Kako nastaju gromovi i munje, zvučni i svjetlosni signali atmosfere

Izraz ‘udario ga grom’ samo je metafora i ne odgovara istini onoga što se potencijalno može desiti u prirodi. To je nekada i posljedica neznanja jer se izrazi grom i munja doživljavaju kao sinonimi i identična pojava.

Munje su kroz prošlost izazivale i strah i divljenje (PVMBG / Handout via Reuters)

U atmosferi se često dešavaju pojave koje zovemo „prirodne nepogode“. Izraz se uglavnom vezuje za nagle i brze promjene geofizikalnih odlika atmosfere, kao i za brojne pojave koje izazivaju nelagodu i strah kod ljudi. Vrijeme predstavlja trenutno stanje atmosfere i njenih meteoroloških elemenata i pojava. Za razliku od elemenata kao što su Sunčevo zračenje, temperatura, zračni pritisak, vjetrovi i vlažnost koji su u nekom kvantitetu stalno prisutni, pojave nose taj naziv jer nisu stalna kategorija. U atmosferi se najčešće „pojavljuju“ oblaci i padavine kao bitna posljedica geofizikalnih promjena zračnog omotača Zemlje.

Jedna od pojava u atmosferi je munja koja predstavlja naglo pražnjenje električnog naboja koji se dešava u olujnim oblacima. Radi se o niskim gomilastim oblacima nimbokumulusima koji donose „nevrijeme“, odnosno iznimno brze promjene geofizikalnih odlika atmosfere iznad datog podneblja. Brzo isparavanje vodene pare koje se dešava je osnovni uzrok nastanka ovog svjetlosnog signala. Na samom dnu oblaka dolazi do dodira vodene pare i ranije kondenzirane vode u oblaku te dolazi do električnog pražnjenja. Ovakva prirodna pojava oslobađa elektrone, a povećan broj istih stvara negativan naboj na dnu oblaka.

U isto vrijeme gornji dio oblaka ima pozitivan naboj. Sam električni potencijal unutar oblaka naraste i do 3 miliona volti te zrak više ne može biti izolator. Upravo zbog toga može doći do izbijanja električnog naboja unutar oblaka, ali i prema drugom oblaku, okolnom zraku pa čak i samom tlu Zemlje. Formira se kanal unutar kojeg se vrši električno pražnjenje te nam omogućava da vidimo svjetlosni signal na nebu – munju.

‘Svjetlosni show’ 50 metara iznad tla

Najčešće munje su linearno izlomljene, koje u tom obliku vidimo dok traje električno pražnjenje. Zbog njenog odvajanja s glavnog puta ona brzo postaje „razgranata munja“. Mi vidimo njenu dominantnu pojavu u obliku jakog svjetla, ali samom nastanku predstoje određene faze. Svaka munja ima svoje pretpražnjenje unutar kojeg se ionizicijom zraka formira osnovni kanal munje. Tada je munja relativno spora jer se kreće brzinom od 50 m/s. Sam kanal koji nastane je promjera nekoliko centimetara te se u njemu razvija ogromna temperatura – 30.000 Kelvina.

Kanal je taj koji spaja dva oblaka ili oblak i tlo te kroz njega ide električno pražnjenje. Zanimljivo je da je najveći udar električnog pražnjena u kontra smjeru, odnosno od tla ka oblaku. Ovdje se dešava jedna pojava koju znamo kada pokušavamo da primaknemo magnete istog naelektrisanja jedan drugome – tada se oni udaljavaju jedan od drugog. Negativne čestice u tlu „bježe“ u litosferu jer ne žele kontakt s negativnim nabojem dna oblaka. Ovakava pojava omogućava površini Zemlje da bude pozitivnog naboja te upravo tada dolazi do električnog pražnjenja. Munja dođe do 50-ak metara od Zemlje i tada nastaje „svjetlosni show“. Pražnjenje elektriciteta od nekoliko miliona volti je svakako vizualno uočljivo.

