A villám - légtünemények

Félelmetes, gyakran veszélyes, 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.

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.

A villámok kialakulása a megfigyelések szerint kizárólag az úgynevezett zivatarfelhőkben történik. A zivatarfelhőkre az erős 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 bizonyítottan 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 könnyűségük miatt a felszálló áramban gyorsan a magasba emelkednek. Az esőcsepp tömegének túlnyomó része együtt marad, és tovább folytatja lefelé való 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 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.

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.