صاعقه

۱- صاعقه

همه چیز از تابش خورشید به زمین شروع می‌شود. خورشید آب‌های سطحی را تبخیر کرده و به ابر تبدیل می‌کند. باد‌ها ابر‌ها را به حرکت در می‌آورند. ابر‌ها در مسیر حرکت خود بار دار شده و در صورت نزدیکی به زمین صاعقه را بوجود می‌آورد. شاید بتوان صاعقه را جزء اولین پدیده‌های هواشناسی دانست که توجه انسان را به خود جلب نموده است. صاعقه به عنوان یک تخلیه الکتریکی پر انرژی بین ابر‌های باردار و زمین، می‌تواند علاوه بر تلفات جانی، بطور مستقیم و یا غیر مستقیم باعث اختلال و صدمات شدید در تجهیزات و ادوات شبکه‌های قدرت شود. این پدیده می‌تواند بصورت پیدایش «اضافه ولتاژ» و یا «میدان‌های شدید مغناطیسی» بر روی تجهیزات و یا جانداران اثر کرده و باعث خسارات جانی و مالی هنگفت گردد. آمار سالیانه خسارات ناشی از صاعقه، نمایانگر اهمیت قدرت تخریبی این پدیده طبیعی می‌باشد.

نوری خیره کننده و صدایی مهیب و کوبنده!؛ معمولا این‌ها تنها شاخصه‌هایی هستند که ما از آذرخش (صاعقه) می‌شناسیم. نام‌هایی که ساکنان مناطق مختلف روی این پدیده گذاشته اند نیز اغلب بر گرفته از همین دو ویژگی آذرخش (صاعقه) است؛ شیرازی‌ها می‌گویند " غّره تراق "، تهرانی‌ها "رعد و برق "، افغانی‌ها "تانا " و اروپاییان " تندر" صدایش می‌کنند.
به تخلیه‌ی بار الکتریکی بین ابر و زمین آذرخش (صاعقه) می‌گویند و تخلیه‌ی بار الکتریکی بین دو ابر را رعد و برق می‌گویند.
رعد و برق معمولا توسط ابر‌های کومولونیمبوس ایجاد می‌شود که در ارتفاع ۱-۱۵ کیلومتری از سطح زمین تولید می‌شوند.
بر اثر برخورد ابر‌های دارای بار‌های غیر همنام، واکنش‌های الکتریکی شدیدی به صورت نور و صدای شدید به نام صاعقه یا رعد و برق تولید می‎گردد که جزو پدیده‌های متداول طبیعت است، در هر لحظه ۱۷۰۰ توفان الکتریکی در سراسر دنیا اتفاق می‌افتد که باعث ایجاد ۱۰۰ صاعقه در هر ثانیه می‌شود که به معنای ۷ الی ۸ میلیون صاعقه در طول شبانه روز است. ۹۰ درصد صاعقه‌ها بین ابر‌ها اتفاق می‌افتد. این صاعقه‌ها اکثرا در زمان وقوع طوفان‌ها تشکیل می‌شوند؛ که میانگین مدت زمان آن ۳۰μs است.
از فاکتور‌های موثر در فرکانس توزیع و قدرت و ویژگی‌های فیزیکی یک صاعقه معمولی در یک منطقه خاص از دنیا:
- ارتفاع زمین - عرض جغرافیایی - جریان باد غالب
- رطوبت نسبی - نزدیکی به آب سرد و گرم

