Perché tuoni e fulmini lampeggiano durante un temporale? Al giorno d'oggi, anche uno scolaretto conosce la risposta a questa domanda apparentemente semplice. Nelle nuvole si accumulano cariche elettriche, che provocano una gigantesca scintilla elettrica: il fulmine. L'aria nel punto in cui passa diventa molto calda e si espande: sentiamo un tuono. Cioè, tuoni e fulmini sono manifestazioni dell'elettricità atmosferica. Tuttavia, sorge la domanda: da dove viene, e anche in quantità così grandi?

Dai un'occhiata alla mappa della frequenza dei fulmini in vari posti Terra compilata da dati satellitari. È impossibile non notare che la stragrande maggioranza dei fulmini non lampeggia sulla superficie dell'acqua del nostro pianeta, ma sui continenti. Inoltre, la maggior parte dei fulmini si verifica ai tropici. Di conseguenza, la formazione di nubi temporalesche avviene in modo particolarmente intenso sui continenti latitudini tropicali, dove l'aria vicino alla superficie terrestre (al contrario dell'aria sopra la superficie dell'acqua) si riscalda sempre molto e tende a salire verso l'alto.


In qualche punto (di solito sui pendii delle colline) si forma una corrente ascensionale aria calda. Aspira aria umida da un'ampia zona della superficie terrestre, trasportandola verso l'alto. Si creano così nubi cumuliformi a “sviluppo verticale”, che presto diventeranno nubi temporalesche (vedi immagine a sinistra). Se il contenuto di umidità dell'aria è elevato e esistono condizioni favorevoli, la nuvola cresce in direzione verticale e orizzontale. Quando la sua sommità raggiunge strati alti dell'atmosfera con una temperatura negativa, inizia la formazione di cristalli di ghiaccio più grandi e pesanti da minuscole goccioline di vapore acqueo. Cominciano a cadere all'interno della nuvola. In questo momento, la base della nuvola si scurisce, assumendo una tonalità scura “piombo” (vedi immagine a destra).
Non solo ai tropici, ma anche ad altre latitudini si formano anche nuvole simili, la cui dimensione può raggiungere diversi chilometri. Cadendo all'interno di una nuvola, gocce d'acqua o cristalli di ghiaccio si elettrizzano quando entrano in collisione con molecole d'aria e altre particelle microscopiche. Di conseguenza, gocce o pezzi di ghiaccio acquisiscono una carica negativa e la trasferiscono nella parte inferiore della nuvola, che diventa così una nuvola carica elettricamente (temporale).
Poiché la parte inferiore della nuvola risulta essere caricata negativamente e la parte superiore è caricata positivamente, queste cariche si attraggono a vicenda. Pertanto, per il momento, goccioline o pezzi di ghiaccio vengono trattenuti per attrazione elettrica all'interno della nuvola, nella sua parte inferiore. Tuttavia, la grande carica negativa accumulata sul fondo della nube per induzione attrae la carica positiva nello strato superficiale della terra. Di conseguenza, tra la nuvola e il suolo si verifica un'enorme tensione: decine e centinaia di milioni di volt. Il campo elettrico diventa così forte che una scarica elettrica avviene nell'aria sotto forma di un'enorme scintilla, a volte lunga diversi chilometri. Questo è un fulmine.

Il fulmine trasporta una carica negativa sulla Terra, caricandola ancora e ancora. Tuttavia, come hanno scoperto gli scienziati, la carica elettrica della Terra nel suo complesso è piccola e ammonta a circa 500.000 coulomb (equivalente a circa due batterie per auto). Dove scompare quell’enorme carica negativa trasferita dai fulmini sulla superficie della Terra? Dopotutto, ogni secondo si verificano circa 50 fulmini sul nostro intero pianeta!
Il fatto è che a oltre 100 km dalla superficie della Terra si trova uno strato di atmosfera chiamato “ionosfera”. Rappresenta uno scarso aria atmosferica, che contiene sia molecole elettricamente neutre che particelle cariche: ioni ed elettroni. La loro concentrazione può raggiungere decine e centinaia di migliaia per centimetro cubo d'aria. La ionosfera esiste perché il Sole emette costantemente flussi di particelle cariche, ultraviolette e radiazione a raggi X, che “eliminano” gli elettroni dalle molecole, formando molti ioni.
Con tempo sereno, giorno e notte, la Terra si scarica gradualmente: tra la ionosfera e la superficie terrestre c'è un flusso costante di una debole corrente volumetrica che penetra nell'atmosfera. Sebbene siamo abituati a considerare l'aria come un isolante, essa contiene tuttavia una piccola percentuale di ioni che consentono a questa corrente di esistere in tutto il volume dell'atmosfera. Trasferisce lentamente ma inesorabilmente una carica negativa dalla superficie della terra all'altezza, quindi viene conservata la carica totale dell'intero pianeta.
Come puoi vedere, i temporali si formano a causa di fenomeni atmosferici complessi su scala planetaria.

Uno dei fenomeni atmosferici più comuni. Tempesta. Appare come risultato di scariche elettriche - fulmini - tra superficie terrestre e nuvole. E, di regola, è accompagnato da tuoni, forti piogge, vento o grandine. Più forte temporale incontrato nella vita di ogni persona. Pertanto, molte persone hanno un'idea di cosa si tratti.

In un modo o nell'altro, un temporale è uno spettacolo bellissimo e allo stesso tempo molto spaventoso. E quasi tutti sanno che questo è anche uno dei più fenomeni pericolosi natura per gli esseri umani. Il numero dei morti denunciati parla da solo: solo le inondazioni possono causare perdite maggiori.

Il temporale più bello del mondo

La fine del mondo dura solitamente almeno dieci ore. Durante questo periodo di tempo i cieli sono illuminati dai fulmini almeno quindicimila volte. E a volte la frequenza dei lampi può arrivare fino a 2800 all'ora. Pertanto, possiamo dire che questo è esattamente il luogo in cui si verifica il temporale più forte del mondo.

Atterraggio aereo durante un temporale

Tuttavia, il fulmine Catatumbo non è altro che un normale temporale. L'unica differenza è che i lampi illuminano il cielo quasi ogni secondo. E la forza attuale di ciascun fulmine può variare da cento a quattrocentomila ampere. Ecco perché possono essere definiti parte del temporale più potente del mondo.

