Введение

Электрический разряд между атмосферой и землей

Удар молнии или молния – это событие, при котором происходит электрический разряд между атмосферой и землей. Большинство ударов молнии возникают в кучево-дождевом облаке и заканчиваются на земле, называясь молнией "облако-земля" (CG). Менее распространенный тип удара, молния "земля-облако" (GC), – это молния, распространяющаяся вверх, инициированная от высокого заземленного объекта и достигающая облаков. Около 25% всех событий, связанных с молнией, во всем мире – это удары между атмосферой и земными объектами. Большинство из них – внутриоблачные (IC) молнии и молнии "облако-облако" (CC), при которых разряды происходят только в верхних слоях атмосферы. Молния поражает средний коммерческий самолет не реже одного раза в год, но современная инженерия и конструкция позволяют избежать серьезных проблем. Движение самолета сквозь облака может даже спровоцировать удар молнии. Одно событие, связанное с молнией, называется "вспышкой" и представляет собой сложный многоступенчатый процесс, некоторые аспекты которого до конца не изучены. Большинство CG-вспышек "поражают" только одно конкретное место, называемое "точкой приземления". Основной проводящий канал, яркий, извилистый свет, который можно увидеть и который называют "ударом", имеет диаметр всего около одного дюйма (около 2,5 см), но из-за своей экстремальной яркости он часто кажется намного больше человеческому глазу и на фотографиях. Разряды молнии обычно простираются на несколько километров, но некоторые типы горизонтальных разрядов могут достигать десятков километров в длину. Вся вспышка длится лишь долю секунды.

Электрические и конструктивные повреждения

Телефоны, модемы, компьютеры и другие электронные устройства могут быть повреждены молнией, поскольку опасный импульсный ток может достичь их через телефонный разъем, кабель Ethernet или электрическую розетку. Прямые удары молнии также могут генерировать электромагнитные импульсы (ЭМИ), особенно при "положительных" разрядах. Молниевые токи характеризуются очень быстрым временем нарастания, порядка 40 кА за микросекунду. Следовательно, хотя молния представляет собой форму постоянного тока, проводники, по которым протекают такие токи, демонстрируют выраженный поверхностный эффект, как и при переменном токе, из-за чего большая часть тока течет по внешней поверхности проводника. Помимо повреждения электрической проводки, следует учитывать и другие возможные виды повреждений, такие как структурные повреждения, пожары и повреждение имущества.

Профилактика и смягчение последствий

Область систем молниезащиты – это огромная отрасль во всем мире, обусловленная воздействием молний на сооружения и деятельность человека. Молния, с ее свойствами, варьирующимися в широчайшем диапазоне, может вызывать прямые эффекты или вторичные последствия; приводить к полному разрушению объекта или процесса, или же просто к выходу из строя удаленного электронного датчика; может стать причиной остановки работ на открытом воздухе из соображений безопасности персонала при приближении грозы и до тех пор, пока она полностью не минует территорию; может воспламенить легковоспламеняющиеся товары, хранящиеся в больших количествах, или нарушить нормальную работу оборудования в критические моменты времени. Большинство устройств и систем молниезащиты предназначены для защиты физических сооружений на земле, за исключением самолетов в полете. Хотя предпринимались попытки контролировать молнии в атмосфере, все они оказались крайне малоэффективными. Были разработаны концепции использования рассеянных дипольных отражателей и кристаллов йодистого серебра для непосредственного воздействия на грозовые ячейки, с применением их распыления непосредственно в облаках с самолета. Рассеянные дипольные отражатели предназначались для воздействия на электрические проявления грозы изнутри, а метод засеивания йодистым серебром – для воздействия на механические силы, возникающие в грозе.

Системы защиты

Сотни устройств, включая молниеотводы и системы передачи заряда, используются для снижения ущерба от молнии и изменения траектории разряда. Молниеотвод (или молниезащитный элемент) – это металлическая полоса или стержень, соединенный с землей посредством проводников и системы заземления, предназначенный для обеспечения предпочтительного пути к земле в случае попадания молнии в сооружение. Класс этих изделий часто называют "финиалом" или "воздушным терминалом". Молниеотвод, или "стержень Франклина" в честь его известного изобретателя Бенджамина Франклина, представляет собой просто металлический стержень, и без подключения к системе молниезащиты, как это иногда случалось в прошлом, не обеспечивает дополнительной защиты сооружения. Другие названия включают "молниеприемник", "арестор" и "разрядник"; однако со временем эти названия стали использоваться в других продуктах и отраслях, связанных с молниезащитой. Например, арестор часто относится к предохранительным звеньям, которые взрываются при ударе молнии в высоковольтную линию электропередач, чтобы защитить более дорогостоящие трансформаторы, разрывая цепь. По сути, это была ранняя форма мощного устройства защиты от импульсных перенапряжений. Современные аресторы, изготовленные из оксидов металлов, способны безопасно отводить аномально высокие импульсы напряжения в землю, предотвращая при этом короткое замыкание нормального напряжения системы на землю. В 1962 году ВВС США установили защитные комплексы вышек отвода молнии на всех итальянских и турецких базах, где размещались ядерные ракеты Jupiter MRBM, после двух ударов молнии, которые частично привели ракеты в боевую готовность.

