерами от
десятков до сотен метров.
• Эльфы - наиболее кратковременные события в
семействе высотных разрядов. Они представляют
собой свечение красного цвета тороидальной формы с
горизонтальным масштабом 300-400 км в диапазоне
высот 80-100 км, вспыхивающее примерно через 300
мкс после мощной вспышки облако-земля.
Продолжительность события - порядка сотни
микросекунд. Описанные выше признаки хорошо
согласуются с общепринятой в настоящее время
гипотезой о том, что эльфы обусловлены импульсом
электромагнитного излучения, порождаемого
током наиболее мощных молниевых вспышек.
• Джет - весьма редкое и трудное для наблюдений событие. Это свечение
голубого цвета в форме узкого конуса, стартующего вблизи верхней
границы облака и распространяющегося до высот около 40 км со скоростью
порядка 100 км/с. Тесной корреляции джетов с внутриоблачными
вспышками или вспышками облако-земля не отмечено.
• Кроме обычных джетов, в последнее время выделяют такие классы
событий, как «голубые стартеры» (в последнее время часто говорят просто о
восходящих разрядах) и «гигантские джеты». Первые распространяются до
высот 25-30 км, а вторые - до высот нижней ионосферы около 70 км.
• Нужно ли говорить о том, сколь интересны для геофизики эти явления
поистине грандиозного масштаба, практически «мгновенно» связывающие
тропосферу с ионосферой? Однако наблюдаются гигантские джеты
чрезвычайно редко, к настоящему времени зарегистрировано менее десятка
событий.
• Теория джетов сегодня делает только первые шаги, в основном по аналогии
с теорией внутриоблачного разряда (которая также далека от завершения).
Критическим фактором для развития теории является весьма ограниченный
пока объем экспериментальных данных о джетах..
• Статистика показывает, что ежегодно на земном шаре
от молний погибает около 10000 человек. Например,
ежегодно от удара молнии во Франции и Германии
погибает несколько десятков людей, в США около
100 - 200 человек, а в небольшом Зимбабве - до 160
(там однажды за месяц погибло 89 человек). Кроме
человеческих жертв удары молний влекут и большое
количество пожаров. Только в нашей стране 7%
пожаров в жилых домах происходит от попадания
молний. Около 84 % от всех пораженных молнией
составляют мужчины. Чаще люди гибнут от молний в
дневное время – от 12 до 16 часов, именно в это время
отмечается максимум в суточном ходе гроз. Большая
часть поражений молниями приходится на
воскресенье (24 % от случаев за неделю), когда люди
больше времени проводят на природе.
Рассмотрим вариант, когда мы находимся во время грозы
в лесу.
•
•
Молния в лесу практически никогда не бьет в землю, за исключением
полян, так как деревья являются естественными громоотводами, причем
вероятность попадания молнии в конкретное дерево прямо
пропорциональна его высоте. Следовательно, держитесь подальше от
высоких деревьев. Самый лучший вариант – сесть между низкорослыми
деревьями с густыми кронами. При этом определите приблизительно
высоту выбранных вами деревьев и постарайтесь разместиться от них на
расстоянии, не превышающем эту высоту. Допустим, высота деревьев
примерно 4 – 5 метров, соответственно, разместиться между ними надо так,
чтобы до каждого из деревьев было не менее 4 – 5 метров. Это так
называемый «конус защиты». Кроме того, надо помнить, что чаще всего
молния ударяет в дубы, тополя, вязы. Реже – в ель, сосну. Совсем редко – в
березы, клены.
Выбирая себе убежище, обратите внимание – нет ли рядом деревьев, ранее
пораженных и расщепленных грозой. В таком случае лучше держаться
подальше от этого места. Обилие пораженных молнией деревьев
свидетельствует, что грунт на данном участке имеет высокую
электропроводность, и удар молнии в этот участок местности весьма
вероятен.