Alcune persone presumono erroneamente che il fenomeno Catatumbo non possa provocare un tuono, ma in realtà i fulmini sono così frequenti e luminosi che possono essere osservati a decine di chilometri da dove si verificano. Ecco perché il suono spesso semplicemente non ha il tempo di raggiungere il testimone oculare. I residenti dell'isola di Aruba osservano quasi sempre i fulmini Catatumbo. E si trova a cinquecento chilometri dall'epicentro del temporale più violento del mondo. La potenza effettiva di un temporale può essere riassunta come segue: il fulmine Catatumbo è il più grande generatore di ozono singolo, in grado di produrre circa il dieci per cento dell'ozono troposferico mondiale.

Vista del temporale più forte del mondo

Orribile! Forte temporale con fulmini a Omsk

Le scariche elettriche non solcano solo il cielo, ma possono colpire anche la superficie del lago. E a causa delle sostanze speciali presenti nell'aria, diventano rossi e colore arancione. In una parola, lo spettacolo è così sorprendente che decine di migliaia di turisti vengono da angoli diversi mondo. E tutto per poter avere almeno un assaggio del temporale più potente del mondo.

A proposito, gli scienziati non riescono ancora a rispondere alla domanda: quando è apparso il fulmine Catatumbo? Ma è noto che i popoli che vivevano in Venezuela fin dall’antichità conoscevano il fenomeno. Quindi, gli indiani Wari avevano una leggenda in cui stiamo parlando sull'enorme numero di lucciole celesti. Si sarebbero riuniti sul lago Maracaibo per rendere omaggio alla memoria e al rispetto dei genitori della creazione. Ebbene, la prima menzione scritta dei temporali di Catatumbo è nel poema epico “La Dragontea” di Lope de Vega.

A proposito, i fulmini di Catatumbo hanno avuto un ruolo enorme nella storia dello stato. Poiché il fenomeno funziona come un faro naturale, ha aiutato la gente del posto durante battaglie e battaglie. Così è noto che nel 1595 un fulmine avvertì gli spagnoli di un imminente attacco. Pirata inglese chiamato Francis Drake. E sperava che la sua flotta non venisse notata e che potesse avvicinarsi quasi alla riva. E nel 1823 i fuochi d'artificio fulminanti aiutarono di nuovo. Le scariche illuminavano le navi di José Padilla Prudencio, che comandò la flotta spagnola durante la Guerra d'Indipendenza venezuelana. Pertanto l'attacco non fu inaspettato e l'ammiraglio spagnolo fu sconfitto. A proposito, l'esito di questa particolare battaglia ha influenzato il corso della guerra. Gli abitanti dello stato di Zulia ricordano ancora il ruolo del faro naturale, motivo per cui la sua immagine è sulla bandiera e sullo stemma del distretto, e il fulmine è menzionato nell'inno.

È interessante notare che a metà del secolo scorso i fulmini illuminavano il cielo di Catatumbo quasi ogni notte. Ora la frequenza è diminuita, il motivo non è noto. Oggi il fenomeno naturale può essere osservato tutti i giorni da giugno a ottobre. Durante il resto dell'anno difficilmente potrete ammirare il temporale più forte del mondo.

Non sono solo i temporali a fare paura. La natura ha preparato molti altri terribili fenomeni meteorologici per i terrestri. Puoi leggere quanto possono essere terribili gli uragani.

Il temporale più forte del mondo

Il luogo più tempestoso del pianeta si chiama Bagor. È una città indonesiana situata sull'isola di Giava Sud-est asiatico. Qui i temporali si verificano quasi ogni giorno, vale a dire 322 giorni all'anno. Il temporale più violento del mondo è possibile nella città di Tororo in Uganda, dove si registrano 251 giorni di temporale all'anno. Luoghi in cui temporali e fulmini non sono rari in Russia, in particolare, il luogo più temporalesco nel paese è la cresta Medveditskaya nella regione del Volga. Questo territorio è stato a lungo considerato una zona anomala.

Tuttavia, dove sono stati registrati i più potenti temporali, è impossibile dirlo con certezza. Ognuno ha il proprio caso quando gli è sembrato che il cielo si aprisse e si scatenasse il temporale più forte. Ma possiamo dire esattamente dove di più bellissimi temporali nel mondo.
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Fulmine globulare/ Folletti, elfi, getti / Fenomeni temporali

Regole di condotta durante un temporale

Elettricità atmosferica. Fulmine (narrato dal fisico Vladimir Bychkov)

Galileo. Sperimentare. Scarica di gas in un pallone

Sottotitoli

Geografia dei temporali

Allo stesso tempo, sulla Terra sono attivi circa mille e mezzo temporali, l'intensità media delle scariche è stimata in 100 fulmini al secondo; I temporali sono distribuiti in modo non uniforme sulla superficie del pianeta. Ci sono circa dieci volte meno temporali sugli oceani che sui continenti. In tropicale e zona equatoriale(da 30° di latitudine nord a 30° latitudine sud) circa il 78% di tutte le scariche dei fulmini sono concentrate. La massima attività temporalesca si verifica in Africa centrale. Nelle regioni polari dell'Artico e dell'Antartico e sopra i poli non ci sono praticamente temporali. L'intensità dei temporali segue l'andamento del sole, con i temporali massimi che si verificano in estate (alle medie latitudini) e durante le ore pomeridiane diurne. Il minimo dei temporali registrati si verifica prima dell'alba. Colpiti anche i temporali caratteristiche geografiche terreno: si trovano forti centri temporaleschi zone montuose Himalaya e Cordigliere.

