De ce fulgerele se văd înainte să se audă tunetul

Cuprins:

Ce este fulgerul

Fulgerul reprezintă o descărcare electrică naturală, de foarte scurtă durată și tensiune ridicată. Acest fenomen își are originea în sarcinile electrostatice acumulate într-un nor de ploaie și se produce între nor și sol sau în interiorul lui. Această descărcare electrostatică violentă și bruscă generează o străfulgerare luminoasă și tunetul.

Curenții de aer din interiorul norului sunt extrem de turbulenți. Atunci când picăturile de apă sunt prinse într-un curent ascendent și sunt ridicate la mari altitudini, ele îngheață, transformându-se în mici particule de gheață. Aceste particule se ciocnesc între ele, generând o sarcină electrostatică, iar în acest fel ia naștere o furtună.

În același timp, curenții de aer descendenți împing particulele de gheață dinspre partea superioară a norului spre partea inferioară, iar acolo unde gheața care coboară întâlnește apa care urcă, electronii sunt smulși din structura moleculară. Fenomenul este ceva mai complex, însă rezultatul este un nor cu baza încărcată negativ și vârful încărcat pozitiv. Aceste câmpuri electrice devin foarte puternice, atmosfera acționând ca izolator între cele două zone. Când intensitatea sarcinii electrice depășește proprietățile izolatoare ale atmosferei, se produce fulgerul, relatează nesdis.noaa.gov.

Cum se formează fulgerul

Deoarece sarcinile opuse se atrag, electronii din nor „doresc” să ajungă la protonii din sol, îndreptându-se spre cel mai înalt obiect din apropiere, care poate fi un copac, un zgârie-nori sau girueta unei case ce devine ținta trăsnetului. Odată ce sarcina negativă de la baza norului devine suficient de mare, un flux de sarcină negativă, numit lider în trepte, se îndreaptă spre Pământ. Sarcinile pozitive de la sol sunt atrase de acest lider, astfel încât sarcina pozitivă începe să curgă în sus. Când liderul în trepte și sarcina pozitivă se întâlnesc, un curent electric intens transportă sarcina pozitivă în sus spre nor. Aceste descărcări electrice, denumite fulgere nor-sol sau descărcare de întoarcere, sunt percepute ca străfulgerările luminoase tipice fulgerului reprezintă doar aproximativ 20% din totalul fulgerelor.

Mai există o categorie de fulgere (intra-nor) care alcătuiește 80% din fenomen și care sunt cele pe care nu le observăm întotdeauna. Este vorba despre descărcările care sar dintr-un nor în altul, undeva sus, pe cer.

Câte tipuri de fulger există

Fulgerul nor-nor este descărcarea electrică cel mai frecvent întâlnită, iar în cadrul ei, traseul fulgerului se produce fie în interiorul norului (fulger intra-nor sau IC), fie între doi nori învecinați. Acest tip de fulger reprezintă un pericol pentru avioanele care zboară în apropiere, iar din acest motiv, aeronavele urmează alte rute pentru a evita furtunile și pericolele legate de vânt și descărcările electrice pe care acestea le generează.

Fulgerul termic este un tip de fulger nor-nor a cărui strălucire poate fi observată uneori dincolo de linia orizontului, deși tunetul asociat este prea îndepărtat pentru a putea fi auzit.

În cazul fulgerului nor-sol, cunoscut și ca fulger CG, descărcarea electrică se extinde în jos, către sol, mai exact către copaci, clădiri sau alte obiecte de pe suprafața Pământului. Există de 10 până la 15 ori mai multe descărcări nor-nor decât descărcări care ajung efectiv la sol, însă fulgerul nor-sol poate fi mult mai periculos, adesea chiar mortal. În medie, descărcările CG provoacă anual 20-30 de decese și sute de răniri în Statele Unite, aflăm de pe site-ul UCAR. Uneori, o descărcare nor-sol începe în interiorul norului și se deplasează orizontal pe o distanță considerabilă înainte de a-și croi drum spre sol. Acest tip de descărcare este numit „fulger din senin”, deoarece poate lovi solul la o distanță de până la 10 kilometri față de furtună, într-o zonă unde cerul este senin.

În sfârșit, fulgerul globular este un tip neobișnuit de descărcare electrică, care poate apărea în timpul furtunilor. Acesta se manifestă sub forma unei mici sfere plutitoare, care durează câteva secunde. Deși este rar, fenomenul s-a produs suficient de des încât oamenii de știință să se pună de acord că este real, provenind probabil dintr-o descărcare nor-sol care declanșează o reacție între oxigenul din aer și elementele din sol.

Cum „știe” fulgerul unde să se descarce

Așa cum spuneam, câmpul electric pare să „caute”, la propriu, calea cea mai scurtă și mai facilă pentru a-și elibera sarcina, iar descărcările electrice au loc între nori sau chiar în interiorul aceluiași nor. Însă, fulgerul care ne interesează cel mai mult este cel care se produce între nor și pământ, pentru că pe acesta îl resimțim în mod direct.

