Κεραυνοί: Τι είναι - ποια τα είδη τους

Σε όλη τη Γη πέφτουν περίπου 100 κεραυνοί το δευτερόλεπτο. Πόσα είδη κεραυνών υπάρχουν και πού «χτυπάνε»; Καθημερινά ανακαλύπτονται άγνωστες πτυχές του εντυπωσιακού φαινομένου. Ως πρόσφατα γνωρίζαμε ότι οι κεραυνοί είναι «μακρόστενοι» και χτυπούν πάντοτε με φορά από πάνω προς τα κάτω. Οπως φαίνεται όμως τα πράγματα δεν είναι ακριβώς έτσι, αφού τα τελευταία χρόνια έχουν εντοπιστεί κεραυνοί που δεν… ακολουθούν αυτό το «δόγμα». Επίσης εντοπίζονται πλέον κεραυνοί σε σημεία που δεν θα πήγαινε ποτέ το μυαλό μας. Ας ξεκινήσουμε όμως με μερικούς ορισμούς και πληροφορίες.

Γενικές πληροφορίες

• Ο κάθε κεραυνός παράγει τεράστια ισχύ, αλλά η πρακτική αξιοποίηση της είναι αδύνατη εξαιτίας της πολύ μικρής διάρκειας του φαινομένου.
• Η ηλεκτρική αγωγιμότητα της ατμόσφαιρας οφείλεται κυρίως στα θετικά και αρνητικά ιόντα που κινούνται μέσα στο ηλεκτρικό της πεδίο. Η αγωγιμότητα του αέρα αυξάνει σε σχέση με το ύψος. Η διαφορά δυναμικού που προκαλεί τον κεραυνό οφείλεται στα (συνήθως) αρνητικά φορτισμένα ιόντα στα σύννεφα και στα θετικά φορτισμένα ιόντα της ξηράς ή της θάλασσας. Έτσι, δημιουργείται ηλεκτρικό πεδίο και όταν η ένταση του φτάσει σε μεγάλη τιμή, ξεσπά ο κεραυνός με διάτρηση του αέρα και δημιουρία σπινθήρα.
• Κεραυνοί μπορεί να ξεσπάσουν ανάμεσα σε διαφορετικά νέφη, μέσα στο ίδιο νέφος, ανάμεσα σε ένα νέφος και στον αέρα ή από ένα νέφος προς το έδαφος.
• Η διαφορά δυναμικού κατά την έκρηξη ενός κεραυνού είναι πολλά εκατομμύρια Volt και η ένταση του ρεύματος δεκάδες χιλιάδες Αμπέρ!
• Το μήκος ενός κεραυνού φθάνει έως αρκετά χιλιόμετρα και έχει τεθλασμένη ή κυματοειδή μορφή.
• Το πλάτος του σπινθήρα είναι μικρό και φτάνει το πολύ μερικές δεκάδες εκατοστά.
• Η διάρκεια που κρατά ο κεραυνος είναι μικρότερη από ένα δευτερόλεπτο, αλλά θερμοκρασία που αναπτύσσεται είναι 10.000 βαθμοί Κελσίου. Δημιουργεί έντονο ιονισμό των αερίων του αέρα, τα οποία εκπέμπουν φως κατά τη διάρκεια της εκκένωσης (το φαινόμενο της αστραπής). Η υπερβολική θέρμανση του αέρα και η εκτόνωση του δημιουργεί τον δυνατό κρότο που ονομάζουμε βροντή.
• Ο κεραυνος που χτυπά άνθρωπο είναι πολύ πιθανό να προκαλέσει το θάνατο. Κάθε μέρα στον πλανήτη μετρώνται πάνω από 40.000 καταιγίδες οι οποίες δημιουργούν σχεδόν 10.000.000 κεραυνούς!

Τι είναι ο κεραυνός;

Ως κεραυνός ορίζεται η ηλεκτρική εκκένωση, δηλαδή ένας γιγαντιαίος σπινθήρας, που παρατηρείται συνήθως κατά τη διάρκεια καταιγίδων. Αποτελεί την φυσική διαδικασία απομάκρυνσης του ηλεκτρικού φορτίου από τα καταιγιδοφόρα νέφη, τα οποία φορτίζονται μέσω των συγκρούσεων που λαμβάνουν χώρα μεταξύ των εκατομμυρίων σωματιδίων πάγου (παγοκρύσταλλοι, χαλάζι) που περιέχουν. Το τελικό αποτέλεσμα των συγκρούσεων είναι η εμφάνιση θετικού φορτίου στην κορυφή των νεφών και αρνητικού στη βάση τους. Κατ’ αντιστοιχία, στο έδαφος κάτω από τη βάση των νεφών εμφανίζεται θετικό φορτίο. Όταν η διαφορά δυναμικού μεταξύ της αρνητικά φορτισμένης βάσης των νεφών και του θετικά φορτισμένου εδάφους ξεπεράσει ένα ορισμένο όριο, προκαλείται ηλεκτρική εκκένωση και εκδηλώνεται ο κεραυνός.