Numero medio annuo di giorni con temporali in alcune città russe:

Fasi di sviluppo di una nube temporalesca

Condizioni necessarie affinché si verifichi nuvola temporalescaè la presenza di condizioni per lo sviluppo della convezione o di un altro meccanismo che crea flussi verso l'alto di riserve di umidità sufficienti per la formazione di precipitazioni e la presenza di una struttura in cui alcune particelle della nuvola sono allo stato liquido e altre sono allo stato liquido uno stato ghiacciato. La convezione che porta allo sviluppo di temporali si verifica nei seguenti casi:

• con riscaldamento non uniforme dello strato d'aria superficiale su diverse superfici sottostanti. Ad esempio, sulla superficie dell'acqua e sulla terraferma a causa delle differenze di temperatura dell'acqua e del suolo. Nelle grandi città l’intensità della convezione è molto più elevata che nelle vicinanze delle città.
• quando l'aria calda sale o viene spostata dall'aria fredda fronti atmosferici. La convezione atmosferica sui fronti atmosferici è molto più intensa e più frequente rispetto alla convezione intramassa. Spesso, la convezione frontale si sviluppa contemporaneamente ai nimbostrati e alle precipitazioni a tappeto, che mascherano i cumulonembi in via di sviluppo.
• quando l'aria sale nelle zone montuose. Anche piccoli rilievi nella zona portano ad un aumento della formazione di nubi (a causa della convezione forzata). Montagne alte creano condizioni particolarmente difficili per lo sviluppo della convezione e quasi sempre ne aumentano la frequenza e l'intensità.

Tutte le nubi temporalesche, indipendentemente dal loro tipo, progrediscono attraverso lo stadio del cumulo, lo stadio maturo e lo stadio di disgregazione.

Classificazione delle nubi temporalesche

Nel XX secolo i temporali venivano classificati in base alle condizioni di formazione: intramassa, frontale o orografica. Ormai è più comune classificare i temporali in base alle caratteristiche dei temporali stessi, e tali caratteristiche dipendono principalmente dall'ambiente meteorologico in cui si sviluppa il temporale.
La principale condizione necessaria per la formazione delle nubi temporalesche è lo stato di instabilità dell'atmosfera, che forma correnti ascensionali. A seconda delle dimensioni e della potenza di tali flussi si formano nubi temporalesche di vario tipo.

Singola cella

I cumulonembi unicellulari (Cb) si sviluppano nelle giornate con venti deboli in un campo di pressione a basso gradiente. Sono anche chiamati intramass o locali. Sono costituiti da una cella convettiva con flusso ascendente nella sua parte centrale, possono raggiungere l'intensità dei temporali e della grandine e collassare rapidamente con le precipitazioni. Le dimensioni di una tale nuvola sono: trasversale - 5-20 km, verticale - 8-12 km, durata della vita - circa 30 minuti, a volte fino a 1 ora. Principali cambiamenti il tempo non si verifica dopo un temporale.
La formazione delle nubi inizia con la formazione di un cumulo di bel tempo (Cumulus humilis). In condizioni favorevoli, i cumuli risultanti crescono rapidamente sia in direzione verticale che orizzontale, mentre i flussi verso l'alto si localizzano quasi attraverso l'intero volume della nube e aumentano da 5 m/s a 15-20 m/s. I downdraft sono molto deboli. L'aria circostante penetra attivamente nella nuvola a causa della miscelazione al confine e nella parte superiore della nuvola. La nuvola entra nella fase di medio cumulo (Cumulus mediocris). Le gocce d'acqua più piccole formate a seguito della condensazione in una tale nuvola si fondono in quelle più grandi, che vengono trasportate verso l'alto da potenti correnti ascendenti. La nube è ancora omogenea, costituita da goccioline d'acqua trattenute da un flusso ascendente: non cade alcuna precipitazione. Nella parte superiore della nuvola quando le particelle d'acqua entrano nell'area temperature negative le gocce iniziano gradualmente a trasformarsi in cristalli di ghiaccio. La nuvola entra nella fase di un potente cumulo (Cumulus congestus). La composizione mista della nube porta all'ampliamento degli elementi nuvolosi e alla creazione di condizioni per le precipitazioni e la formazione di scariche di fulmini. Una tale nuvola è chiamata cumulonembo (Cumulonimbus) o (in casi particolari) cumulonembo calvo (Cumulonimbus calvus). I flussi verticali in esso raggiungono i 25 m/s e il livello sommitale raggiunge un'altezza di 7-8 km.
Le particelle di precipitazione in evaporazione raffreddano l'aria circostante, il che porta ad un'ulteriore intensificazione delle correnti discendenti. Nella fase di maturità, nella nuvola sono presenti contemporaneamente correnti d'aria sia ascendenti che discendenti.
Nella fase di collasso nella nuvola predominano i flussi verso il basso, che coprono gradualmente l'intera nuvola.

Temporali a grappolo multicellulare

Questo è il tipo più comune di temporale associato a disturbi su mesoscala (con una scala da 10 a 1000 km). Un ammasso multicella è costituito da un gruppo di celle temporalesche che si muovono come una singola unità, sebbene ciascuna cella dell'ammasso si trovi diverse fasi sviluppo di una nube temporalesca. Le cellule temporali mature si trovano solitamente nella parte centrale dell'ammasso, mentre le cellule in decomposizione si trovano sul lato sottovento dell'ammasso. Hanno una dimensione trasversale di 20-40 km, i loro picchi spesso salgono fino alla tropopausa e penetrano nella stratosfera. I temporali a grappolo multicellulare possono produrre grandine, docce e raffiche di vento squallide relativamente deboli. Ogni singola cellula di un cluster multicellulare rimane matura per circa 20 minuti; lo stesso cluster multicella può esistere per diverse ore. Questo tipo di temporale è solitamente più intenso di un temporale a cellula singola, ma molto più debole di un temporale a supercella.

Temporali lineari multicellulari (linee di burrascoso)

I temporali lineari multicellulari sono una linea di temporali con un fronte di raffiche lungo e ben sviluppato sul bordo anteriore del fronte. La linea dello squall può essere continua o contenere spazi vuoti. Una linea multicellulare in avvicinamento appare come un muro scuro di nuvole, che solitamente copre l'orizzonte sul lato occidentale (nell'emisfero settentrionale). Grande numero Le correnti d'aria ascendenti/discendenti ravvicinate ci consentono di qualificare questo complesso di temporali come multicellulare, sebbene la sua struttura temporale differisca nettamente da un temporale a grappolo multicellulare. Le linee di burrasca possono produrre grandine di grandi dimensioni (maggiore di 2 cm di diametro) e acquazzoni intensi, ma sono meglio conosciuti come sistemi che creano forti correnti discendenti e wind shear pericolosi per l'aviazione. Una linea di burrasca ha proprietà simili a un fronte freddo, ma è il risultato locale dell'attività temporalesca. Spesso davanti a un fronte freddo si forma una linea di burrasca. Nelle immagini radar, questo sistema assomiglia a un'eco di prua. Questo fenomeno tipico per Nord America, in Europa e nel territorio europeo della Russia si osserva meno frequentemente.