Pe măsură ce furtuna avansează deasupra solului, sarcina negativă puternică din nor atrage sarcinile pozitive din sol. Acestea din urmă urcă spre cele mai înalte obiecte din zonă, precum copacii, stâlpii de telefonie sau casele. Un „lider în trepte” de sarcină negativă coboară din nor, căutându-și drumul spre sol. Deși această fază a descărcării electrice este mult prea rapidă pentru a fi percepută de ochiul uman, înregistrări video redate cu încetinitorul, surprind acest fenomen spectaculos. Pe măsură ce sarcina negativă se apropie de sol, o sarcină pozitivă, numită streamer, urcă în întâmpinarea sa. Cele două canale se unesc și astfel se produce descărcarea vizibilă a fulgerului. De multe ori pot fi observate mai multe descărcări succesive pe același traseu, ceea ce dă fulgerului acel aspect pâlpâitor, înainte ca descărcarea electrică să se încheie complet.

Ce este tunetul și ce îl provoacă

Într-o fracțiune de secundă, fulgerul încălzește aerul din jurul său la temperaturi incredibile, care pot atinge până la 30.000°Celsius, adică de 5-6 ori mai fierbinte comparativ cu suprafața Soarelui. Aerul astfel încălzit se dilată exploziv, generând o undă de șoc, în timp ce aerul din jur este comprimat rapid.

Ulterior, pe măsură ce aerul se răcește, acesta se contractă rapid. În apropierea locului unde cade trăsnetul, tunetul poate fi perceput inițial ca un pocnet puternic sau ca o explozie scurtă și ascuțită. Deoarece energia descărcării electrice este eliberată de-a lungul unui traseu în zig-zag și în fracțiuni de secundă, undele acustice provenite din porțiunea cea mai apropiată a canalului fulgerului ajung primele la ureche. După acest sunet inițial, auzul nostru continuă să capteze sunetul din segmentele mai îndepărtate ale canalului fulgerului și ecourile reflectate de nori, munți sau de sol, ceea ce creează vuietul prelungit caracteristic tunetului.”

Este periculos tunetul?

Oricât de puternic ar fi, trebuie să știi că tunetul nu poate răni pe nimeni, deoarece este doar un sunet, iar orice sunet ia naștere din vibrația particulelor. În momentul în care se produce un fulger, acesta determină particulele de aer din jur să vibreze intens. Datorită faptului că fulgerul este extrem de fierbinte, ajungând de până la șase ori mai fierbinte decât suprafața Soarelui, aerul din jurul său se va dilata extrem de rapid, generând și mai multe vibrații pe măsură ce particulele sunt împinse cu forță. Toate aceste vibrații produc o bubuitură puternică, percepută de noi sub forma tunetului.

De ce fulgerul apare înaintea tunetului

În natură, un fulger și tunetul asociat se produc practic în același timp în cadrul unei furtuni. O persoană aflată la sol vede, însă, fulgerul înainte de a auzi tunetul, deoarece lumina, care se deplasează cu o viteză de aproximativ 300.000.000 m/s, este mult mai rapidă decât sunetul, care se propagă cu 340 m/s. Dacă cineva se află la 1.000 de metri distanță de o furtună va vedea fulgerul aproape instantaneu, deoarece lumina parcurge distanța în doar câteva microsecunde, în timp ce tunetul va ajunge abia după circa 3 secunde (n.n. – 1.000 m împărțiți la 340 m/s).

Ca regulă generală, dacă numeri secundele scurse între fulger și tunet și împărți numărul obținut la 3 vei putea estima distanța până la furtună, exprimată în kilometri. De exemplu, dacă tunetul se aude la 9 secunde după observarea fulgerului, furtuna se află la aproximativ 3 km distanță. Dacă fulgerul și zgomotul tunetului sunt aproape simultane, furtuna este foarte aproape.

Potrivit informațiilor publicate pe site-ul Observatorului din Hong Kong, fulgerul este întotdeauna însoțit de tunet. Dacă se observă un fulger fără a se auzi nici un tunet, furtuna se află probabil la mare distanță, iar sunetul a fost deviat în sus pe cer. Cu cât sunetul se propagă pe o distanță mai mare, cu atât va fi mai deviat mai mult de la sol. De regulă, tunetul este rareori auzit de la mai mult de 15 km de locul furtunii.

De ce fulgerul pare mai rapid decât tunetul

Răspunsul la această întrebare ține tot de faptul că lumina se deplasează mai repede decât sunetul. Mai exact, lumina se propagă cu o viteză de 882.353 de ori mai mare decât cea a sunetului. Așa se explică de ce sunetul ajunge la urechile noastre mult mai târziu decât lumina la ochi, deși fulgerul și tunetul se produc aproape simultan. Este nevoie de cinci secunde pentru ca tunetul produs la o distanță de 1,6 km să ajungă la noi, în timp ce fulgerul poate fi văzut chiar și de la 160 km distanță.