После удара молнии в землю. Всегда ли молния бьет сверху вниз

Существует распространенный стереотип, утверждающий, что молния бьет сверху вниз. Это далеко не так, ведь помимо наземных, существуют еще внутриоблачные молнии и даже молнии, которые существуют только в ионосфере.

Молния представляет собой огромный электрический разряд, ток в котором может достигать сотен тысяч ампер, а напряжение - сотен миллионов ватт. Длина некоторых молний в атмосфере может достигать десятков километров.

Природа молнии

Впервые физическую природу молний описал американский ученый Бенджамин Франклин. В начале 1750-х годов он провел эксперимент по изучению атмосферного электричества. Франклин дождался наступления грозовой погоды и запустил в небо воздушного змея. В змея ударила молния, и Бенджамин пришел к выводу об электрической природе молний. Ученому повезло - примерно в то же время российский исследователь Г. Рихман, тоже изучавший атмосферное электричество, погиб от удара молнии в сконструированный им аппарат.

Полнее всего изучены процессы образования молний в грозовых облаках. Если молния проходит в самом облаке, ее называют внутриоблачной. А если ударяет в землю, она называется наземной.

Наземные молнии

Процесс формирования наземной молнии включает в себя несколько этапов. Сначала электрическое поле в атмосфере достигает своих критических значений, происходит ионизация и наконец, образуется искровой разряд, который ударяет из грозового облака в землю.

Строго говоря, молния бьет сверху вниз лишь отчасти. Сначала из облака по направлению к земле устремляется начальный разряд. Чем ближе он подходит к земной поверхности, тем больше усиливается напряженность электрического поля. Из-за этого навстречу к приближающейся молнии с поверхности Земли выбрасывается ответный заряд. После этого по соединяющему небо и землю ионизированному каналу выбрасывается главный разряд молнии. Он действительно бьет сверху вниз.

Внутриоблачные молнии

Внутриоблачные молнии обычно гораздо больше наземных. Их длина может составлять до 150 км. Чем ближе местность расположена к экватору, тем чаще в ней возникают внутриоблачные молнии. Если в северных широтах соотношение внутриоблачных и наземных молний примерно одинаково, в экваториальной полосе внутриоблачные молнии составляют примерно 90% всех грозовых разрядов.

Спрайты, эльфы и джеты

Помимо обычных грозовых молний, существуют такие малоизученные явления как эльфы, джеты и спрайты. Спрайты представляют собой подобия молний, которые появляются на высоте до 130 км. Джеты формируются в нижних слоях ионосферы и представляют собой разряды в виде синих . Разряды-эльфы тоже имеют конусообразную форму и могут достигать диаметра в несколько сотен километров. Обычно эльфы появляются на высоте около 100 км.

После этой телепередачи “Новостей” с популярностью высоковольтников не могли соперничать даже поп-звезды. Всем хотелось знать, правда ли, что после удара молнии гражданин Китая грохнулся на землю, быстро вскочил, отряхнулся и хотел было двинуться дальше, но вторая молния сбила его с ног еще раз и опять без смертельного исхода. Похожих историй немало. В популярных книжках и журналах вам расскажут о массовом поражении футболистов на стадионе, пассажиров на автобусной остановке, едва ли не целого стада коров на пастбище. Истории жуткие. Десяток человек в больнице. Но в больнице же, - не на кладбище. Может быть опасность молнии сильно преувеличена, если человек в состоянии выдержать ее прямое воздействие? Только кто сказал, что воздействие прямое? Чаще всего это не так.

Разряд молнии сопровождается сильным электрическим током. Даже у средней по силе молнии он близок к 30 000 А, а у мощнейшей едва ли не на порядок больше. В конечном итоге этот ток растекается в грунте по всему объему Земли. Любой молниеприемник обязательно заземляют. Для этого у молниеотвода монтируют заземлитель . Его образует один или несколько подземных заземляющих электродов, вертикальных или горизонтальных. С металлических электродов ток попадает в землю, где, как в любом проводнике, действует закон Ома. Произведение тока на сопротивление дает напряжение, в данном случае напряжение на заземлителе:

Выражение вроде бы привычное, но все-таки не совсем, потому что речь идет о напряжении в земле, которое принято считать нулевым. Ведь для того и заземляют, чтобы не попасть под напряжение. А тут получается с ног на голову, причем не в переносном смысле, а в самом что ни на есть прямом. Напряжение действует на человека через ноги, нормально и твердо стоящие на земле. Такое требует объяснения. И начинать надо с самого простого. Насколько хорошим проводником считается грунт? Ответ кажется очевидным, - безусловно хорошим, если электрики и специалисты по технике безопасности всегда говорят о заземлении. В науке и технике привыкли к конкретным оценкам. Слова много-мало, хорошо-плохо сути дела не поясняют. Качество проводников оценивается их удельным сопротивлением. У хорошего грунта оно близко к 100 Ом*м - в миллиард раз больше, чем у черной стали! Сопоставление более чем убедительное. Выручает очень большой объем, по которому растекается в грунте ток молнии.