Τι είναι η βροντή;

Ένας κεραυνός θερμαίνει τον αέρα μέσα από τον οποίο διέρχεται μέχρι και τους 30.000 °C, θερμοκρασία η οποία είναι 5 φορές μεγαλύτερη από τη θερμοκρασία στην επιφάνεια του ήλιου! Αυτή η ακραία θέρμανση προκαλεί την βίαιη διαστολή του αέρα σε σημείο που εκρήγνυται, δημιουργώντας έτσι ένα έντονο ωστικό κύμα το οποίο ταξιδεύει προς όλες τις διευθύνσεις. Αυτό το ακουστικό κύμα ονομάζεται βροντή και εμφανίζεται μετά την εκδήλωση του κεραυνού, λόγω της μεγάλης διαφοράς μεταξύ της ταχύτητας διάδοσης του φωτός και του ήχου.

Σε τι διαφέρει ο κεραυνός από την αστραπή;

Η ηλεκτρική εκκένωση που δημιουργείται είτε μέσα σε ένα νέφος, είτε μεταξύ δύο νεφών ονομάζεται αστραπή, ενώ αν δημιουργηθεί μεταξύ ενός νέφους και του εδάφους ονομάζεται κεραυνός (Εικόνα). Η πλειοψηφία των ηλεκτρικών εκκενώσεων κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας ανήκουν στην πρώτη κατηγορία, ενώ μόλις περίπου το 1/5 αυτών είναι κεραυνοί.

Εμφανίζονται κεραυνοί χωρίς να βρέχει;

Ηλεκτρική δραστηριότητα υπάρχει πάντα όταν εμφανίζονται καταιγιδοφόρα νέφη (σωρειτομελανίες/cumulonimbus), και τις περισσότερες φορές οι καταιγίδες προκαλούν κεραυνούς. Ωστόσο, υπάρχουν περιπτώσεις κατά τις οποίες παρατηρούνται κεραυνοί χωρίς την παρουσία υετού (βροχή, χαλάζι, χιόνι). Σε αυτές τις περιπτώσεις αναφερόμαστε στις λεγόμενες ξηρές καταιγίδες, οι οποίες εμφανίζονται σε περιοχές όπου η ατμόσφαιρα χαρακτηρίζεται από χαμηλά ποσά υγρασίας, με αποτέλεσμα ο υετός των νεφών να εξατμίζεται πριν φτάσει στο έδαφος. Οι κεραυνοί που εκδηλώνονται από ξηρές καταιγίδες αποτελούν συχνά αιτία πρόκλησης δασικών πυρκαγιών.

Μπορούμε να υπολογίσουμε την απόσταση που έπεσε ο κεραυνός;

Επειδή το φως ταξιδεύει πολύ πιο γρήγορα από τον ήχο, μπορούμε ναυπολογίσουμε κατά προσέγγιση την απόσταση του σημείου που βρισκόμαστε από το σημείο που εκδηλώθηκε η πτώση κεραυνού. Μόλις δούμε τη λάμψη, αρχίζουμε και μετράμε τα δευτερόλεπτα που θα μεσολαβήσουν μέχρι να ακούσουμε τον ήχο (τη βροντή). Η ταχύτητα του ήχου είναι γνωστή και σταθερή, ίση με 344 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Έτσι, εάν μεσολαβήσουν για παράδειγμα 10 δευτερόλεπτα μεταξύ λάμψης και βροντής, τότε η απόστασή μας από το σημείο εκδήλωσης της αστραπής είναι 10 επί 344, δηλαδή 3.440 μέτρα (περίπου τρισήμιση χιλιόμετρα).
Για λόγους ευκολίας και μνήμης μπορούμε να πολλαπλασιάζουμε τα δευτερόλεπτα επί 300, που μας δίνει μια αξιόπιστη προσσέγγιση της πραγματικής μας απόστασης από την αστραπή (σε μέτρα).

