Гроза – атмосферное явление, сопровождаемое сильным дождем и молниями, вспышки которых и гром являются соответственно визуальными и звуковым проявлениями грозы. Это распространенное физическое явление: каждую минуту на Земле происходит 1800 гроз, от которых гибнут сельскохозяйственные культуры, повреждаются строения, а иногда погибают люди (ежегодно свыше тысячи человек).
Гроза возникает в кучево-дождевых облаках. Этот тип облаков образуется, когда заметный восходящий локализованный поток горячего и влажного воздуха начинает подпитывать кучевые облака. Поднимаясь, содержащийся в них водяной пар конденсируется в форме капелек. При этом переходе воды из газообразного состояние в жидкое выделяется энергия, которая вновь повышает температуру воздуха, продолжающего подниматься вверх, поскольку он легче окружающей атмосферы. Так, мало-помалу кучевые облака превращаются в исполинское кучево-дождевое облако высотой до 10 км и диаметром 15-25 км. Ограниченная высотными ветрами (потоки-струи), вершина кучево-дождевого облака часто уплощается, что придает ей характерную форму наковальни. Таким образом, кучево-дождевое облако является великолепной тепловой машиной, всасывающей несколько тысяч кубических километров влажного теплого воздуха. Это всасывание столь сильно, что порою приводит к образованию торнадо и смерчей, но чаще всего к грозам.
В результате вертикального развития кучево-дождевого облако имеет значительный температурный градиент: температура на вершине облака от -20 до -30 градусов, тогда как у основания облака она положительная. Это связано с тем, что вода на вершине находится обычно в форме кристаллов льда, а у основания – в виде капелек. Кристаллики люда в верхней части облака подвержены интенсивной циркуляции. Поскольку их масса растет при захвате новых капелек, они падают под действием собственного веса, но затем быстро поднимаются из-за сильных восходящих потоков. Такое перемешивание приводит к многократным столкновениям кристаллов, при этом они теряют электроны и приобретают положительный электрический заряд. Таким образом, в кучево-дождевом облаке вершина оказывается заряженной положительно, тогда как капли у его основания заряжено отрицательно.
Молнии и раскаты грома
Кучево-дождевое облако ведет себя как огромный электрический конденсатор. Оно аккумулирует заряды и, когда разность электрических потенциалов между вершиной и основанием сильно возрастает (несколько десятков миллионов вольт), происходит электрический заряд (молния и гром), после чего система несколько стабилизируется. Электрический заряд может происходить также между основанием кучево-дождевого облака, заряженного отрицательно, и заряженной положительно земной поверхностью или между двумя грозовыми тучами с противоположными электрическими зарядами.
Гром – это звуковое явление, возникающее в атмосфере при разряде молнии. Молекулы воздуха, через которые прошел разряд молнии, возбуждается и испускает свет – молнию. Ее длительность колеблется от 0,001 с до 1 с, так как молния может состоять из нескольких последовательных разрядов с помощью зеркальных фотоаппаратов Canon EOS 550D сделано не мало красивых фотографий молнии. Воздух, через который прошел разряд молнии, быстро нагревается до высокой температуры – порядка 30 000 градусов – температуры, в результате чего быстро расширяется и порождает ударную волну – гром.
В масштабах планеты молниевые разряды между облаком и землей происходят 50-100 раз в секунду. В основном они приходятся на высокие объекты: башни, колокольни, деревья и т. д. Когда молния попадает в дерево, содержащаяся в нем вода резко закипает, ее объем увеличивается, и происходит взрыв – так называемое поражение молнией. Предсказание гроз связано с предсказанием образования кучево-дождевых облаков и отслеживанием их развития, эта задача входит в должностные инструкции метеорологов. В городах предупреждение заключается в основном в защите зданий системами, отводящими ток, возникающий во время разряда, в землю: громоотводы являются наиболее традиционной формой. В сельской местности не рекомендуется во время грозы находится рядом с объектами, в которые может ударить молния, например, под деревьями, и иметь при себе предметы, которые могут служить громоотводами (зонты с металлическим каркасом; в горах – ледорубы и т.д.).