Munja, čija je predispozicija kumulonimbus, mnogo je većeg intenziteta ako se u oblaku desila sublimacija, odnosno nastanak čvrstih padavina. Često ovakvo „nevrijeme“ prati i grad. Ova čvrsta padavina se javlja u kasno ljeto, a nastaje jer ne postoji mogućnost da pada sitna kiša dok se zrak intenzivno diže i isparava. Ta vodena para, koja je bila preduvjet oslobađanja elektrona u donjem dijelu oblaka, „krivac“ je i za formiranje grada. Brza konvekcija zraka (kretanje ka višim slojevima) ne dozvoljava da se gravitacijski izluči sitna kiša te zbog toga nastaje ledena čvrsta padavina koja ima mogućnost da to uradi – grad.

Osim klasične razgranate munje u atmosferi se javljaju „biserne“ munje u odvojenim tamnim prostorima i plošne munje koje nastaju unutar oblaka. Njihova vizualizacija je takva kao da neko na trenutak „upali svjetlo“ u samom oblaku. One nemaju izražen kanal električnog pražnjenja. Specifične su i toplinske munje koje znaju dati crvenu boju svjetlosnog signala. Posebnu pojavu čine kuglaste munje, promjera do jednog metra, koje mogu biti žute do crvene boje. Nakon njihove pojave zrak miriše na sumpor i nitrite.

I strah, i divljenje

Munje su kroz prošlost izazivale i strah i divljenje. Na ovim prostorima je poznata munja „vatra svetog Ilije“, pojava električnog izbijanja zelene do plave boje u obliku korone. Ista se javlja oko „šiljaka“, odnosno istaknutih predmeta te je posljedica sekundarne ionizacije. Upravo je to razlog zbog čega se vidi „vijenac“, odnosno korona oko nekog istaknutog predmeta.

Električni naponi između krajnjih tačaka korone znaju iznositi i do 100 miliona volti, a jačine struje kod nekih je i do 100 000 ampera. Samo trajanje munje je ispod pola sekunde, a svojim djelovanjem formiraju kratkotrajna magnetska polja. Veoma jak toplinski učinak ima veoma razorno djelovanje na električne vodiče.

Uz munju se uvijek povezuje i nastanak gromova, odnosno grmljavine koja je direktna posljedica toplinskog djelovanja munje. Iznimno visoka temperatura izaziva veoma brzo širenje zraka. Brzina zvuka kroz zrak je 343 m/s i svaki pokret iznad te brzine izaziva probijanje „zvučnog zida“ što mi čujemo kao jak zvučni signal. Zrak svojom gustoćom ne može više „čuvati zvuk“ i njegova brza ekspanzija se čuje u obliku grmljavine.

Iznimno jake munje mogu izazvati zvuk groma i do 120 decibela. Buka ove jačine je iznimno glasna i neizdržljiva te se može komparirati sa jačinom zvuka mlaznog pogona rakete. Sve ono što je iznad 40-50 decibela smatramo bukom, a grmljavina spada u datu kategoriju.

‘Udario ga grom’ je samo metafora

S obzirom na različite brzine rasprostiranja svjetlosti i zvuka jasno je da munja i grom, iako je ista tačka i period nastanka, ne dođu do naših akceptora u isto vrijeme. Prvo vidimo munju, a tek nakon toga čujemo grom. Vremenska razlika je nekoliko sekundi, a te sekunde nam mogu pomoći da odredimo i samu udaljenost jer nam je poznata brzina kretanja zvuka kroz zrak.

Često se i čuje izraz „udario ga grom“ što je samo metafora i ne odgovara istini onoga što se potencijalno može desiti u prirodi. To je nekada i posljedica neznanja jer se izrazi grom i munja doživljavaju kao sinonimi i identična pojava. Stari Slaveni su izuzetno poštovali Peruna koji je bio „zadužen“ za munju i gromove, a ova prirodna pojava je i brojne druge narode tjerala na strahopoštovanje. Simboli Peruna su, osim hrasta, kamen i čekić pa je jasno da su se ljudi plašili „udara“.

Kroz prošlost su brojne pojave predstavljale ljudima probleme, a danas predstavljaju benefit i izvore energije. Nekada su vjetar, plimotvorni val i previsoka Sunčeva insolacija činili nezadovoljstvo kod nekih naroda i civilizacija, a danas su izvori energije. Možda nam nekada „nebeske pojave“ munje i groma, u sekundarnom razvoju znanosti, umjesto straha donesu korist.

Izvor: Al Jazeera