Fizyka wyładowań i mechanizm powstawania burz
Burza to jedno z najbardziej spektakularnych, ale zarazem niebezpiecznych zjawisk atmosferycznych. Powstaje w wyniku gwałtownej konwekcji – unoszenia się ciepłego i wilgotnego powietrza w chłodniejsze warstwy troposfery. Prowadzi to do formowania się potężnych chmur pionowych typu Cumulonimbus (chmur burzowych), które mogą sięgać od wysokości kilkuset metrów aż po samą granicę troposfery (nawet 12–15 kilometrów nad ziemią).
Wewnątrz chmury Cumulonimbus panują ekstremalne warunki: silne prądy wznoszące i zstępujące (osiągające prędkości ponad 100 km/h) powodują nieustanne zderzenia kryształków lodu, gradu oraz kropel wody. Tarcie to prowadzi do separacji ładunków elektrycznych. Zazwyczaj dodatnio naładowane cząsteczki lodu unoszą się w górne partie chmury, podczas gdy cięższe, naładowane ujemnie krople i krupki lodowe gromadzą się w jej dolnej części. Gdy różnica potencjałów między chmurą a ziemią lub wewnątrz samej chmury staje się zbyt duża, następuje przebicie dielektryczne powietrza i dochodzi do wyładowania atmosferycznego – pioruna.
Wyróżniamy dwa podstawowe rodzaje błyskawic:
- Wyładowania chmurowe (IC - Intra-Cloud) oraz międzychmurowe (CC - Cloud-to-Cloud): Stanowią większość wszystkich wyładowań w czasie burzy. Zachodzą wewnątrz jednej chmury lub między sąsiednimi komórkami. Objawiają się jako rozbłyski światła na niebie i nie zagrażają bezpośrednio obiektom na ziemi.
- Wyładowania doziemne (CG - Cloud-to-Ground): Następują między chmurą a powierzchnią ziemi. Są niezwykle niebezpieczne, niosąc prąd o natężeniu od kilkunastu do kilkuset tysięcy amperów i temperaturze sięgającej 30 000 °C (pięciokrotnie wyższej niż temperatura powierzchni Słońca). Mogą wywoływać pożary, uszkadzać sieć elektroenergetyczną i są bezpośrednim zagrożeniem dla ludzi.