Proč v atmosféře vznikají blesky?
Blesk jako jeden z nejpůsobivějších projevů počasí tvoří nerozlučnou součást českého léta. Proč ale blesky vůbec vznikají a k čemu jsou dobré?
Je nutné si uvědomit, že atmosféra má jisté elektrické vlastnosti i mimo bouřku (přišlo se na to dokonce už v 18. století). Vrstva atmosféry od 60 km do cca 1000 km se označuje jako ionosféra, která je zajímavá třeba tím, že na ní dochází k odrazu rádiových vln. Současně je elektricky vodivá – obsahuje velké množství iontů (může za to hlavně kosmické záření), a nabitá je přitom kladně. Druhou vodivou vrstvu představuje zemský povrch, který je naopak nabit záporně. Vzniká tedy jakýsi zemský sférický kondenzátor. Mezi ionosférou a povrchem je vrstva vzduchu, který je sice obecně elektrickým izolátorem, ale ne dokonalým – jinými slovy, teče jím proud a to i za pěkného počasí bez výskytu jakýchkoliv oblaků. Kdyby nepůsobilo nic jiného, vybil by tento proud zmiňovaný sférický kondenzátor Země velice rychle – vyrovnaly by se tedy náboje na povrchu a ve výšce. Protože ale elektrické pole zůstává za klidného ovzduší konstantní, musí existovat nějaký kompenzující mechanismus dobíjející onen kondenzátor. A tímto mechanismem jsou hlavně blesky, resp. bouřková činnost.
V bouřkových oblacích, které jsou typické velkým vertikálním rozsahem, dochází ke vzniku dvou hlavních center elektrického náboje – záporného v dolní části a kladného v horní části cumulonimbů. Tento záporný náboj indikuje na povrchu země náboj kladný (což je opak běžně existujícího stavu). Pod bouřkovými oblaky se tedy vytváří elektrické pole opačného směru než za normálních podmínek, navíc toto pole je o několik řádu silnější než v případě klidného ovzduší. Pro srovnání – za běžných podmínek má elektrické pole intenzitu kolem 130 voltů na metr, při bouřkách může dosáhnout až 170 000 voltů na metr!
Zmíněná centra náboje v bouřkových oblacích vznikají během jejich vývoje – uvnitř nich panuje turbulentní prostředí, kde dochází ke vzájemným srážkám přechlazených kapiček vody a ledových krystalků, přičemž malé částečky ledu se nabíjejí kladně, větší srážkové částice naopak záporně (obr. 1). Díky vertikálním pohybům uvnitř oblaku pak dochází k postupné separaci těchto dvou nábojů opačného znaménka – lehčí a kladně nabité částečky se hromadí v horní části, zatímco těžší a záporně nabité částice ve spodní části mraku. Blízko základny někdy vzniká i podružné centrum kladného náboje, ale slabší než ostatní dvě centra (obr. 2).
Obr. 1: Uvnitř bouřkového mraku dochází v turbulentním prostředí k vzájemným srážkám srážkových částic, při kterých se přenáší i část elektrického náboje, zdroj: NOAA
Obr. 2: Vznik center oblačných nábojů v bouřkovém oblaku, zdroj: NOAA
Na dobíjení se podílí zhruba 16 miliónů bouřek, které se na světě vyskytnou za rok. V každém okamžiku se na Zemi odehrává zhruba 1800-2000 bouřek, za sekundu se objeví minimálně 40 blesků (některé studie ale udávají až 100 blesků). Největší šanci na úder blesku do země mají v tropických oblastech. Dříve se za hlavní oblast považovala střední Afrika (Demokratická republika Kongo, okolí Viktoriina jezera obr. 3). V poslední době se ale prvenství připisuje severozápadní Venezuele, oblasti u jezera Maracaibo, kde se podle některých zdrojů blýskne až 1 200 000 krát za rok! Do země zde udeří v průměru 233 krát na 1 kilometr čtvereční. Pro srovnání – v Česku registrujeme zhruba 2-4 údery za rok na 1 kilometr čtvereční a to zpravidla v letní polovině roku. V zimě se blesková aktivita odehrává spíš na jižní polokouli, díky vodivosti ionosféry i zemského povrchu ale zůstává rozdělení náboje zachováno i v našich oblastech.
Obr. 3: Průměrný počet úderů blesků do země za rok (na 1 km2) - červená barva značí oblasti s největší počtem, zdroj: Geology.com
Na závěr ještě poznámka týkající se výskyt blesků – obecně se bouřky a tedy i blesky spojují s oblakem druhu cumulonimbus. Nicméně neznamená to, že ostatní druhy oblaků nemají elektrické vlastnosti. Jenže vzhledem k podstatně méně intenzivním vertikálním pohybům v nich nedochází k tak výrazné separaci center náboje, mezi kterými by pak následně vznikl blesk. Je ale nutné zdůraznit, že v některých hraničních případech (přeměna cumulonimbu na nimbostratus), není vyloučený výskyt blesku i v ne zrovna typicky vypadajícím cumulonimbu.