وقتی در منطقه‌ای آذرخش (صاعقه) روی می‌دهد، این احتمال هست که آذرخش (صاعقه) چندین بار دیگر نیز به آن حوالی برخورد کند، اما نمی‌توان تعداد دقیق آن را تعیین کرد. با این وجود می‌توان گفت: در مناطق کویری و کوهستان‌های مرتفع، احتمال برخورد پی در پی آذرخش (صاعقه) بیش از دیگر مناطق است. همچنین برخی از نقاط کره زمین، آذرخش (صاعقه) خیز‌تر از جا‌های دیگر هستند.
ولتاژ آذرخش (صاعقه) معمولا بین ۱۰ تا ۲۰ میلیون ولت در نوسان است و بعضا تا ۱۰۰.۰۰۰.۰۰۰ ولت هم افزایش پیدا می‌کند. صاعقه جریانی در حدود ۱۰.۰۰۰ آمپر شدت دارد. اما این مقدار همیشگی نیست و گاه تا ۲۰۰ هزار آمپر هم می‌رسد و به طور معمول حدود ۱۰۰ میلیارد وات (!) انرژی تولید می‌کند و می‌تواند این مقدار را تا ۱۶۰۰۰ میلیارد وات (!) نیز بالا ببرد. نیرویی که در هیچ کجای دیگر یافت نمی‌شود.

انواع توزیع بار در ابر

ابر‌ها به علت مالش با هوا یا القاى الکتریکى، داراى بار مثبت یا منفى مى شوند. در بیشتر موارد، قسمت پایین ابر (نزدیک زمین) داراى بار منفى و قسمت بالای آن داراى بار مثبت مى شود. اگر دو ابر چنان به هم نزدیک شوند که قسمت هایى از آن‌ها که داراى بارهاى ناهمنام است، نزدیک هم قرار گیرد امکان تخلیه الکتریکى (شارش ناگهانى بارهاى الکتریکى) بین دو ابر وجود دارد، که معمولا، با جرقه هاى بزرگ، تولید گرما و صدا همراه است.
تخلیه الکتریکى مى تواند به صورت دیگر ى. نیز رخ دهد. ابرهاى طوفانى مى توانند با حرکت در مجاورت سطح زمین در آن بار القایی ایجاد کنند. در این حالت امکان تخلیه الکتریکی بین ابر و زمین وجود دارد و مى تواند موجب آتش سوزى شود.
قدرت میدان مورد نیاز برای تولید و تشکیل برق، بستگی به توانایی عایقی هوا که بین kv⁄cm ۰.۵ - kv⁄cm ۱.۵ است دارد.

انواع توزیع بار در ابر:
- مثبت در بالا، منفی در میانه، بار مثبت در پایین.
- بار‌های مثبت می‌توانند منطقه‌ای نزدیک به زمین پیدا کنند.

۱-۱- صاعقه مثبت و منفی

رعد و برقی که بین ابر و زمین است معمولاً از ابر به زمین می‌زند (رعد منفی)، ولی در برخی موارد نادر هم رعد از زمین به ابر می‌زند (رعد مثبت). در این حالت (رعد مثبت) زمین دارای بار منفی است و ابر دارای بار مثبت.
در ابر‌هایی از نوع کومولونیمبوس که گاه تا ۱۵km ارتفاع وچندین کیلو متر عرض دارند. طی مراحلی، ذرات آب دارای بار مثبت شده بطوریکه بار‌های منفی درلایه‌های زیرین وبار‌های مثبت در بخش‌های فوقانی ابر متمرکز می‌شوند. دراین حالت بار‌های مثبت سطح زمین نیز، در زیر سایه ابر مجتمع می‌گردند. با افزایش پتانسل الکتریکی ابرنسبت به زمین یک جریان پیشرواز الکترون‌ها با حرکتی نردبانی شکل از ابر به سوی زمین (downward leader) سرازیر شده وکانال اولیه صاعقه را شکل می‌دهد. هوای اطراف این کانال کاملاٌ یونیزه است. این پیکان که گاه طول شاخه‌های آن به ۵۰ متر می‌رسد، بار زیادی را در نوک پیکان با خود حمل کرده و موجب افزایش شدت میدان الکتریکی جو و شکست مقاومت عایقی هوا می‌شود. دراین حالت سرعت حرکت کانال نزدیک شونده به زمین بیش از ۳۰۰ کیلومتر بر ثانیه می‌باشد. دراین زمان با افزایش شدت میدان الکتریکی در سطح زمین، یک جریان الکتریکی بالا رونده (upward leader) نیز از زمین به سوی ابر پیش می‌رود. پس از اصابت این دو پیکان به یکدیگر، کانال جریان بسته شده و ضربه اصلی صاعقه اتفاق می‌افتد، و بدین ترتیب جهت خنثی شدن بار‌های ابر وزمین، جریان بسیار زیادی در مدت کوتاهی در این کانال برقرار می‌شود. صاعقه در انواع مختلف اتفاق می‌افتد که متداولترین آن‌ها (%۹۰ از نوع صاعقه منفی نزولی) و خطرناکترین آن‌ها نوع مثبت صعودی می‌باشد.

