Halálos is lehet, nem csak félelmetes a villám

Félelmetes, gyakran életveszélyes, ugyanakkor látványosan szép jelenség a villámlás. Az akár a fénysebesség harmadát elérő sebességű kisülésben több százezer Amper áramerősség is létrejöhet. Átlagban minden negyedik felhővillámra jut egy földvillám. Világszerte évente egy falu lakosságát sújtja halálra villám, legyünk óvatosak zivatarok idején.

Benjamin Franklin bizonyította be 1752-ben, hogy a villám a légköri elektromosság szülötte. Kísérletében fémrúddal ellátott selyemsárkányt eregetett vihar idején, és a sárkány zsinórján függő kulcs szikrái bizonyították az elektromos töltés jelenlétét. Bizony az életével játszott ezekben a kísérletekben!

A töltésszétválasztás

A villámok kialakulása a megfigyelések szerint kizárólag az zivatarfelhőkben történik. A zivatarfelhőkre az alapvetően függőleges felépítés, heves csapadéktevékenység a jellemző. A kisülések megindulásához szükséges nagy légköri elektromos térerősség intenzív töltésszétválasztás eredményeképpen jöhet létre. A tapasztalatok arra engednek következtetni, hogy a töltésszétválasztásban mind az erős függőleges feláramlásnak, mind pedig a csapadékképződésnek nagy szerepe van.

Megfelelően nagy légköri elektromos térerősség esetén a villámok kialakulása és lefutása jól nyomon követhető, ám a kezdeti töltésszétválasztásra csupán hipotetikus magyarázataink vannak.

Egy régebbi feltételezés abból indul ki, hogy a lehulló vízcseppek felszínén a jól ismert villamos kettős réteg található, amelyek egymás hatását kifelé teljesen közömbösítik, a vízcseppet kifelé elektromosan semlegessé teszik. A zivatarfelhők heves, turbulens jellegű felszálló mozgása azonban a felhőben képződő maximális nagyságú esőcseppek felszínéről igen kis cseppek koszorúját tépi le. Ezek a kis cseppek a negatív töltéseket foglalják magukban és kis súlyuk miatt a felszálló áramban gyorsan a magasba emelkednek. Az esőcsepp tömegének túlnyomó része együtt marad, és tovább folytatja lefelé esését, magával szállítva a pozitív töltéseket. Ezt hívjuk balloelektromos jelenségnek.

Mivel azonban a mérések szerint a töltésszétválasztás legintenzívebb szakasza a felhő fagypont alatti tartományú magasabb része, ezért egy másik hipotézis a következőt állítja: a nulla fok alatti rétegben a még felfelé szállítódó csepp felszínén kezdődik meg a kifagyási folyamat. A csepp belseje és külseje közt hőmérséklet-különbség jön létre, hatására a különböző mozgékonyságú ionok elkülönülnek. A mozgékonyabb pozitív hidrogénionok a csepp héján halmozódnak fel, míg a nehezebb negatív hidroxidionok a melegebb belső részen maradnak. Amikor a cseppecske teljesen kifagy, a belső - korábban még folyékony halmazállapotú - rész fagyási tágulása leveti magáról a külső, korábban megfagyott és pozitív ionokban gazdag rétegét. A lerepedt darabkák kisebbek, könnyebbek, így a feláramlásokban magasabbra jutnak a felhőben, mint a nehezebb és negatív töltéseket tartalmazó magvak. Ezáltal a felhők tetején pozitív, alján pedig negatív töltés halmozódik fel.

A villám lefolyása

Aszerint, hogy milyen két közeg között jön létre a kisülés, megkülönböztetünk felhők közötti és felhő-föld villámokat. Az utóbbi gyakorisága a teljes villámtevékenység 20-25 százaléka körül van.

Fotó: Négele Tamás [origo] olvasó

Amikor a feszültség erősebbé válik a töltéseket elválasztó légréteg szigetelőképességénél, megtörténik a kisülés. Elindul az úgynevezett vezéráram vagy lépcsős vezető. Ez egy nagy ionsűrűségű csatornát kialakító elektronlavina, amely a legkisebb ellenállású részeket keresve lépcsőzetesen halad előre 10-200 méterenként. Amikor a felhő negatív töltésű aljáról a lépcsős vezető elég közel kerül a talaj töltéseket halmozó részeihez, akkor a kiemelkedő pontokról pozitív vezető (ellenkisülés) emelkedik felfelé. Találkozásukkor megtörténik - az akár a fénysebesség harmadával felfelé emelkedő - főkisülés, amelynek fénye már érzékelhető szabad szemmel is.

Tehát amit látunk, az valójában a felfelé terjedő töltésáramlás, mely az előkisülés oldalágaiban is semlegesíti a felhőből indult ellentétes töltéseket. A fényjelenség a levegőt alkotó gázok ionizációja. A felszabaduló hatalmas hőmérséklet robbanásszerűen kitágítja a levegőt, amelynek lökéshullámai idézik elő a mennydörgést. Főkisüléskor akár 200 millió Volt is lehet az egyenáramú feszültség, az áramerősség több százezer Amper, és a villámcsatornában a hőmérséklet elérheti a 30 ezer Celsius-fokot is. A villám ívcsatorna átmérője csak néhány centiméter.

Ezek alapján érthető, hogy akit a főkisülés talál telibe, annak nem sok esélye van az életbemaradásra, de az oldalágak is gyakran halálosak. Ezért a legbiztosabb, ha zivatarok idején kerüljük azokat a helyeket, ahol a villám célpontjai lehetünk, vagy a közelünkbe csaphat le. Pl. mezőn, kopár hegytetőn, kiemelkedő fa alatt fokozott veszélynek vagyunk kitéve.

Magyarországon évente átlagosan 28-33 zivataros nap van. A zivatarok közel 95 százaléka a nyári félévre esik, az év legzivatarosabb hónapja a június. Hazánkban is működik villámdetektáló rendszer. A SAFIR a Kárpát-medence jelentős részét lefedve, mintegy kétszázezer négyzetkilométernyi területet tart állandó megfigyelés alatt, közel 2 km-es pontossággal lehet megadni a földre lecsapott villámok helyét.

Olvassák el "Légtünemények" sorozatunk többi cikkét is.

Kérjük, továbbra is küldjék el időjárási jelenségekkel kapcsolatos fényképeiket az [e-mail]!
Figyelmükben ajánljuk az olvasók által beküldött fotókból álló galériánkat, ahol témakörönként válogathatnak egyre bővülő képtárunkból.