Je nutné si uvědomit, že atmosféra má jisté elektrické vlastnosti i mimo bouřku (přišlo se na to dokonce už v 18. století). Vrstva atmosféry od 60 km do cca 1000 km se označuje jako ionosféra, která je zajímavá třeba tím, že na ní dochází k odrazu rádiových vln. Současně je elektricky vodivá – obsahuje velké množství iontů (může za to hlavně kosmické záření), a nabitá je přitom kladně. Druhou vodivou vrstvu představuje zemský povrch, který je naopak nabit záporně. Vzniká tedy jakýsi zemský sférický kondenzátor. Mezi ionosférou a povrchem je vrstva vzduchu, který je sice obecně elektrickým izolátorem, ale ne dokonalým – jinými slovy, teče jím proud a to i za pěkného počasí bez výskytu jakýchkoliv oblaků. Kdyby nepůsobilo nic jiného, vybil by tento proud zmiňovaný sférický kondenzátor Země velice rychle – vyrovnaly by se tedy náboje na povrchu a ve výšce. Protože ale elektrické pole zůstává za klidného ovzduší konstantní, musí existovat nějaký kompenzující mechanismus dobíjející onen kondenzátor. A tímto mechanismem jsou hlavně blesky, resp. bouřková činnost.
V bouřkových oblacích, které jsou typické velkým vertikálním rozsahem, dochází ke vzniku dvou hlavních center elektrického náboje – záporného v dolní části a kladného v horní části cumulonimbů. Tento záporný náboj indikuje na povrchu země náboj kladný (což je opak běžně existujícího stavu). Pod bouřkovými oblaky se tedy vytváří elektrické pole opačného směru než za normálních podmínek, navíc toto pole je o několik řádu silnější než v případě klidného ovzduší. Pro srovnání – za běžných podmínek má elektrické pole intenzitu kolem 130 voltů na metr, při bouřkách může dosáhnout až 170 000 voltů na metr!
Zmíněná centra náboje v bouřkových oblacích vznikají během jejich vývoje – uvnitř nich panuje turbulentní prostředí, kde dochází ke vzájemným srážkám přechlazených kapiček vody a ledových krystalků, přičemž malé částečky ledu se nabíjejí kladně, větší srážkové částice naopak záporně (obr. 1). Díky vertikálním pohybům uvnitř oblaku pak dochází k postupné separaci těchto dvou nábojů opačného znaménka – lehčí a kladně nabité částečky se hromadí v horní části, zatímco těžší a záporně nabité částice ve spodní části mraku. Blízko základny někdy vzniká i podružné centrum kladného náboje, ale slabší než ostatní dvě centra (obr. 2).
Obr. 1: Uvnitř bouřkového mraku dochází v turbulentním prostředí k vzájemným srážkám srážkových částic, při kterých se přenáší i část elektrického náboje, zdroj: NOAA
Obr. 2: Vznik center oblačných nábojů v bouřkovém oblaku, zdroj: NOAA
Na dobíjení se podílí zhruba 16 miliónů bouřek, které se na světě vyskytnou za rok. V každém okamžiku se na Zemi odehrává zhruba 1800-2000 bouřek, za sekundu se objeví minimálně 40 blesků (některé studie ale udávají až 100 blesků). Největší šanci na úder blesku do země mají v tropických oblastech. Dříve se za hlavní oblast považovala střední Afrika (Demokratická republika Kongo, okolí Viktoriina jezera obr. 3). V poslední době se ale prvenství připisuje severozápadní Venezuele, oblasti u jezera Maracaibo, kde se podle některých zdrojů blýskne až 1 200 000 krát za rok! Do země zde udeří v průměru 233 krát na 1 kilometr čtvereční. Pro srovnání – v Česku registrujeme zhruba 2-4 údery za rok na 1 kilometr čtvereční a to zpravidla v letní polovině roku. V zimě se blesková aktivita odehrává spíš na jižní polokouli, díky vodivosti ionosféry i zemského povrchu ale zůstává rozdělení náboje zachováno i v našich oblastech.
Obr. 3: Průměrný počet úderů blesků do země za rok (na 1 km2) - červená barva značí oblasti s největší počtem, zdroj: Geology.com
Na závěr ještě poznámka týkající se výskyt blesků – obecně se bouřky a tedy i blesky spojují s oblakem druhu cumulonimbus. Nicméně neznamená to, že ostatní druhy oblaků nemají elektrické vlastnosti. Jenže vzhledem k podstatně méně intenzivním vertikálním pohybům v nich nedochází k tak výrazné separaci center náboje, mezi kterými by pak následně vznikl blesk. Je ale nutné zdůraznit, že v některých hraničních případech (přeměna cumulonimbu na nimbostratus), není vyloučený výskyt blesku i v ne zrovna typicky vypadajícím cumulonimbu.
Encyklopedie počasí
Přečtěte si další články z naší rozsáhlé encyklopedie počasí, která shrnuje poznatky o meteorologii a počasí. Pochopíte řadu základních meteorologických prvků a způsob vytváření předpovědí počasí.