 

۲-۱-صاعقه داغ و سرد


اکثر صاعقه‌ها در بازه زمانی در حدود چند میلی ثانیه اتفاق می‌افتند، اما گاهی در طی یک یا چند صاعقه پی در پی، جریان پیوسته‌ای در حدود ۱۰۰ آمپر تامین می‌گردد. این نوع از صاعقه‌ها را اصطلاحا صاعقه داغ می‌شناسند که اغلب باعث آتش سوزی‌هایی می‌گردد. اختلاف حرارت ناشی از صاعقه ها‌ی گرم و سرد، از ۸.۳۰۰ تا ۳۳۰۰۰ درجه سانتیگراد متغیر است. این جریان پیوسته، سالانه باعث بیش از ۱۰ هزار آتش سوزی در ایالات متحده می‌گردد.

۲- پیامد‌های صاعقه

صاعقه پیامد‌هایی نیز به همراه دارد که می‌توان به صدا، رنگ، نور، ولتاژ گام، ولتاژ تماس، مسمومیت در اثر تنفس دود یا جراحت ناشی از آتش سوزی، صدمات ناشی از سقوط تجهیزات و ... اشاره نمود.

۱-۲- صدا

صدا از پیامد‌های همیشگی صاعقه است. این صدا براثر شکافته شدن هوا ایجاد می‌شود. هر چند صدا و نور صاعقه همزمان تولید می‌شوند، اما ما اول نور صاعقه می‌بینیم بعد صدای آن را می‌شنویم. (و این امر به دلیل کمتر بودن سرعت صوت از سرعت نور است. (سرعت نور: ۳۰۰ هزار کیلومتر بر ثانیه و سرعت صوت ۳۳۰ متر بر ثانیه است.))

۲-۲- رنگ‌های صاعقه

صاعقه‌ها که می‌توانند رنگ‌های رنگین کمان را شامل شوند که این رنگ‌ها حاشیه‌ای بر رنگ سفید مرکزی هستند. این رنگ‌ها معمولاً شامل رنگ‌های آبی، زرد و بنفش هستند. رنگ صاعقه میزان حرارت آنرا تعیین می‌کند. بنفش خنک‌ترین و سرخ داغترین رعدوبرق‌ها هستند. اما رنگ صاعقه به عوامل محیطی نیز بستگی دارد:
بروز صاعقه آبی به معنی شرایط رگبار و تگرگ است. بروز صاعقه قرمز به معنی بارش باران است.
بروز صاعقه زرد به معنی وجود گرد و غبار زیاد در هوا است.
بروز صاعقه سفید به معنی خشکی و عدم رطوبت هواست و اغلب باعث آتش سوزی در جنگل‌ها می‌شود.

 

۳-۲- تولید گاز اوزون

شاید یکی از عجیب‌ترین پیامد‌های آذرخش (صاعقه)، تولید گاز باشد و بیشتر تعجب می‌کنید وقتی که بدانید این گاز " اوزون " است. همان گازی که با قرار گرفتن در لایه‌های بالایی جو، سدی در برابر تشعشعات زیان بار کیهانی ایجاد می‌کند.
"اوزون" در حقیقت همان اکسیژن است ولی به جای ۲ اتم، دارای ۳ اتم اکسیژن است. مولکول اکسیژن به علت مشکلات پیوندی نمی‌تواند به راحتی به صورت ۳ اتمی در اید و به همین دلیل مقدار گاز اوزون در طبیعت بسیار محدود است، اما صاعقه این کار را به زور و اجبار انجام می‌دهد و اتم‌های اکسیژن را سه به سه به هم پیوند می‌زند و " اوزون " تولید می‌کند. اوزون بر خلاف اکسیژن یک گاز سمی است و تنفس آن می‌تواند خطرناک باشد.