Temporali da supercella

Articolo principale: Supercella

Una supercella è la nube temporalesca più altamente organizzata. Le nuvole di supercelle sono relativamente rare, ma rappresentano la più grande minaccia per la salute, la vita umana e le loro proprietà. Una nuvola supercella è simile a una nuvola unicellulare in quanto entrambe hanno la stessa zona di corrente ascensionale. La differenza sta nelle dimensioni della supercella: il diametro è di circa 50 km, l'altezza è di 10-15 km (spesso il confine superiore penetra nella stratosfera) con un'unica incudine semicircolare. La velocità del flusso verso l'alto in una nube supercella è molto più elevata che in altri tipi di nubi temporalesche: fino a 40-60 m/s. La caratteristica principale che distingue una nube supercella da altri tipi di nubi è la presenza della rotazione. Una corrente ascensionale rotante in una nuvola di supercelle (chiamata mesociclone nella terminologia radar) crea estremi condizioni meteo, come grandine di grandi dimensioni (2-5 cm di diametro, a volte di più), raffiche con velocità fino a 40 m/s e forti tornado distruttivi. Le condizioni ambientali sono un fattore importante nella formazione di una nuvola di supercelle. È necessaria una fortissima instabilità convettiva dell'aria. La temperatura dell'aria vicino al suolo (prima del temporale) dovrebbe essere +27...+30 e superiore, ma la condizione principale necessaria è un vento di direzione variabile, che provochi la rotazione. Tali condizioni si ottengono con il wind shear nella media troposfera. Le precipitazioni formate nella corrente ascensionale vengono trasportate lungo il livello superiore della nuvola da un forte flusso nella zona della corrente discendente. Pertanto, le zone dei flussi ascendenti e discendenti sono separate nello spazio, il che garantisce la vita della nuvola per un lungo periodo di tempo. Di solito c'è una pioggia leggera sul bordo anteriore di una nuvola supercella. Forti piogge si verificano vicino alla zona di corrente ascensionale e le precipitazioni più intense e una grande grandine si verificano a nord-est della zona di corrente ascensionale principale. Maggior parte condizioni pericolose osservato vicino alla zona principale di corrente ascensionale (solitamente spostata nella parte posteriore del temporale).

Caratteristiche fisiche delle nubi temporalesche

Studi aeronautici e radar mostrano che una singola cellula temporalesca raggiunge solitamente un'altitudine di circa 8-10 km e vive per circa 30 minuti. Un temporale isolato è solitamente costituito da più cellule in vari stadi di sviluppo e dura circa un'ora. I grandi temporali possono avere un diametro di decine di chilometri, il loro picco può raggiungere altezze superiori a 18 km e possono durare molte ore.

Flussi ascendenti e discendenti

Le correnti ascensionali e discendenti nei temporali isolati variano tipicamente da 0,5 a 2,5 km di diametro e da 3 a 8 km di altezza. A volte il diametro della corrente ascensionale può raggiungere i 4 km. Vicino alla superficie terrestre, i corsi d'acqua solitamente aumentano di diametro e la loro velocità diminuisce rispetto ai corsi d'acqua più alti. La velocità caratteristica della corrente ascensionale è compresa tra 5 e 10 m/s e raggiunge i 20 m/s al culmine dei grandi temporali. Gli aerei da ricerca che volano attraverso una nube temporalesca a 10.000 m di altitudine registrano velocità di corrente ascensionale di oltre 30 m/s. Le correnti ascensionali più forti si osservano nei temporali organizzati.

Raffiche

Alcuni temporali producono intense correnti discendenti che creano vento sulla superficie della terra forza distruttiva. A seconda delle loro dimensioni, tali correnti discendenti sono chiamate raffiche o microsqualli. Una burrasca con un diametro superiore a 4 km può creare venti fino a 60 m/s. I microsquali sono di dimensioni più piccole, ma creano velocità del vento fino a 75 m/s. Se un temporale che genera burrasca si forma da aria sufficientemente calda e umida, la microburrasca sarà accompagnata da piogge intense. Tuttavia, se un temporale si forma con aria secca, la precipitazione può evaporare mentre cade (strisce di precipitazione trasportate dall'aria, o virga) e la microsquall sarà secca. Le correnti discendenti rappresentano un serio pericolo per gli aerei, soprattutto durante il decollo o l'atterraggio, poiché creano venti vicini al suolo con forti cambiamenti improvvisi di velocità e direzione.

Sviluppo verticale

IN caso generale, una nube convettiva attiva salirà fino a perdere la sua galleggiabilità. La perdita di galleggiabilità è associata al carico creato dalle precipitazioni formate in un ambiente nuvoloso, o dalla miscelazione con l'aria fredda secca circostante, o da una combinazione di questi due processi. La crescita delle nuvole può anche essere fermata da uno strato di inversione bloccante, cioè uno strato in cui la temperatura dell'aria aumenta con l'altezza. In genere, le nubi temporalesche raggiungono altezze di circa 10 km, ma a volte raggiungono altezze superiori a 20 km. Quando il contenuto di umidità e l'instabilità dell'atmosfera sono elevati, con venti favorevoli la nuvola può crescere fino alla tropopausa, lo strato che separa la troposfera dalla stratosfera. La tropopausa è caratterizzata da una temperatura che rimane pressoché costante con l'aumentare dell'altitudine ed è conosciuta come una regione ad elevata stabilità. Non appena la corrente ascensionale inizia ad avvicinarsi alla stratosfera, ben presto l'aria nella parte superiore della nuvola diventa più fredda e pesante dell'aria circostante e la crescita della parte superiore si ferma. L'altezza della tropopausa dipende dalla latitudine della zona e dalla stagione dell'anno. Varia da 8 km nelle regioni polari a 18 km e oltre vicino all'equatore.