Системы мониторинга и предупреждения

Точное место удара молнии и время его возникновения пока невозможно предсказать. Однако продукты и системы различной сложности были разработаны для оповещения людей, когда вероятность удара возрастает выше установленного уровня, определяемого оценкой риска, учитывающей условия и обстоятельства конкретного места. Значительный прогресс был достигнут в области обнаружения вспышек как наземными, так и спутниковыми средствами наблюдения. Сами удары и атмосферные вспышки не предсказываются, но детализация данных, регистрируемых этими технологиями, значительно возросла за последние 20 лет. Хотя молнии обычно ассоциируются с грозами вблизи, они могут произойти и в день, кажущийся безоблачным. Это явление известно как "удар из ясного неба" – молния может ударить на расстоянии до 16 километров от облака. Молния значительно сильнее влияет на сигналы радиостанций с амплитудной модуляцией (AM), чем на сигналы с частотной модуляцией (FM), что позволяет легко оценить интенсивность локальных ударов молнии. Для этого следует настроить стандартный средневолновый AM-приемник на частоту, на которой нет передающих станций, и прислушаться к потрескиванию на фоне статического шума. Более сильные или близкие удары молнии также вызовут потрескивание, даже если приемник настроен на радиостанцию. Поскольку низкие частоты распространяются по земле дальше, чем высокие, более низкие частоты средневолнового (MW) диапазона (500–600 кГц) могут обнаруживать удары молнии на больших расстояниях; использование длинноволнового диапазона (153–279 кГц), если он доступен, может еще больше увеличить дальность обнаружения. Разработаны системы обнаружения молнии, которые могут быть развернуты в местах, где удары молнии представляют особую опасность, например, в общественных парках. Эти системы предназначены для обнаружения условий, которые, как считается, способствуют возникновению ударов молнии, и для предупреждения находящихся поблизости людей, чтобы они могли укрыться.

Заметные события

Все события, связанные с или подозреваемые в причинении ущерба, называются "молниеносными происшествиями" из-за четырех важных факторов. Судебно-медицинские доказательства поражения молнией, даже в наиболее тщательно изученных случаях, бывают минимальными (яма в металле меньше кончика ручки) или неубедительными (потемнение). Объект, в который попала молния, может взорваться, или последующий пожар уничтожает любые незначительные доказательства, которые могли быть доступны сразу после удара. Причиной травм, возгораний или повреждений могут быть не только канал вспышки и сам разряд, но и, например, токи растекания по земле или взрыв горючих веществ. Человеческое восприятие не способно уловить столь короткие, как миллисекунды, вспышки молнии, а способность людей наблюдать это событие ограничена неспособностью мозга адекватно его осмыслить. Системы обнаружения молний, как спутниковые, так и наземные, постепенно внедряются, но их точность все еще составляет от сотен до тысяч футов, что редко позволяет точно определить место удара. Поэтому часто невозможно сделать однозначный вывод, хотя вероятность участия молнии высока, и поэтому классификация события как "молниеносного происшествия" позволяет охватить все возможные варианты.