۴-۲- برق زمینی (ولتاژ گام)

برق زمینی یا " ولتاژ گام " یکی دیگر از عواقب خطرناک آذرخش (صاعقه) است؛ برق زمینی، جریانی است که پس از وقوع صاعقه، برای لحظاتی در زمین باقی می‌ماند تا جذب زمین شده یا تبدیل به گرما شود. ولتاژ گام در زمین حرکت می‌کند، اما مسیر حرکت مشخصی ندارد. معمولا قسمت عمده برق زمینی در اعماق فرو می‌رود، اما اگر سطح زمین مرطوب، دارای بستر سنگی یا پوشیده از خاک مناسب یا علفزار باشد، ترجیح می‌دهد که روی سطح زمین و در جهات مختلف، حرکت کند.
این پدیده را ولتاژ گام می‌نامند زیرا با وارد کردن برق از راه گام‌های شخص (پا‌های او)، باعث برق گرفتگی او می‌شود. ولتاژ گام تا شعاع چندین متر در اطراف محل اصابت آذرخش (صاعقه) پراکنده شده و اشخاصی که در مسیر حرکت او قرار گرفته باشند را دچار برق گرفتگی می‌کند. اینکه ولتاژ گام دقیقا چقدر برد دارد قابل محاسبه نیست و به میزان رسانایی خاک آن محل بستگی دارد ولی به ندرت دیده شده برق زمینی بیشتر از ۱۰۰ متر در سطح زمین پیش برود. ولتاژ گام مختص آذرخش (صاعقه) نیست و در حوادث صنعت برق مانند افتادن کابل‌های فشار قوی برق بر روی زمین نیز ایجاد می‌شود. البته به طور حتم ولتاژ گام ناشی از صاعقه بسیار قوی‌تر است.

 

۵-۲- ولتاژ تماس

ولتاژ تماس به دلیلی مشابه با ولتاژ گام تولید می‌شود، ولی این ولتاژ معمولا بین دست و پای انسان ایجاد می‌شود. خطر کشته شدن در اثر ولتاژ تماس به خاطر این که جریان عبوری به ناحیه اطراف قلب نزدیک‌تر است به مراتب بیشتر از ولتاژ گام است.

۶-۲- اضافه ولتاژ

اضافه ولتاژ به وجود آمده ممکن است دو عامل داشته باشد:
عامل بیرونی: که بیرون از شبکه قدرت وجود دارد مثل صاعقه و رعد و برق. عامل داخلی: که در اثر اختلالات در شبکه و موارد دیگر نظیر سویچینگ، رزونانس در شبکه و یا ... ممکن است پیش بیاید.
صاعقه از سه طریق می‌تواند موجب بروز اضافه ولتاژ در سیستم‌های الکتریکی شود.
- اتصال مقاومتی: ناشی از افزایش پتانسیل زمین است که هنگام وقوع صاعقه بوقوع می‌پیوندد. این امر باعث می‌شود بخشی از جریان صاعقه از طریق هادی‌های ورودی /خروجی به ساختمان‌های دیگر منتقل شود.

- اتصال سلفی: ناشی از عبور جریان صاعقه از یک هادی و یا از کانال تخلیه است که باعث ایجاد یک میدان شدید مغناطیسی می‌شود. در آن ولتاژی معادل چند ده کیلو ولت القا می‌شود.