Quando una nube cumuliforme convettiva raggiunge lo strato che blocca l'inversione della tropopausa, inizia a diffondersi verso l'esterno e forma la caratteristica "incudine" delle nubi temporalesche. I venti che soffiano all'altezza dell'incudine tendono a spostare il materiale delle nuvole nella direzione del vento.

Turbolenza

Un aereo che vola attraverso una nube temporalesca (è vietato volare nei cumulonembi) di solito incontra un urto che lancia l'aereo su, giù e lateralmente sotto l'influenza dei flussi turbolenti della nuvola. La turbolenza atmosferica crea una sensazione di disagio per l'equipaggio e i passeggeri dell'aereo e provoca stress indesiderati sull'aereo. La turbolenza viene misurata in diverse unità, ma più spesso è definita in unità di accelerazione g caduta libera(1g = 9,8 m/s2). Una raffica di 1 g crea una turbolenza pericolosa per gli aerei. Al culmine dei temporali intensi sono state registrate accelerazioni verticali fino a 3 g.

Movimento

La velocità e il movimento di una nube temporalesca dipendono dalla direzione del vento, principalmente dall'interazione dei flussi ascendenti e discendenti della nuvola con le correnti d'aria portatrici negli strati intermedi dell'atmosfera in cui si sviluppa il temporale. La velocità di un temporale isolato è solitamente di circa 20 km/h, ma alcuni temporali si muovono molto più velocemente. In situazioni estreme, una nube temporalesca può muoversi a velocità di 65-80 km/h durante il passaggio di fronti freddi attivi. Nella maggior parte dei temporali, quando le vecchie celle temporalesche si dissipano, nuove celle temporalesche emergono in successione. Con venti leggeri, una singola cellula può percorrere una distanza molto breve durante la sua vita, meno di due chilometri; tuttavia, nei temporali più grandi, nuove celle vengono innescate dalla corrente discendente che scorre da una cella matura, dando l'impressione di un movimento rapido che non sempre coincide con la direzione del vento. Nei grandi temporali multicellulari, c'è uno schema in cui una nuova cella si forma a destra del flusso d'aria portante nell'emisfero settentrionale e a sinistra del flusso portante nell'emisfero meridionale.

Energia

L'energia che alimenta un temporale proviene dal calore latente rilasciato quando il vapore acqueo si condensa per formare goccioline di nuvole. Per ogni grammo di acqua che si condensa nell'atmosfera vengono rilasciate circa 600 calorie di calore. Quando le gocce d'acqua si congelano nella parte superiore della nuvola, vengono rilasciate ulteriori 80 calorie per grammo. L'energia termica latente rilasciata viene parzialmente convertita in energia cinetica del flusso ascendente. Una stima approssimativa dell'energia totale di un temporale può essere fatta in base alla quantità totale di acqua caduta come precipitazione dalla nuvola. L'energia tipica è dell'ordine di 100 milioni di kilowattora, che equivale all'incirca a una carica nucleare di 20 kilotoni (tuttavia, questa energia viene rilasciata su un volume di spazio molto più grande e per un periodo di tempo molto più lungo). tempo più lungo). I grandi temporali multicellulari possono avere da 10 a 100 volte più energia.

Fenomeni meteorologici sotto i temporali

Downdraft e fronti di burrasca

Le correnti discendenti durante i temporali si verificano ad altitudini in cui la temperatura dell'aria è inferiore alla temperatura nell'area circostante, e queste correnti discendenti diventano ancora più fredde quando iniziano a sciogliere le particelle ghiacciate delle precipitazioni ed evaporare le goccioline delle nuvole. L'aria nella cappa discendente non solo è più densa dell'aria circostante, ma trasporta anche un momento angolare orizzontale diverso da quello dell'aria circostante. Se si verifica una corrente discendente, ad esempio, a un'altitudine di 10 km, raggiungerà la superficie terrestre con una velocità orizzontale notevolmente maggiore della velocità del vento al suolo. Vicino al suolo, quest'aria viene trasportata prima di un temporale ad una velocità maggiore della velocità di movimento dell'intera nuvola. Ecco perché un osservatore da terra percepirà l'avvicinarsi di un temporale attraverso il flusso di aria fredda ancor prima che la nube temporalesca sia sopra la sua testa. La corrente discendente che si estende sul terreno crea una zona che va in profondità da 500 metri a 2 km con una netta differenza tra l'aria fredda del flusso e l'aria calda e umida da cui si forma un temporale. Il passaggio di un simile fronte di burrasca è facilmente determinato dall'aumento del vento e dal repentino abbassamento della temperatura. In cinque minuti la temperatura dell’aria può scendere di 5°C o più. Una burrasca forma una caratteristica porta della burrasca con un asse orizzontale, un forte calo della temperatura e un cambiamento nella direzione del vento.

In casi estremi, il fronte di burrasca creato dal downdraft può raggiungere velocità superiori a 50 m/s, causando la distruzione di case e raccolti. Più spesso, si verificano forti raffiche quando si sviluppa una linea organizzata di temporali in condizioni di vento forte a livelli medi. Allo stesso tempo, le persone potrebbero pensare che questa distruzione sia stata causata da un tornado. Se non ci sono testimoni che abbiano visto la caratteristica nuvola a forma di imbuto di un tornado, la causa della distruzione può essere determinata dalla natura della distruzione causata dal vento. Nei tornado, la distruzione avviene secondo uno schema circolare e un temporale causato da una corrente discendente provoca la distruzione principalmente in una direzione. L'aria fredda è solitamente seguita dalla pioggia. In alcuni casi gocce di pioggia evaporare completamente durante l'autunno, provocando un temporale secco. Nella situazione opposta, tipica dei forti temporali multicella e supercella, si verificano forti piogge e grandinate, che provocano inondazioni improvvise.

Tornado

Un tornado è un forte vortice su piccola scala sotto le nubi temporalesche con un asse approssimativamente verticale ma spesso curvo. Dalla periferia al centro del tornado si osserva una caduta di pressione di 100-200 hPa. La velocità del vento nei tornado può superare i 100 m/s e teoricamente può raggiungere la velocità del suono. In Russia, i tornado si verificano relativamente raramente. La più alta frequenza di tornado si verifica nel sud della parte europea della Russia.