Рассмотрим вариант, когда мы во время грозы
находимся в поле
•
•
•
•
•
. При первых признаках приближающейся грозы надо: как можно быстрее
переместиться в сторону надежного ближайшего укрытия (лес, деревня), удаляясь
одновременно от отдельно стоящих деревьев или рощ не менее чем на 150 – 200 м.
С началом грозы, если вы так и не добежали до укрытия: сгруппируйтесь у земли,
лучше в ложбине, поджав ноги и обняв руками колени, соединив ступни ног вместе –
это так называемая «позе эмбриона». От почвы, особенно если она влажная,
необходимо изолироваться, подложив под себя теплоизолирующий коврик, надувной
матрац, ветки, лапник, в крайнем случае, камни, веревки, одежду, обувь и при этом
надо стремиться, чтобы изолятор был по возможности более сухим. Тело должно
иметь наименьший контакт с землей. Мокрую одежду желательно снять и надеть
сухую, в крайнем случае, тщательно выжать. Мокрые тело и одежда повышают
опасность поражения молнией.
При этом следует помнить, что песчаные почвы безопаснее, чем другие. И не спешите
двигаться с места, когда гроза начнет уходить, – переждите 20 – 30 минут после того,
как ударила последняя молния. Не следует ложиться во весь рост на мокрую землю.
Ведь она превосходный проводник электричества.
Не нужно раскрывать над собой зонтик, поднимать над головой длинные
сельскохозяйственные орудия.
Как можно дальше от себя, хотя бы на расстояние 15 – 30 метров положите любые
металлические предметы: топоры, пилы, лопаты, ножи, посуду.
• Не рекомендуется перемещаться, прятаться в стога
сена, прикасаться к одиноко стоящим деревьям
руками. При острой необходимости передвижения, в
пути группе лучше рассредоточится. Идти по одному,
не спеша. Во время грозы ни в коем случае не бегать и
не суетиться. В Японии до сих пор не могут объяснить
причину страшной трагедии – учитель приказал
школьному классу в походе взяться за веревку, и
попавшая в веревку молния убила ровно половину
всех подростков, аккуратно через одного, поразив всех
четных в строю детей и не тронув нечетных
Рассмотрим ситуацию, когда гроза застала нас в реке
• Первое, что необходимо сделать – постараться как можно
быстрее покинуть это место. В пойме реки молния наиболее
опасна. Не рекомендуется лезть в воду; укрываться в
пойменных кустах и под деревьями. Человек, находящийся на
плавательном средстве, при приближении грозы, должен
немедленно пристать к берегу. Если это невозможно –
осушить лодку, переодеться в сухую одежду, поднять
защитный тент, подложить под себя спасательный жилет,
сапоги, снаряжение и другие электроизолирующие
предметы, накрыться полиэтиленом таким образом, чтобы
дождевая вода стекала за борт, но при этом полиэтилен не
должен соприкасаться с водой. Купаться во время грозы
опасно из-за возможности поражения ударной волной от
молнии, попавшей в берег. Разрушительные свойства
ударной волны, распространяющейся в воде, во много раз
больше, чем в воздухе.
В той ситуации, когда молния застала нас в горах необходимо
следовать следующей инструкции:
• В горной местности при приближении грозы надо
постараться спуститься с возвышенностей – хребтов,
холмов, перевалов, вершин. Опасно находиться возле
водотоков (расщелин, желобов), так как во время грозы
даже мелкие трещины, заполненные водой, становятся
проводником для стекания электричества. Лучше всего
остановиться возле высокого вертикального отвеса. При
этом высота отвеса должна быть в 5 – 6 раз больше
высоты человека, соответственно зона безопасности
будет равна высоте отвеса, отмеренной в горизонтальной
плоскости. Однако ближе чем на 2 метра к стене
приближаться нельзя. Можно укрываться в естественных
нишах-пещерах в склоне, но также не ближе 2 метров от
стены. Металлические предметы – альпинистские
крючья, ледорубы, котелки – собрать в рюкзак и спустить
на веревке на 20-30 метров ниже по склону.
