A zivatarfelhő és a villámlás

Kellemes időben hajóval a vízen ringatózni az egyik legkellemesebb nyári elfoglaltság, ám jöhet egy villámlással kísért hirtelen vihar, amikor össze kell szednie magát a legénységnek.

Most megismerkedhetünk a zivatarfelhővel és a villámok fajtájával. A Cumulonimbus (Cb) a zivatarfelhő, amelynek a magassága 300-tól 6000 méterig vagy még magasabbra terjedhet. Hatalmas, masszív, feltornyosuló felhőtömeg, amely a troposzféra felső határát is elérheti, de azon túl csak ritkán terjedhet, hiszen ott megszűnnek a vertikális légmozgások. A felhő ezen a szinten szétterülhet.

A hatalmas vertikális kiterjedésére jellemző, hogy a mérsékelt övben a felhőtető 10-14 km magasan van, de a trópusi övezetben a 18-20 km-t is elérheti. Az alapja sötét, míg a felhő teteje fényes fehér. A felhő napsütötte oldala ragyogó fehér, az árnyékos oldala viszont sötétszürke is lehet. Az alapja rendszerint szakadozott, alatta gyakran alacsony, tépett, szétszaggatott felhőfoszlányok, foszlányos réteg- vagy gomolyfelhők figyelhetők meg. Vízcseppek, túlhűlt cseppek, jégkristályok, hópelyhek, dara, jégszemek egyaránt alkothatják. A Cumulonimbus gyakran okoz erős esőzést, zivatart, záporesőt, havazást vagy jégesőt, amelyet sokszor villámlás és mennydörgés kísér. A felhőalapból zivatar idején gyakran jól láthatóan csapadéksávok ereszkednek alá.

A zivatarfelhő nemcsak függőleges, hanem vízszintes irányban is nagy kiterjedésű lehet. A magányos feláramlási toronyból álló, úgynevezett egycellás zivatarfelhő képződhet, de általában számos feláramlási torony van együtt egymás mellett. A zivatarfelhők csoportosulását multicellás zivatarnak nevezzük. Ezek hosszan elnyúló zivatarrendszerbe fejlődhetnek, amelyek nagyobb területen képesek pusztítani. Ha a zivatarfelhő forgó mozgást végez, veszélyes „szupercella” alakul ki belőle. A trópusi ciklonokat is zivatarfelhők összessége alkotja, ám ezek kialakulását számos olyan tényező befolyásolja, amely csak a trópusi óceáni területeken jellemzők.

A zivatarfelhőben a heves fel- és leáramlások nagyobb méretű jégszemeket is képesek magukkal sodorni. A feláramlások sebessége 30-40, szupercellában azonban 180 km/h is lehet. A zivatarfelhőben és környékén erős turbulens szélrohamok alakulhatnak ki, heves lehet a csapadékhullás (ami jelentősen rontja a tengeren a láthatóságot), ezeket a jelenségeket pedig villámlás kíséri.

Alapvető villámtípusok
Felhő és föld közötti villám. A nagy energiájú lecsapó vagy felhő-föld villám eléri a földfelszínt. Kialakulásakor a térerősség már annyira megnő a felhő és a talaj között, hogy a levegő már nem tudja tovább elszigetelni a két ellentétes töltésű pontot, ezért első lépésben kialakul egy csatorna. Az elektromosan vezető csatornák kialakulási folyamatának végén a felhő és a földfelszín összekapcsolódik egy vagy több elektromosan vezető csatornán keresztül, amin először egy gyengébb „elővillám” fut végig, majd egy vagy több erősebb töltésáramlás megy végbe, gyakran ugyanazon a csatornán, hiszen abban a pillanatban azon a legkisebb az elektromos ellenállás. A negatív villámok a zivatarfelhő negatív töltésű tartománya és a hozzá képest pozitív töltésű talaj között jönnek létre. Ritkábban láthatunk pozitív villámokat, amelyek a felső, a felhő pozitív töltésű rétege és a talaj között jönnek létre. Ezeknek az áramerőssége nagyobb is a negatívoknál, jellemzően néhány száz kA. A lecsapó villámok hossza általában néhány km, de csak az alsó pár száz méternyit vagy 1-2 kilométernyit látunk belőle, hiszen a felső töltésközpont 6-8 km magasan van.

Föld és felhő közötti villám. Ezek a földfelszínről felfelé, a felhő felé terjednek. Főként a kiemelkedő, hegyes részekből kis lépésekben indul meg a pozitív előjelű elektromosság cikcakkos áramlása a felhő felé, de azt sohasem éri el.

Felhőn belüli vagy felhők közötti villám. Ez az úgynevezett felhővillám a felhőn belül jön létre, a fénye kevésbé éles és nem vonalszerű, hanem a felhőt belülről világítja meg. A felhő-felhő villámok általában kisebb energiájúak és a felhők eltérő töltöttségű részei között jönnek létre. Hosszuk elérheti a több 10 km-t is. A villámok 75 százaléka felhőn belül zajlik le.

A zivatarfelhő felső, pozitív töltésű részéből, az üllőből a talajba csapó villám (anvil to ground). Egy ilyen a kiindulási pontjától horizontálisan nagy távolságra is lecsaphat, akár a zivatarfelhő mellé is. (Lehet, hogy innen ered a „derült égből villámcsapás” szólásunk.)

A villámlás alkalmával átlagosan 180 kWh energia szabadul fel. A kisülésben szállított töltésmennyiség mindössze 1-2 coulomb, az átlagosan 0,2 másodpercig tartó kisülési időtartam alatt 30-40 ezer amperes áramerősség lép fel. A villám sebessége 180 km/s, a hőmérséklete elérheti a 30 ezer Kelvint.

Horváth Csaba

(Cikkünk eredetileg és teljes terjedelmében az Aqua Magazin 148. számában jelent meg. Fizessen elő rá, hogy ne maradjon le exkluzív tartalmainkról!)