Docce

IN piccoli temporali il picco di precipitazioni intense in cinque minuti può superare i 120 mm/h, ma tutte le altre piogge hanno un'intensità inferiore di un ordine di grandezza. Un temporale medio produce circa 2.000 metri cubi di pioggia, ma un temporale di grandi dimensioni può produrne una quantità dieci volte superiore. Grandi temporali organizzati associati a sistemi convettivi su mesoscala possono produrre da 10 a 1000 milioni di metri cubi di precipitazioni.

Struttura elettrica di una nube temporalesca

La distribuzione e il movimento delle cariche elettriche all'interno e attorno a una nube temporalesca è un processo complesso e in costante cambiamento. Tuttavia è possibile presentare un quadro generalizzato della distribuzione delle cariche elettriche nella fase di maturità delle nubi. La struttura dominante del dipolo positivo è quella in cui la carica positiva è nella parte superiore della nuvola e la carica negativa è al di sotto di essa all'interno della nuvola. Alla base della nuvola e sotto di essa c'è una carica positiva inferiore. Gli ioni atmosferici, muovendosi sotto l'influenza di un campo elettrico, formano strati schermanti ai confini della nube, mascherando la struttura elettrica della nube ad un osservatore esterno. Le misurazioni lo mostrano in vari condizioni geografiche la principale carica negativa di una nube temporalesca si trova ad altitudini con temperature ambiente comprese tra −5 e −17 °C. Maggiore è la velocità della corrente ascensionale nel cloud, maggiore è la velocità altitudine più elevataè il centro della carica negativa. La densità di carica spaziale è compresa tra 1 e 10 C/km³. Esiste una notevole proporzione di temporali con una struttura di carica inversa: - una carica negativa nella parte superiore della nube e una carica positiva nella parte interna della nube, nonché una struttura complessa con quattro o più zone di cariche volumetriche di polarità diverse.

Meccanismo di elettrificazione

Sono stati proposti molti meccanismi per spiegare la formazione della struttura elettrica di una nube temporalesca, ed è ancora un'area di ricerca attiva. L'ipotesi principale si basa sul fatto che se le particelle delle nuvole più grandi e più pesanti vengono caricate prevalentemente negativamente e le particelle piccole più leggere trasportano una carica positiva, la separazione spaziale delle cariche spaziali avviene a causa del fatto che le particelle grandi cadono a una velocità maggiore di piccoli componenti del cloud. Questo meccanismo è generalmente coerente con esperimenti di laboratorio che mostrano un forte trasferimento di carica quando particelle di granelli di ghiaccio (i granelli sono particelle porose costituite da goccioline d'acqua congelate) o grandine interagiscono con cristalli di ghiaccio in presenza di goccioline d'acqua superraffreddate. Il segno e l'entità della carica trasferita durante i contatti dipendono dalla temperatura dell'aria circostante e dal contenuto di acqua della nuvola, ma anche dalla dimensione dei cristalli di ghiaccio, dalla velocità di collisione e da altri fattori. È possibile anche l'azione di altri meccanismi di elettrificazione. Quando la quantità di volume accumulato nel cloud carica elettrica diventa sufficientemente grande, si verifica una scarica di fulmine tra aree caricate di segno opposto. Una scarica può verificarsi anche tra una nuvola e il suolo, tra una nuvola e l'atmosfera neutra o tra una nuvola e la ionosfera. In un tipico temporale, tra i due terzi e il 100% delle scariche sono intracloud, intercloud o scariche nuvola-aria. Il resto sono scariche nuvola-terra. IN l'anno scorsoÈ diventato chiaro che i fulmini possono essere innescati artificialmente in una nuvola, che in condizioni normali non si trasforma in una fase di temporale. Nelle nuvole che hanno zone elettrificate e creano campi elettrici, i fulmini possono essere innescati da montagne, grattacieli, aeroplani o razzi che si trovano in una zona di forti campi elettrici.

Precauzioni durante un temporale

Le misure precauzionali sono dovute al fatto che i fulmini colpiscono soprattutto oggetti più alti. Ciò accade perché la scarica elettrica segue il percorso di minor resistenza, cioè il percorso più breve.

Durante un temporale, non dovresti mai:

• essere vicino a linee elettriche;
• nascondersi dalla pioggia sotto gli alberi (soprattutto quelli alti o solitari);
• nuotare nei bacini artificiali (poiché la testa del nuotatore sporge dall'acqua, inoltre, l'acqua, grazie alle sostanze in essa disciolte, ha una buona conduttività elettrica);
• essere in uno spazio aperto, dentro campo aperto", poiché in questo caso la persona sporge notevolmente al di sopra della superficie;
• salire in altezza, compresi i tetti delle case;
• utilizzare oggetti metallici;
• stare vicino alle finestre;
• andare in bicicletta e in moto.

Il mancato rispetto di queste regole spesso provoca morte o ustioni e lesioni gravi.

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Temporale di fenomeno naturale

Data aggiunta: settembre 2011

Tutti dovrebbero saperlo.

Tempesta- è naturale fenomeno fisico, accompagnato da fulmini e tuoni, forti raffiche di vento, forti piogge, a volte grandine e burrasca. Un temporale si verifica in potenti cumulonembi. Ci sono temporali frontali (durante il passaggio di un fronte caldo o freddo) e temporali massicci interni (come conseguenza del riscaldamento locale dell'aria). In genere i temporali si verificano nella stagione calda, raramente in inverno. Si verifica più spesso tra le 15 e le 18, anche se può iniziare al mattino. La durata media è di circa 2 ore, la più lunga è di 18-19 ore.

Tempesta.

Fulmineè una scarica di scintilla di una carica elettrostatica di un cumulo, accompagnata da un lampo accecante e da un suono acuto (tuono).

I fulmini si verificano a causa della creazione di una differenza di potenziale elettrico (a volte fino a diversi milioni di volt) tra diverse parti di una nuvola, tra due nuvole o tra una nuvola e il suolo. La lunghezza del fulmine dipende dall'altezza delle nuvole e varia da 2 a 50 km. La forza attuale dei fulmini raggiunge i 200.000 ampere. La temperatura nel canale del fulmine può raggiungere i 30.000 gradi.