Τα είδη των κεραυνών

Οι σφαιρικοί κεραυνοί

Για αιώνες, οι άνθρωποι έχουν αναφέρει  παρατηρήσεις αργά περιστρεφόμενων σφαιρών φωτός – συχνά περίπου στο μέγεθος ενός γκρέιπφρουτ – που αιωρούνται πάνω από το έδαφος κατά τη διάρκεια ηλεκτρικών καταιγίδων. Μερικές φορές η μπάλα περνά μέσα από ένα κλειστό παράθυρο ή εμφανίζεται στη μέση ενός δωματίου, αλλά σχεδόν πάντα, εξαφανίζεται μετά από περίπου 10 δευτερόλεπτα.

Ερευνητές στην Κίνα ανέφεραν το 2014 ότι κατέγραψαν σε βίντεο έναν σφαιρικό κεραυνό, ένα μυστηριώδες φαινόμενο για το οποίο υπάρχουν πολλές ανεκδοτολογικές αναφορές αλλά ελάχιστες αξιόπιστες παρατηρήσεις. Η φασματοσκοπική ανάλυση συμφωνεί μάλιστα με μια πρόσφατη θεωρία, σύμφωνα με την οποία οι πύρινες σφαίρες δημιουργούνται όταν ένας κανονικός κεραυνός εξαερώσει τη σκόνη στο έδαφος.
Οι σφαιρικοί κεραυνοί είναι φωτεινές σφαίρες, διαμέτρου από μερικά εκατοστά ως μερικά μέτρα, οι οποίες εμφανίζονται στη διάρκεια καταιγίδων και αιωρούνται λίγο πάνω από το έδαφος για μερικά δευτερόλεπτα. Υπάρχουν μάλιστα αρκετές αναφορές για σφαιρικούς κεραυνούς που έβαλαν φωτιά σε σπίτια ή σκότωσαν ανθρώπους, είναι όμως δύσκολο έως αδύνατον να επιβεβαιωθούν. Για το υποθετικό φαινόμενο έχουν προταθεί διάφορες επιστημονικές θεωρίες: φωτεινές σφαίρες από πλάσμα (ιονισμένο αέριο) οι οποίες μοιάζουν με σφαιρικές αστραπές έχουν δημιουργηθεί στο εργαστήριο, για παράδειγμα βομβαρδίζοντας τον αέρα με ισχυρά μικροκύματα.
Σε μια άλλη περίπτωση, ερευνητές δημιούργησαν τεχνητούς σφαιρικούς κεραυνούς βομβαρδίζοντας με ηλεκτρικές εκκενώσεις μια πλάκα από πυρίτιο. Σύμφωνα με τη θεωρία στην οποία βασίστηκε το πείραμα, η οποία αναπτύχθηκε στο Πανεπιστήμιο του Καντέρμπουρι στη Νέα Ζηλανδία, οι σφαιρικοί κεραυνοί σχηματίζονται όταν τα πυριτικά πετρώματα του εδάφους εξαερώνονται από κεραυνούς.

Η τελευταία, θεωρία που δημοσιεύεται στο περιοδικό Optik, λέει ότι το σφαιρικό κέλυφος είναι γεμάτο από πολύ πεπιεσμένο αέρα, το οποίο κάνει το λευκό φως να περιστρέφεται προς όλες τις κατευθύνσεις όπως μια μπάλα που κυλά γύρω-γύρω στον ουρανό. Οι ερευνητές σημείωσαν ότι η ένταση αυτού του σπάνιου κεραυνού είναι σχεδόν ένα δισεκατομμύριο φορές μεγαλύτερη από έναν κεραυνό που κινείται σε ευθεία γραμμή.

Οι κεραυνοί-εκρήξεις

Οι κεραυνοί-εκρήξεις μοιάζουν σαν να βγήκαν από τον κόσμο των παραμυθιών. Οι λάμψεις είναι κόκκινες, με σχήμα μέδουσας. Είναι εκρήξεις ηλεκτρικού ρεύματος πάνω από καταιγίδες, οι οποίες φαίνονται σαν σφαίρες φωτός που αρχίζουν να ρέουν προς τα κάτω. Φαίνεται ότι προκαλούνται από κεραυνούς που πέφτουν κάτω από τα σύννεφα και δημιουργούν μια ανισορροπία των επιβαρύνσεων πάνω από αυτά. Οι επιστήμονες τους μελέτησαν για πρώτη φορά στην πράξη στα τέλη της δεκαετίας του ’80 και τις αρχές του ’90, αλλά οι πιλότοι τους είχαν δει πάνω από τα σύννεφα πολλές δεκαετίες νωρίτερα. Για να αντιληφτείτε πόσο δύσκολο είναι να τους δείτε λάβετε υπόψη πως διαρκούν 10 χιλιοστά του δευτερολέπτου!