Рассмотрим ситуацию, когда мы оказались в
машине во время грозы
• Многие ошибочно считают, что опасно пережидать грозу, сидя в
автомобиле. На самом деле машина достаточно хорошо защищает
находящихся внутри людей, поскольку даже при ударе молнии
разряд идет по поверхности металла.
• Поэтому если гроза застала вас в машине необходимо закрыть все
окна, опустить автомобильную антенну и выключить
радиоприёмник. При этом не следует дотрагиваться до ручек
дверей и других металлических деталей.
• Только двигаться во время грозы в автомобиле не рекомендуется.
Ливень, как правило, ухудшает видимость на дороге. А вспышка
молнии может ослепить или вызвать испуг и панику. Такие
обстоятельства, разумеется, не сопутствуют вашей безопасности.
• Велосипед и мотоцикл в отличие от
машины от грозы вас не спасут.
Соответственно, необходимо покинуть
опасное транспортное средство и
принять «позу эмбриона» на расстоянии
примерно 30 метров от него.
В помещении также надо соблюдать меры
предосторожности при грозе
• Здания, имеющие центральное отопление и водопровод,
практически защищены от ударов молний. При этом в домах
специалисты рекомендуют находиться подальше от воды,
например, не мыть посуду, не принимать душ. Лучше не касаться
всего, что имеет контакт с внешним миром – телефона, антенны.
Перед началом грозы, необходимо закрыть форточки, двери и
дымоходы [1]. Во время грозы не допустимо топить печку. Как
известно, дым, выходящий из трубы, имеет высокую
электропроводность. При таких обстоятельствах высока
вероятность удара молнии в возвышающуюся над крышей трубу.
Иногда причинами трагических случаев являются разрушения,
которые происходят при молниях. Например, молния может
разрушить кирпичную трубу, и куски кирпича могут отлететь на
несколько сотен метров или проломить крышу здания.
Во время грозы не пользуйтесь
сотовыми телефонами.
• В грозу через мобильный телефон можно
получить звуковой удар, что приведёт к
разрыву барабанной перепонки. Подобный
случай произошёл с 15-летней девушкой,
которую поразила молния, когда она говорила
по мобильнику в лондонском парке.
Британские исследователи обнаружили три
других подобных случая в Китае, Корее и
Малайзии, при этом все эти люди скончались
от полученных повреждений.
Если рядом с вами оказался человек,
пораженный или контуженный молнией
•
•
•
не бойтесь дотрагиваться до него – заряда в теле пострадавшего не
остается. Надо помнить, что далеко не всякое поражение молнией
смертельно. Человеку можно помочь, оказав первую медицинскую помощь.
Поражение молнией обусловлено мощным электрическим разрядом, а
также воздушной ударной волной, которая может отбросить человека на
несколько метров и стать причиной сотрясения мозга, переломов костей и
т.д.
Приведём симптомы поражения молнией: в лёгких случаях пострадавшие
жалуются на резкую головную боль, нарушение чувства равновесия, резь в
глазах, снижение зрения, расстройство слуха. В тяжёлых случаях - потеря
сознания, потеря чувствительности в конечностях, судороги. Отмечаются
ожоги кожи и глаз различной степени. Иногда встречаются расстройства
функций внутренних органов.
Первая помощь состоит в искусственном дыхании и непрямом массаже
сердца. При необходимости применяют сердечные средства. Поражённые
участки обрабатывают спиртом и накладывают асептические повязки.
Требуется госпитализация в реанимационное (хирургическое) отделение.
• И.М. Имянитов: «… физика грозовых
процессов изучена недостаточно… До
сих пор нет удовлетворительной общей
теории грозы. Причинами этого явились
и сложность самого процесса грозы, и
трудность исследования гроз, нередко
представляющих смертельную опасность
для исследователей, и …малая
изученность результатов весьма
многочисленных исследований».