Strela

8. septembra, 2014

Strela je pojav, ki ga najpogosteje opazimo ob nevihtah in je sestavljen iz bliska in groma. Bliskanje in grmenje sta v Sloveniji predvsem v poletnih mesecih pogosta pojava. Blisk je razelektritev (prenos oz. izenačitev naboja) med deli oblaka, med oblaki ali med oblakom in tlemi. Največ strel preskoči med deli oblakov. V ozračju se električni naboj ločuje v nevihtnih oblakih, najverjetneje pri nastajanju padavin, če se v oblaku hkrati nahajajo ledena zrna in kapljice (pri tem vzgornik nosi kapljice navzgor, debelejša in težja ledena zrna pa padajo navzdol) ter zaradi razlik v temperaturi. Pri ločevanju naboja postanejo spodnji deli oblaka negativno nabiti, saj tam prevladujejo večji delci kot so ledena zrna in velike kaplje, zgornji deli oblaka pa pozitivno, saj je tam več drobnih kapljic in ledenih kristalčkov. Naboj na spodnjem delu oblaka je dovolj velik, da med delom zemeljskega površja in bazo oblaka povzroči napetostno razliko, ki lahko dosega od 20 pa vse tja do 100 milijonov voltov.

Površina Zemlje je prevodna, v lepem vremenu je nabita negativno. Pri tem se razlaga, kako nastane spodnji del oblaka negativno nabit, zaplete. Posamezne kapljice se namreč zaradi negativne nabitosti zemeljske površine polarizirajo, kar pomeni, da se pozitivni naboj zbere na spodnji strani kapljice, saj ga privlači negativna površina zemlje, negativni pa na zgornji. V oblaku pa je poleg vodnih kapljice in ledenih kristalčkov vedno tudi množica prašnih delcev, ki imajo tudi svoj naboj. Ko večje kapljice in ledena zrna padajo proti zemlji, se na spodnjo (pozitivno) stran nabirajo negativno nabiti delci iz okolice. Ker ima kapljica ali ledeno zrno pri padanju določeno hitrost, se pri tem na zgornjo (negativno) stran pozitivni delci težje lepijo (zračni tok jim to onemogoča), kot se na spodnjo stran nabirajo negativni, ki jih kapljica zaradi svoje smeri leta sproti pobira. Tako se kapljica ali ledeno zrno, ki pada proti tlom, kmalu v celoti nabije negativno. Medtem pa vzgornik proti vrhu oblaka nosi pozitivno nabite prašne delce, drobne kapljice in ledene kristalčke, in tako dobimo separacijo oz. ločitev naboja v oblaku.

Ker se na spodnjem robu oblaka tako pojavi negativni naboj, se na tleh pod oblakom zbere pozitivni naboj oz. se negativni odmakne. Pozitivni naboj po tleh teče skupaj z negativnim na oblaku v smeri premikanja nevihte. Pozitivni naboj na zemeljskem površju se še posebej koncentrira na izpostavljenih točkah, čim bližje oblaku. Tako pozitivni naboj proste elektrone iz okolice oblaka vleče proti zemlji. Električno polje elektrone proti tlom pospeši do take hitrosti, da ti izbijejo elektrone tudi iz molekul zraka pod oblakom. Pri tem nastaja vedno več prostih elektronov, ki se vsujejo proti tlom in za sabo puščajo dobro prevoden ioniziran zrak. Ob istem času pa se tudi od tal k oblaku začnejo dvigovati pozitivni ioni, ki potujejo počasneje. Po približno 50 do 100 metrih (v milijoninki sekunde) se plaz elektronov iz oblaka za kratek čas zaustavi, saj se ti srečajo s pozitivnimi ioni iz zemlje. Vendar že po 50 milijoninkah sekunde po ustavljenih kanalih plazme prihajajo vedno novi elektroni, ki nevtralizirajo pozitivne ione in plaz elektronov lahko potuje naprej. Tok pri tem doseže do okoli 600 A in z njim se pretoči presežek naboja bližje tlom. Ta proces se nadaljuje (traja približno 10 ms) in naboj kot po stopnicah hiti proti zemlji. To imenujemo stopničasta ali postopna strela in potuje s hitrostjo okoli 1500 000 m/s. Poti ioniziranega zraka se proti tlom precej razvejajo in mnoge od njih ne najdejo prave poti do tal. Ko pa en krak stopničaste strele s svojim nabojem pride v bližino tal, lahko k sebi privlači tok pozitivnih delcev (povezovalni tok) ali pa se neposredno dotakne tal. V tem trenutku udari povratna ali glavna strela skozi celotni, že utrti kanal ioniziranega zraka. Ta lahko potuje s hitrostjo okrog 50 x 106 m/s. Pri tem se začnejo elektroni pospeševati in pri zaletavanju v molekule zraka le-ta zažari in se močno segreje. Zemlja tako začne srkati elektrone in od spodaj navzgor se širi svetleči del povratne strele, informacija o vzpostavljenem stiku oziroma motnji elektromagnetnega polja. Tako strela zažari od spodaj navzgor, tok elektronov pa seveda steče iz oblaka v tla in pri tem se prazni negativno nabiti oblak. Električni tok glavne ali povratne strele je okrog 10 do 20 kA, v izjemnih primerih pa celo preko 100 kA. Udar strele se nato nekajkrat ponovi. Nove strele pri tem uporabijo pot prejšnje, saj se v času 0,04 sekunde (čas med dvema bliskoma) ioni še ne povežejo nazaj v molekule. Tako ta ponovni udar kar plane navzdol, zato ga imenujemo direktna strela. Kako tisočinko sekunde za tem pa zopet nastopi povratna strela in vse skupaj se še nekajkrat ponovi. Vsi ti zaporedni udari strel skupaj trajajo manj kot pol sekunde. Pri tem se sprosti približno 100000000 J oz. 100 MJ energije.

Pri nastanku bliska, ko se zrak segreje na približno 30000 °C in zažari, se tudi močno razpne in tlak takrat v primerjavi z okoliškim zrakom močno naraste. Tako se v obliki udarnega vala širi zvok po prostoru navzven od osi strele. Valovanje, ki ga slišimo kot močan pok in/ali bobnenje, imenujemo grom. Zvočni spekter groma je od 0,25 Hz do 500 Hz. Frekvenca zvoka je odvisna od jakosti električnega toka, ki je stekel v streli ter od števila bliskov.

Avtor naslovne fotografije: Gorazd Bizjan