Räägime välgust pilve ja maapinna vahel

Eelmises Horisondis rääkisime põhjustest, miks üldse välku lööb ja müristab. Ning jõudsime järeldusele, et elektrilahendus atmosfääris võib toimuda nii pilve ülemise ja alumise, kahe pilve kui ka Maa ja pilve vahel. Edasi vaatleme just viimast juhtumit.

Olgu öeldud, et kui pilve alumine serv on maapinnast kilomeetri-paari kõrgusel, siis on pinge maapinna ja pilve vahel juba miljon volti! Meenutame, et ionosfääri ja maapinna vahel on vaid umbes 400 000-voldine pinge.

Tasub teada, et kuigi sädelahendus ehk välk kestab vaid umbes ühe kümnendiksekundi, koosneb see mitmest umbes tuhandiksekundisest vooluimpulsist, mis järgnevad üksteisele umbes sajandiksekundiste vaheaegadega.

Vaatleme lahendust kahes etapis: lahenduskanali tekkimine ja voolu kulgemine piki tekkinud kanalit. Selle viimasega kaasnevad ka valgus- ja heliefektid – välk ja müristamine.

Kanali teke algab, kui pilve alaosast Maa poole suunduvad elektronid saavutavad nii suure kiiruse ja kineetilise energia, et nad suudavad õhu molekulidega kokku põrgates neist uusi elektrone välja lüüa. Need omakorda ioniseerivad järgmisi molekule. Tekib laviin – iseseisev gaaslahendus. See, umbes kümne miljoni kilomeetrise tunnikiirusega Maa poole kihutav laviin, mida ka liidriks kutsutakse, peatub umbes 50 meetri läbimisel 50 mikrosekundiks. Kogunud jõudu, teeb ta uue 50-meetrise hüppe ja peatub korraks jälle. Hüpped ei tarvitse seejuures toimud samas suunas. Nii hüpates läheneb liider Maale. Mida lähemal maapinnale, seda suurema jõuga tõmbab ta enda poole maapinnal paiknevaid positiivseid laenguid. Need ronivad nii kõrgele kui võimalik (sellepärast ei tohigi äikeselise ilmaga teravike läheduses viibida). Kui liider on jõudnud talle vastu tõttava positiivse laengu – striimeri – juurde, algab teine etapp: ioonidest moodustunud kanalit pidi hakkab kulgema vool Maast pilve. See vool on tugev (suurusjärgus 100 000 amprit). Seega kulgeb äikese puhul vool hoopis maapinnalt pilve, mitte pilvest maapinnale, nagu sageli arvatakse. See vool ongi üks teguritest, üks halva ilma vooludest, mis ei lase maakeral hea ilma voolude tulemusena oma laengust ilma jääda.

Piksenoole elulugu. Foto: Horisont

Piksenoole elulugu

1. Elektronid liiguvad siksakitades Maa poole.

2. Elektronide negatiivne laeng tõmbab maapinnast positiivseid laenguid enda poole.

3. Kahe laengukanali kohtumisel tekib tugev vool.

4. Positiivse laengu pilve poole liikumisel tekib välk.

Nii saab alguse kõva kärgatus. Foto: Horisont

Kuidas saab alguse kõuekärgatus?

1. Välguvool kuumutab kanalis olevat õhku.Kanalis olev õhk paisub.

2. Paisuv õhk jahtub ja tõmbub kokku.

3. Õhu vahelduv paisumine ja kokkutõmbumine põhjustabki helilaine tekkimise, mida kuuleme müristamisena.

Just selle ülespoole suunduva tugeva vooluga kaasnevad välk ja müristamine. Nii nagu elektrilambis, vabaneb salvestunud elektrienergia valgusena ja soojusena. Soojenemisel aga kehad paisuvad. Õhukanal, kus tugev vool kulgeb, soojeneb umbes 10 000 kraadini, paisub väga kiiresti, surudes ümbritsevat õhku hirmsa jõuga laiali. Paisudes aga kulutab ta energiat ja jahtub ning tõmbub taas kokku. Õhuvõnkeid meie kõrv aga helina tajubki. Valgus, mis läbib sekundis 300 000 kilomeetrit, jõuab silma peaaegu momentaanselt. Seevastu lööklaine, mille vaheldumisi paisuv ja kokkutõmbuv õhk tekitab, läbib sekundis vaid ühe kolmandiku kilomeetrist. Seetõttu tasubki hetkel, kui välku märkad, hakata sekundeid lugema. Sekundite arv jagatud kolmega, annab kauguse, kus välku lõi.

MART KUURME (1948) on Tallinna Reaalkooli füüsikaõpetaja, pedagoogikamagister.