Quando viene colpito da un fulmine, un albero si spacca e può persino prendere fuoco. La spaccatura del legno avviene a causa di un'esplosione interna dovuta alla formazione istantanea di vapore dall'acqua nel legno.

Un fulmine diretto per una persona è solitamente fatale. Ogni anno nel mondo muoiono circa 3.000 persone a causa dei fulmini.

La scarica di elettricità statica solitamente segue il percorso di minor resistenza elettrica. Poiché la distanza tra l'oggetto più alto, tra quelli simili, e il cumulo è minore, anche la resistenza elettrica è minore. Di conseguenza, il fulmine colpirà prima l'oggetto più alto (e più stretto) (palo, albero, grattacielo, supporto della linea elettrica, ecc.).

I fulmini provocano incendi e perdite di vite umane. In Europa, ogni anno muoiono circa 40 persone, in America questa cifra è di 200-230 persone.

Nel 1962 la nave inglese Arugarri prese fuoco a causa di un fulmine e affondò con tutte le persone a bordo. Nel 1963, un fulmine su un aereo americano Boeing 707 provocò un incendio a bordo, l'aereo precipitò e la morte di tutti i passeggeri e dei membri dell'equipaggio.

Tuono.

Tuono- fenomeno sonoro nell'atmosfera che accompagna la scarica di un fulmine. Il tuono è una vibrazione dell'aria influenzata da un forte aumento della pressione atmosferica lungo il percorso del fulmine, a causa del suo riscaldamento a circa 30.000 ° C. I tuoni si verificano a causa del fatto che il fulmine ha una lunghezza significativa e il suono da diverse parti non raggiunge contemporaneamente l'orecchio dell'osservatore, inoltre, la riflessione del suono contribuisce al verificarsi dei tuoni, e anche perché, a causa; a causa della rifrazione, l'onda sonora si propaga lungo percorsi diversi e presenta vari ritardi. Il volume del tuono può raggiungere i 120 decibel.

Misurando l'intervallo di tempo tra un lampo e un tuono, è possibile determinare la distanza alla quale si trova il temporale. Poiché la velocità della luce è molto elevata rispetto alla velocità del suono, può essere trascurata tenendo conto solo della velocità del suono, che è di circa 340 metri al secondo. Pertanto, moltiplicando per questo valore il tempo che intercorre tra un fulmine e un tuono in secondi, si può giudicare la vicinanza di un temporale, se il temporale si sta avvicinando all'osservatore (l'intervallo tra fulmine e tuono è ridotto) o in movimento lontano (l'intervallo aumenta). In genere, il tuono può essere udito a una distanza massima di 15-20 chilometri, quindi se un osservatore vede un fulmine ma non sente un tuono, il temporale è ad almeno 20 chilometri di distanza.

Durante o dopo un temporale possono verificarsi eventi estremamente rari. fenomeno atmosferico- Fulmine globulare. Il fulmine globulare è una palla luminosa blu, verde, gialla o rossa fino a venti centimetri di diametro, che fluttua lentamente con un flusso d'aria. Di solito appare durante un temporale o dopo un temporale.

La natura del verificarsi di questo fenomeno non è praticamente studiata. La "durata" del fulmine globulare va da alcuni secondi a diversi minuti, dopodiché scompare senza lasciare traccia o esplode, provocando un incendio o addirittura la morte.

Uno dei casi tragici della scienza russa è associato proprio a questa apparizione del fulmine globulare. Per studiare l'elettricità atmosferica, M.V. Lomonosov e il professor Richman equipaggiarono nei loro appartamenti speciali "macchine per il tuono", che erano collegate tramite catene ad alti pali posti sui tetti.

Nel 1753, durante un temporale su San Pietroburgo, un fulmine globulare bluastro apparve improvvisamente da un'asta di ferro nell'appartamento di Richman e lo scienziato morì: "fu ucciso da un tuono", come dissero all'Accademia.

Proprio di recente il cielo limpido e limpido era coperto di nuvole. Caddero le prime gocce di pioggia. E presto gli elementi dimostrarono il loro potere sulla terra. Tuoni e fulmini squarciarono il cielo tempestoso. Da dove vengono tali fenomeni? Per molti secoli l'umanità ha visto in essi una manifestazione del potere divino. Oggi sappiamo del verificarsi di tali fenomeni.

Origine delle nubi temporalesche

Le nuvole appaiono nel cielo dalla condensa che sale in alto sopra il suolo e fluttuano nel cielo. Le nuvole sono più pesanti e più grandi. Portano con sé tutti gli “effetti speciali” che derivano dal maltempo.

Le nuvole temporalesche differiscono dalle nuvole normali in quanto sono cariche di elettricità. Inoltre, ci sono nuvole con carica positiva e ci sono nuvole con carica negativa.

Per capire da dove provengono i tuoni e i fulmini, devi alzarti più in alto da terra. Nel cielo, dove non ci sono ostacoli al volo libero, i venti soffiano più forti che a terra. Sono loro che provocano la carica tra le nuvole.

L'origine dei tuoni e dei fulmini può essere spiegata con una sola goccia d'acqua. Ha una carica elettrica positiva al centro e una carica negativa all'esterno. Il vento lo fa a pezzi. Uno di essi rimane con carica negativa e ha meno peso. Gocce più pesanti caricate positivamente formano le stesse nuvole.

Pioggia ed elettricità

Prima che tuoni e fulmini appaiano in un cielo tempestoso, il vento separa le nuvole in nuvole cariche positivamente e negativamente. La pioggia che cade sul suolo porta con sé parte di questa elettricità. Si forma un'attrazione tra la nuvola e la superficie della terra.

La carica negativa della nuvola attirerà quella positiva a terra. Questa attrazione sarà posizionata uniformemente su tutte le superfici elevate e che conducono corrente.

E ora la pioggia crea tutte le condizioni per la comparsa di tuoni e fulmini. Più l'oggetto è alto rispetto alla nuvola, più facile sarà che i fulmini vi raggiungano.

Origine del fulmine

Il tempo ha preparato tutte le condizioni affinché tutti i suoi effetti si manifestino. Ha creato le nuvole da cui provengono tuoni e fulmini.

Un tetto carico di elettricità negativa attira la carica positiva dell'oggetto più esaltato. La sua elettricità negativa andrà nel terreno.