Земля

1660-е годы: в 1660 году молния подожгла пороховой склад в замке Осака, Япония, что привело к взрыву и пожару. В 1665 году молния вновь ударила в главную башню замка, вызвав пожар, который впоследствии сжег его до основания. 1769: В Брешии, Италия, произошел трагический случай с ударом молнии. Молния ударила в церковь Святого Назария, воспламенив 90 тонн пороха в ее подвалах; в результате взрыва погибло 3000 человек и была разрушена шестая часть города. 1901: В Чикаго 11 человек погибли и один остался парализованным ниже пояса в результате удара молнии. 1902: Удар молнии повредил верхнюю часть Эйфелевой башни, потребовав ее реконструкции. 12 июля 1970 года: Центральная мачта радиопередатчика Орлунда в центральной Швеции рухнула после того, как удар молнии разрушил ее фундаментный изолятор. 30 июня 1980 года: В начальной школе Биего в Кении, в современном округе Ньямира, погибли 11 учеников в результате удара молнии. Еще 50 учеников получили ранения, а многие другие испытали психологическую травму. 2 ноября 1994 года: В Дурунке, Египет, удар молнии привел к взрыву топливных резервуаров, в результате чего погибло 469 человек. 31 октября 2005 года: На ферме в Фернбруке, недалеко от Дорриго, Новый Южный Уэльс, в результате удара молнии погибло 68 молочных коров. Три другие коровы были временно парализованы на несколько часов, но впоследствии полностью выздоровели. Коровы укрывались под деревом, в которое ударила молния. Сопротивление почвы обычно выше, чем сопротивление тканей животных. Когда в почву высвобождается огромное количество энергии, даже несколько метров по ноге животного, через его тело и вниз по другим ногам, сопротивление электрическому току значительно снижается, и через животное протекает пропорционально больший ток, чем через почву, на которой оно стоит. Это явление, называемое повышением потенциала земли, может вызвать серьезный и опасный электрический шок, достаточный для того, чтобы убить крупных животных. Июль 2007 года: В результате удара молнии в отдаленной горной деревне Ушари-Дара на северо-западе Пакистана погибло до 30 человек. 8 июня 2011 года: 77 курсантов военно-воздушных сил были госпитализированы после удара молнии во время тренировочного лагеря в Кэмп-Шелби, штат Миссисипи. Февраль 2013 года: Девять южноафриканских детей были госпитализированы после удара молнии на крикетном поле в их школе, в результате чего пятеро детей, игравших на поле, и четыре девочки, шедшие домой, получили ранения. Май-июнь 2016 года: Фестиваль Rock am Ring возле Франкфурта был отменен после того, как по меньшей мере 80 человек получили ранения от ударов молнии в этом районе. Кроме того, 11 детей во Франции и трое взрослых в Германии получили ранения, а один человек погиб в южной Польше примерно в те же дни. 26 августа 2016 года: Стадо диких северных оленей было поражено молнией на плато Хардангервидда в центральной Норвегии, в результате чего погибло 323 оленя. Представитель Норвежского агентства по окружающей среде Кьяртан Кнутсен заявил, что никогда раньше не слышал о таком большом количестве погибших животных. Он отметил, что не знает, было ли несколько ударов, но все они погибли "в один момент". 2017: Впервые в истории была зафиксирована ЭКГ удара молнии у подростка мужского пола с имплантированным кардиомонитором для диагностики нейрокардиогенного синкопа. 2018: В церкви адвентистов седьмого дня в Руанде в результате удара молнии погибло по меньшей мере 16 человек и десятки получили ранения. 2021: В результате удара молнии в поле в Блэкпуле, Англия, погиб 9-летний мальчик. 2021: В апреле в Индии в результате ударов молнии за выходные погибло по меньшей мере 76 человек; 23 человека погибли на сторожевой башне форта Амер, популярного туристического места в Раджастане, и 42 человека погибли в Уттар-Прадеше, причем наибольшее количество жертв (14 человек) пришлось на город Аллахабад. Еще 11 человек погибли в Мадхья-Прадеше, двое из них погибли, укрываясь под деревьями во время выпаса овец. 2021: 4 августа 17 человек погибли от удара молнии в Шибгандж Упазиле района Чапайнавбгандж в Бангладеш; 16 человек погибли на месте, а один умер от сердечного приступа, увидев произошедшее. 2022: 4 августа 3 человека погибли и еще один получил ранения после удара молнии в дерево на площади Лафайетт в Вашингтоне, округ Колумбия. 2022: 5 августа молния ударила в топливный резервуар на нефтехранилище в Матансасе, вызвав пожар и серию взрывов, в результате которых погиб по меньшей мере один человек и до 125 получили ранения. Кроме того, сообщается о пропаже 17 пожарных. 2022: 18 августа в результате удара молнии в дерево в Винтер-Спрингс, штат Флорида, погибла женщина и двое человек были госпитализированы. 2023: 18 сентября на пляже в Мичоакане, Мексика, молния убила мексиканского туриста и местного продавца гамаков.

В полете

Самолеты обычно подвергаются ударам молнии без повреждений, при этом типичный коммерческий самолет поражается молнией как минимум раз в год. 5 мая 2019 года: рейс 1492 авиакомпании "Аэрофлот", выполнявшийся на самолете "Сухой Суперджет 100", по словам командира экипажа, был поражен молнией при взлете, что привело к повреждению электрических систем и вынудило пилотов предпринять попытку аварийной посадки. Самолет совершил жесткую посадку и загорелся, охватив пламенем весь фюзеляж на взлетно-посадочной полосе. Из 78 находившихся на борту человек 41 погиб.

Самый пострадавший человек

Рой Салливан, рейнджер национального парка, умер в 1983 году и является обладателем рекорда Книги рекордов Гиннесса за то, что пережил семь ударов молнии. Он получил многочисленные травмы по всему телу.

Самая длинная молния

Молния, зафиксированная в 2020 году на юге Соединенных Штатов, установила рекорд как самый длинный зарегистрированный разряд молнии. Она простиралась на 477 миль (768 километров) над штатами Миссисипи, Луизиана и Техас, однако произошла между облаками и не достигла земли. Всемирная метеорологическая организация подтвердила этот рекорд в январе 2022 года.