Οι κεραυνοί-ξωτικά

Οι κεραυνοί-ξωτικά είναι εξαιρετικά γρήγοροι και εξαιρετικά φωτεινοί. Όπως και οι κεραυνοί-εκρήξεις μπορείτε να τους δείτε πάνω από τα σύννεφα ακόμη και με το φως της ημέρας. Αλλά αντί για μπάλες εμφανίζονται ως δαχτυλίδια και έχουν πλάτος έως και 300 χιλιόμετρα.

Ο σκοτεινός κεραυνός

Ο σκοτεινός κεραυνός είναι μια περίεργη μορφή που δεν παράγει πολύ ορατό φως. Ενώ ο κανονικός κεραυνός αποτελείται από σχετικά αργά ηλεκτρόνια που μεταφέρουν ηλεκτρικά ρεύματα από τα σύννεφα ή προς το έδαφος, ο σκοτεινός κεραυνός αποτελείται από ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας που συγκρούονται με σωματίδια αέρα για να παράγουν επικίνδυνες ακτίνες γάμμα. Είναι τόσο ισχυροί που μπορούν να «τυφλώσουν» δορυφορικούς αισθητήρες εκατοντάδες μίλια μακριά.

Όταν οι πιλότοι κατευθύνουν τα αεροσκάφη μέσω καταιγίδων, οι σκοτεινοί κεραυνοί στη μέση των σύννεφων μπορούν να προκαλέσουν λάμψεις ακτίνων γάμμα που πλήττουν τους επιβάτες, βομβαρδίζοντας τους με ακτινοβολία ίση με εκείνη που παράγεται από ένα μαγνητικό τομογράφο. Ωστόσο είναι εξαιρετικά σπάνιοι και οι επιστήμονες γενικά πιστεύουν ότι ο κίνδυνος ακτινοβολίας που κρύβουν είναι ελάχιστος, οπότε δεν είναι λόγος να αποφύγετε να πετάτε.

Οι ανάποδοι κεραυνοί

Πριν από λίγα χρόνια εντοπίστηκε ένα άγνωστο ως τότε φαινόμενο να λαμβάνει χώρα στη γήινη ατμόσφαιρα σε ύψος περίπου 80 χιλιομέτρων. Δημιουργούνται κεραυνοί με φορά από κάτω προς τα πάνω, φαινόμενο που είναι εξαιρετικά σπάνιο και πολύ δύσκολα ανιχνεύσιμο. Διεθνής ομάδα ερευνητών πραγματοποίησε πειράματα σε εργαστήριο και υποστηρίζει ότι το φαινόμενο συμβαίνει και σε άλλους πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος. Σε περίπτωση που η ύπαρξη του φαινομένου σε άλλους πλανήτες επιβεβαιωθεί, θα αποτελέσει πολύ σημαντική εξέλιξη αφού, σύμφωνα με τους ειδικούς, οι κεραυνοί αποτελούν μέρος του μηχανισμού δημιουργίας ζωής.
Η επιστημονική κοινότητα έχει προσδώσει στο φαινόμενο τον όρο «γιγάντιοι πίδακες» (gigantic jets) αλλά ως σήμερα το… γιγάντιο αυτό φαινόμενο δεν έχει μελετηθεί επαρκώς. Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Τελ Αβίβ, σε συνεργασία με συναδέλφους τους από άλλα πανεπιστήμια του Ισραήλ αλλά και με επιστήμονες του Πολυτεχνείου της Αϊντχόφεν στην Ολλανδία, θέλησαν να διαπιστώσουν αν το φαινόμενο παράγεται μόνο στη Γη ή αν παρατηρείται και σε άλλους πλανήτες. Οι ερευνητές αναδημιούργησαν εργαστηριακά τις ατμοσφαιρικές συνθήκες που επικρατούν στον Δία, στον Κρόνο και στην Αφροδίτη και κατέληξαν στη διαπίστωση ότι οι «ανάποδοι» κεραυνοί εμφανίζονται και εκεί.

Αρνητικοί και θετικοί κεραυνοί

Η θεωρία για το πώς λειτουργούν οι κεραυνοί είναι ότι καθώς τα σωματίδια πάγου χτυπούν γύρω στα σύννεφα, είτε κερδίζουν είτε χάνουν ηλεκτρόνια για να σχηματίσουν θετικά ή αρνητικά φορτία. Οι λάμψεις που βλέπετε πιο συχνά είναι εκείνες των αρνητικών κεραυνών, οι οποίες συμβαίνουν όταν αυτά τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια στο κάτω μέρος ενός σύννεφου συνδέονται με το έδαφος.

