Атмосферные явления: град и молния¶

Град — это вид атмосферных осадков, выпадающих в виде частиц плотного льда неправильной формы и различного размера — от нескольких миллиметров до десятков сантиметров. Молния — это гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, возникающий при сильной электризации облаков и сопровождающийся яркой вспышкой света и громом. Оба явления связаны с развитием мощных кучево-дождевых облаков и представляют собой результат сложных термодинамических и электрических процессов в атмосфере.

¶Образование града

Град формируется в мощных кучево-дождевых облаках, которые характеризуются сильными восходящими потоками воздуха. Такие облака имеют значительную вертикальную протяжённость — иногда до 10–15 км, и внутри них температура на разных высотах сильно различается.

¶Механизм роста градин

Процесс начинается с того, что в облаке на большой высоте, где температура ниже 0 °C, образуются ледяные ядра — зародыши будущих градин. Эти ядра могут возникать из замёрзших капель переохлаждённой воды или из снежинок. Ключевую роль играют переохлаждённые капли воды, которые остаются жидкими даже при температуре ниже нуля.

Восходящие потоки воздуха поднимают ледяные ядра вверх, где они сталкиваются с переохлаждёнными каплями. При замерзании этих капель на поверхности ядра образуются слои льда. Чем сильнее восходящий поток, тем дольше градина удерживается в облаке и тем больше слоёв льда успевает нарасти. Когда масса градины становится слишком большой и восходящий поток уже не может её удерживать, она падает на землю.

¶Слоистая структура

На разрезе градины часто видна слоистая структура, напоминающая годичные кольца дерева. Чередование прозрачных и матовых слоёв отражает условия, в которых происходило нарастание: прозрачный лёд образуется при быстром замерзании воды, матовый — при захвате воздуха и снега. Количество и толщина слоёв позволяют судить о траектории движения градины внутри облака.

¶Размеры и опасность

Размеры градин зависят от интенсивности восходящих потоков. Наиболее крупные градины — диаметром 5–10 см и более — встречаются в регионах с жарким климатом, где конвекция особенно сильна. Крупный град способен повреждать посевы, разбивать стёкла, разрушать кровли и представлять опасность для людей и животных. На территории России град наиболее характерен для Северного Кавказа, Поволжья, юга Сибири и других регионов с активной грозовой деятельностью в тёплый период.

¶Образование молнии

Молния возникает в результате накопления электрических зарядов в кучево-дождевых облаках. Причина электризации до конца не изучена, но основную роль отводят столкновениям ледяных кристаллов и переохлаждённых капель, а также процессам замерзания и дробления частиц.

¶Разделение зарядов

В облаке происходит разделение зарядов: в верхней части накапливается положительный заряд, в нижней — отрицательный. Между разноимённо заряженными областями возникает сильное электрическое поле. Когда его напряжённость достигает критического значения, воздух теряет изолирующие свойства и происходит пробой — электрический разряд.

¶Виды молний

Различают несколько типов молний:

• Линейные (туча — земля) — наиболее распространённый и опасный тип, поражающий наземные объекты.
• Внутриоблачные — разряды между разноимённо заряженными частями одного облака.
• Межоблачные — разряды между соседними облаками.
• Шаровые молнии — редкое и малоизученное явление в виде светящегося шара.

Линейная молния развивается ступенчато: сначала формируется слабо светящийся лидерный канал, который продвигается к земле, затем по нему проходит главный разряд — обратный удар, сопровождающийся яркой вспышкой. Сила тока в канале молнии может достигать десятков и сотен тысяч ампер, а температура плазмы — около 30 000 °C, что в несколько раз выше температуры поверхности Солнца.

¶Гром

Резкое расширение воздуха в канале разряда порождает ударную волну, которая воспринимается как гром. Звук распространяется медленнее света, поэтому гром всегда слышен после вспышки. По интервалу между вспышкой и громом можно приблизительно оценить расстояние до грозы: каждые три секунды соответствуют примерно одному километру.

¶Связь явлений и наблюдения

Град и молния часто сопутствуют друг другу, поскольку оба связаны с мощными кучево-дождевыми облаками. Однако не всякая гроза сопровождается градом, и не каждый град — молнией. Для прогнозирования этих явлений применяются метеорологические радиолокаторы, позволяющие обнаруживать зоны интенсивной конвекции, и сети грозопеленгации, фиксирующие электрические разряды.

¶Меры безопасности

При грозе рекомендуется укрываться в капитальных зданиях, избегать открытых пространств, водоёмов и возвышенностей, не приближаться к высоким одиночным деревьям и линиям электропередачи. При граде следует укрыться в помещении или под прочным навесом, защитив голову. Знание механизмов образования этих явлений лежит в основе метеорологических прогнозов и систем предупреждения.

Источники: учебники по метеорологии и физике атмосферы, материалы гидрометеорологических служб, научно-популярные издания по атмосферному электричеству.