- اتصال خازنی: صاعقه در نزدیکی نقطه تخلیه یک میدان شدید الکتریکی ایجاد می‌کند؛ که در این شرایط کابل‌ها و هادی‌ها مثل صفحات خازن در نظر گرفته می‌شوند و هوا نیز مانند عایق دی الکتریک آن‌ها عمل می‌کند.

۷-۲- شعاع تاثیرگذاری


از دیگر موارد قابل اشاره می‌توان به شعاع تاثیرگذاری مفناطیسی صاعقه که در حدود ۱.۵ کیلومتر بیان می‌گردد توجه نمود.

۳- مطالعات آماری صاعقه زدگی


با توجه به مطالعت آماری که ناسا انجام داده است کشور ایران مورد اصلبت تعداد زیادی صاعقه قرار ندارد هر چند آمار دقیقی در ایران نداریم، ولی در آمریکا حدود ۱۰۰۰ نفر اصابت و ۱۰۰ نفر مرگ گزارش می‌شود. یعنی میزان مرگ آن ۱۰% است. لازم به ذکر است کشور آمریکا از نظر اصابت آذرخش و تندر، در ردیف کشور‌های پرحادثه قرار دارد.

هر قدر به محور استوا نزدیک‌تر شویم بر تعداد آذرخش‌ها افزوده می‌شود، اما در مناطق قطبی به ندرت ممکن است آذرخش رخ دهد. همچنین به دلیل ناپایداری و تلاطم هوا، بهار و پاییز به ترتیب؛ خطرناک‌ترین فصل‌ها از نظر وقوع آذرخش و تندر محسوب می‌شوند.

۱-۳- آیا احتمال برخورد صاعقه به مردان با زنان فرق می‌کند؟


در کمال تعجب جواب این سؤال مثبت است!
طبق آمار، احتمال برخورد صاعقه به مردان ۴/۵ برابر بیشتر از زنان است. اما دلایل بیولوژیکی که برای توجیه این مسئله ذکر می‌شود از میزان بیشتر آهن در جمجمه مردان گرفته تا خصوصیات رسانایی هورمون تستوسترون، همگی چیزی بیش از یاوه سرایی نیست. حقیقت امر ساده‌تر از این حرفهاست و باعرض معذرت خدمت تمامی آقایان محترم، ناشی از حماقت مردان است: ″ میزان خطر کردن مردان در هوای توفانی بیشتر از زنان است. ″ واقعیت این است که مردان تمایل کمتری دارند تا بخاطر آب و هوای بد، کاری را که مشغول انجام آن هستند رها کنند. اصرار آن‌ها به ادامه تفریحاتی مانند ماهیگیری، اردو زنی، شکار و کوهنوردی در آب و هوای نامساعد باعث آسیب پذیری بیشتر آن‌ها می‌شود.

۴- کلام آخر

مطالعات آماری، حاکی از این مطلب است که هر چند کشور ایران دارای مناطق کوهستانی و کویری است و احتمال برخورد صاعقه در مناطق کوهستانی و مرتفع بیش از دیگر مناطق است. ولی ایران جزو مناطق صاعقه خیز در دنیا به حساب نمی‌آید. اما نمی‌توان با تکیه بر این گزارشات از رعایت اصول ایمنی و استاندارد‌های مربوط به صاعقه و صاعقه زدگی سر باز زد. زیرا همانطور که می‌دانیم با یک هزینه بسیار پایین، نصب صاعقه گیر و اداوات مربوطه، مطابق با استاندارد، می‌توان از وقوع یک فاجعه در مقیاس بزرگ جلوگیری نمود. فجایعی که می‌تواند خسارات جانی (جبران ناپذیر) و مالی را در برخورد حتی یک صاعقه در مدت زمان کمتر از یک ثانیه در پی داشته باشد؛ که از این نمونه‌ها می‌توان به نقل از CNN "به اصابت صاعقه به یکی از دیتاسنتر‌های گوگل در کشور بلژیک اشاره نمود که گوگل اعلام کرده برخی اطلاعات این دیتاسنتر پس از برخورد ۴ بار صاعقه از بین رفته است. "