Ο θετικός κεραυνός, από την άλλη πλευρά, αποτελεί μόνο το 5 με 10 % των κεραυνών που βλέπετε. Προέρχεται από τα θετικά φορτισμένα σωματίδια που συγκεντρώνονται στην κορυφή ενός σύννεφου, τα οποία συνήθως καταλήγουν να συνδέονται με τα αρνητικά φορτισμένα στο κάτω μέρος. Αλλά όταν αυτοί ξεφύγουν από το δρόμο, όπως στο τέλος μιας καταιγίδας ή σε έναν ισχυρό άνεμο, ο θετικός κεραυνός μπορεί να χτυπήσει το έδαφος.

Ο θετικός κεραυνός όχι μόνο έχει την τάση να έρχεται όταν η θύελλα φαίνεται πως έχει περάσει, αλλά παράγει επίσης πολύ περισσότερη ενέργεια. Ενώ ο αρνητικός παράγει 300 εκατομμύρια βολτ και 30.000 αμπέρ, ο θετικός μπορεί να παράγει σχεδόν ένα δισεκατομμύριο βολτ και 300.000 αμπέρ. Είναι πιο σπάνιος, αλλά και πιο θανατηφόρος.

Οι κεραυνοί των άστρων

Μια πραγματικά πολύ ενδιαφέρουσα όσο και εντυπωσιακή ανακάλυψη έκαναν επιστήμονες στις ΗΠΑ με τη βοήθεια του διαστημικού τηλεσκοπίου Spitzer. Οι ερευνητές παρατήρησαν 44 καφέ νάνους, κοσμικά σώματα που οι ειδικοί ονομάζουν «αποτυχημένα άστρα». Οπως διαπίστωσαν, στους καφέ νάνους εξελίσσονται ακραίες «καιρικές» συνθήκες. Πιο συγκεκριμένα, οι ερευνητές με επικεφαλής επιστήμονες του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας «είδαν» τρομερές θύελλες σε περίπου 20 καφέ νάνους. Εκτιμούν ότι στους καφέ νάνους μαίνονται πολύ μεγάλης έντασης τυφώνες που συνοδεύονται από εκτυφλωτικές αστραπές με κεραυνούς ενώ επίσης βρέχει λιωμένο σίδερο και «χιονίζει» καυτή άμμο.

Που παρατηρείται η υψηλότερη κεραυνική δραστηρίοτητα;

• Σε ποια περιοχή του κόσμου παρατηρείται η υψηλότερη κεραυνική δραστηρίοτητα;

Η λίμνη Maracaibo στην Βενεζουέλα θα μπορούσε να χαρακτηριστεί ως η παγκόσμια πρωτεύουσα των κεραυνών, καθώς δέχεται ετησίως περισσότερους από 300 κεραυνούς ανά τετραγωνικό χιλιόμετρο. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η έκταση της λίμνης είναι περίπου 13.200 τετραγωνικά χιλιόμετρα, προκύπτει ότι παρατηρούνται περίπου 4.000.000 κεραυνοί ετησίως. Η αιτία αυτής της εξαιρετικά υψηλής κεραυνικής δραστηριότητας οφείλεται στην γεωμορφολογία της περιοχής, η οποία ευνοεί τη δημιουργία ισχυρών καταιγίδων τις βραδινές ώρες, όταν ο ψυχρός και ξηρός άνεμος που προέρχεται από την οροσειρά των Άνδεων συναντάει τον θερμό και υγρό αέρα που βρίσκεται πάνω από τη λίμνη.

• Σε ποιες περιοχές της Ελλάδας και πότε παρατηρούνται συχνότερα οι κεραυνοί;

Η μεγαλύτερη συχνότητα πτώσης κεραυνών στη χώρα μας παρατηρείται στις οροσειρές της Πίνδου και της Ροδόπης, με πολλές ορεινές περιοχές να δέχονται κεραυνούς πάνω από 20 ημέρες ετησίως. Η πλειοψηφία των καταιγίδων πάνω από την ξηρά κατά τη διάρκεια του έτους παρατηρείται τους μήνες μεταξύ Απριλίου και Ιουλίου, ενώ πάνω από τη θάλασσα τους μήνες του φθινοπώρου και λιγότερο συχνά τον χειμώνα. Επιπροσθέτως, κατά μέσο όρο στο Ιόνιο παρατηρούμε πιο έντονη κεραυνική δραστηριότητα από ό,τι στο Αιγαίο, αν και στο Αιγαίο πολλές καταιγίδες σημειώνονται και το καλοκαίρι.

Πηγή: usay.gr, alfavita.gr, tovima.gr, meteoclub.gr