Entrambi questi opposti tendono ad attrarsi a vicenda. Più elettricità c'è in una nuvola, più ce n'è nell'oggetto più elevato.

Accumulandosi in una nuvola, l'elettricità può sfondare lo strato d'aria situato tra essa e l'oggetto e appariranno fulmini scintillanti e tuoni tuoni.

Come si sviluppa il fulmine

Quando infuria un temporale, fulmini e tuoni lo accompagnano incessantemente. Molto spesso, la scintilla proviene da una nuvola caricata negativamente. Si sviluppa gradualmente.

Innanzitutto, un piccolo flusso di elettroni fluisce dalla nuvola attraverso un canale diretto verso il suolo. In questo luogo della nuvola, gli elettroni si muovono insieme ad alta velocità. A causa di ciò, gli elettroni entrano in collisione con gli atomi dell'aria e li distruggono. Si ottengono singoli nuclei ed elettroni. Anche questi ultimi si precipitano a terra. Mentre si muovono lungo il canale, tutti gli elettroni primari e secondari dividono nuovamente gli atomi d'aria che si trovano sul loro cammino in nuclei ed elettroni.

L'intero processo è come una valanga. Si sta muovendo verso l'alto. L'aria si riscalda e la sua conduttività aumenta.

Sempre più elettricità dalle nuvole fluisce verso terra ad una velocità di 100 km/s. In questo momento, il fulmine si fa strada verso terra. Lungo questa strada tracciata dal leader, l'elettricità inizia a fluire ancora più velocemente. Si verifica una scarica di enorme forza. Raggiungendo il suo picco, la portata diminuisce. Il canale, riscaldato da una corrente così potente, si illumina. E il fulmine diventa visibile nel cielo. Una tale dimissione non dura a lungo.

Dopo la prima scarica, spesso ne segue una seconda lungo un canale posato.

Come appare il tuono?

Tuoni, fulmini e pioggia sono inseparabili durante un temporale.

Il tuono si verifica per il seguente motivo. La corrente nel canale del fulmine viene generata molto rapidamente. L'aria diventa molto calda. Questo lo fa espandere.

Succede così velocemente che assomiglia a un'esplosione. Uno shock del genere scuote violentemente l'aria. Queste vibrazioni portano alla comparsa di un suono forte. Da qui provengono i fulmini e i tuoni.

Non appena l'elettricità della nuvola raggiunge il suolo e scompare dal canale, si raffredda molto rapidamente. Anche la compressione dell'aria provoca il suono del tuono.

Più fulmini attraversano il canale (ce ne possono essere fino a 50), più a lungo durano le scosse d'aria. Questo suono viene riflesso da oggetti e nuvole e si verifica un'eco.

Perché c'è un intervallo tra il fulmine e il tuono?

Durante un temporale, il fulmine è seguito dal tuono. Il suo ritardo dal fulmine è dovuto a velocità diverse i loro movimenti. Il suono si muove a una velocità relativamente bassa (330 m/s). Questo è solo 1,5 volte movimento più veloce Boeing moderno. La velocità della luce è molto maggiore della velocità del suono.

Grazie a questo intervallo è possibile determinare la distanza dall'osservatore dei fulmini e dei tuoni.

Ad esempio, se tra un fulmine e un tuono sono trascorsi 5 s, ciò significa che il suono ha percorso 330 m per 5 volte. Moltiplicando è facile calcolare che il fulmine dell'osservatore era a una distanza di 1650 m. Se un temporale passa a meno di 3 km da una persona, è considerato vicino. Se la distanza, a seconda dell'aspetto dei fulmini e dei tuoni, è maggiore, allora il temporale è lontano.

Fulmini in numeri

Tuoni e fulmini sono stati modificati dagli scienziati e i risultati delle loro ricerche sono presentati al pubblico.

Si è scoperto che la differenza di potenziale che precede il fulmine raggiunge miliardi di volt. La forza attuale al momento della scarica raggiunge i 100mila A.

La temperatura nel canale raggiunge i 30mila gradi e supera la temperatura sulla superficie del Sole. Dalle nuvole alla terra i fulmini viaggiano alla velocità di 1000 km/s (in 0,002 s).

Il canale interno attraverso il quale scorre la corrente non supera 1 cm, anche se quello visibile arriva a 1 m.

Ci sono circa 1.800 temporali che si verificano continuamente in tutto il mondo. La probabilità di essere uccisi da un fulmine è 1:2000000 (la stessa di morire cadendo dal letto). La possibilità di vedere un fulmine globulare è 1 su 10.000.

Fulmine globulare

Nel percorso verso lo studio della provenienza dei tuoni e dei fulmini in natura, il fenomeno più misterioso sono i fulmini globulari. Queste scariche rotonde di fuoco non sono state ancora completamente studiate.

Molto spesso, la forma di tale fulmine ricorda una pera o un'anguria. Dura fino a diversi minuti. Appare alla fine di un temporale sotto forma di ciuffi rossi da 10 a 20 cm di diametro. Il più grande fulmine globulare mai fotografato aveva un diametro di circa 10 metri. Emette un suono ronzante e sibilante.

Potrebbe scomparire silenziosamente o con un leggero schianto, lasciando odore di bruciato e fumo.

Il movimento dei fulmini non dipende dal vento. Sono attratti da locali chiusi attraverso finestre, porte e persino fessure. Se entrano in contatto con una persona, lasciano gravi ustioni e possono essere mortali.

Fino ad ora, le ragioni della comparsa dei fulmini globulari erano sconosciute. Tuttavia, questa non è la prova della sua origine mistica. In quest'area sono in corso ricerche che possono spiegare l'essenza di questo fenomeno.

Acquisendo familiarità con fenomeni come tuoni e fulmini, puoi comprendere il meccanismo del loro verificarsi. Questo è un processo fisico e chimico coerente e piuttosto complesso. Rappresenta uno dei più fenomeni interessanti natura, che si trova ovunque e quindi colpisce quasi ogni persona sul pianeta. Gli scienziati hanno risolto i misteri di quasi tutti i tipi di fulmini e li hanno persino misurati. I fulmini globulari oggi sono l'unico mistero irrisolto della natura nel campo della formazione di tali fenomeni naturali.