Не хочу, чтобы читатель поймал меня на качественном описании и потому сразу перейду к количественным оценкам. Для этого вместо привычного напряжения полезно воспользоваться еще одним параметром из школьной физики. Речь пойдет о напряженности электрического поля. Так называют величину падения напряжения в какой-то среде на единице длины, например, падение напряжения в грунте на длине 1 м. Кстати, длина 1 м - это примерная длина шага взрослого человека. Помните, напряженность измеряют в вольтах на метр. Если электрическое поле в грунте E гр равно 1 В/м, между ногами человека на длине l = 1 м будет действовать напряжение

Время оценить электрическое поле тока молнии в грунте. Представим, что она ударила в стержневой молниеотвод, заземлитель которого выполнен в виде полусферы диаметром d= 0,5 м (кастрюля или казан для плова средних размеров) и закопан в грунт, как это показано на рис. 1. Ток молнии I М будет симметрично стекать с поверхности металлической полусферы, где его плотность составит

Для средней по силе молнии с током 30 000 А в нашем случае получается j M ≈ 7,6×10 4 А/м 2 . Дальше полная аналогия с законом Ома. Чтобы получить напряженность в грунте E гр, надо умножить плотность тока на удельное сопротивление грунта ρ.

Если даже ориентироваться на высоко проводящий грунт (ρ ≈ 100 Ом*м), получается весьма впечатляющая величина 7 600 000 В/м. Напряжение на длине шага 1 м составит здесь почти восемь миллионов вольт. Трудно предположить, чтобы телевизионному китайцу удалось перенести такое без вреда для здоровья. Скорее всего, второй молнии не потребовалось бы.

Величина, которая здесь получена, называется специалистами шаговым напряжением (говорят еще - напряжение шага). Важно понимать, как она меняется в окрестности места удара молнии. Если грунт везде одинаковый, все определяется плотностью тока молнии. По мере удаления от полусферического заземлителя поверхность, через которую протекает ток в силу симметрии так и останется полусферической. а ее радиус r будет непрерывно нарастать. Вместе с ним увеличится площадь полусферической поверхности, "заполненной" током, и соответственно снизится его плотность.

Напряженность электрического поля тоже начнет быстро снижаться

На расстоянии r = 10 м от начальных миллионов в нашем примере останется чуть меньше 5 000 В/м. Это тоже чувствительно, но, как правило, не смертельно, потому что время действия высокого напряжения, как и длительность тока молнии, едва ли больше 0,1 миллисекунды. Высоковольтная подножка может легко сбить с ног, но сил, чтобы подняться, у человека скорее всего хватит.

Если читателю не надоели цифры и он добрался до этой строчки, дальше ему будет легко понять откуда взялась старая рекомендация не прятаться от грозы под большими деревьями. Из-за значительной высоты удар молнии в них наиболее вероятен. При ударе ток потечет по корневой системе дерева как по заземлителю. Вплотную с корнями электрическое поле особенно велико. Ясно, что стоять здесь не рекомендуется, сидеть и особенно лежать тоже, потому что длина человека вдвое больше длины его шага.

Если еще раз вернуться к цифрам, то надо признать, что они нисколько не завышены. Ток молнии даже в 100 000 А особой редкостью не назовешь, да и удельное сопротивление грунта может быть в десятки раз больше использованного в оценках. По этой причине опасное для жизни шаговое напряжение может удерживаться на достаточно большом расстоянии от точки удара молнии. Наконец, во внимание надо принять форму заземляющего электрода. Все оценки выше были сделаны для полусферического заземлителя. Его электрическое поле, как видно из приведенных формул, убывает очень быстро, - обратно пропорционально квадрату расстояния. Чаще же заземлители монтируют из протяженных шин или стержней, мало похожих на полусферу. Их электрическое поле убывает намного медленнее. В результате радиус опасного знакомства с молнией очень заметно увеличивается, иногда, до многих десятков метров. Так объясняют массовые поражения людей на пляже или на футбольном поле.

Перед вами результаты расчета шагового напряжения для типового заземляющего устройства, что рекомендован отечественным нормативом по молниезащите. Он состоит из горизонтальной шины длиной 10 м и трех вертикальных стержней по 5 м - два по краям шины и один у середины. Удельное сопротивление грунта 1000 Ом*м (неувлажненный песок), ток молнии 100 кА. Это мощная молния - у 98% грозовых разрядов ток меньше. Цифры на графике впечатляющие - сотни киловольт непосредственно у заземлителя, свыше 70 кВ на расстоянии 15 м и не меньше 10 кВ на расстоянии 40 м.

Когда в Москве восстанавливали храм Христа Спасителя, проектировщики учли, что при его значительной высоте надо ожидать практически ежегодного удара молнии. Не исключено, что этот удар произойдет в праздничный день, при большом стечении народа на паперти. Чтобы гарантировать безопасность прихожан, пришлось обеспечивать растекание тока молнии по очень разветвленной системе подземных шин, минимизировав тем самым шаговые напряжения.

Сильное электрическое поле в грунте несет еще одну неприятность. Когда напряженность поля поднимается до 1 МВ/м, в земле начинается ионизация. В определенных условиях это приводит к росту плазменного канала, который скользит вдоль поверхности грунта, слегка зарываясь в него. Каналы (а их может быть несколько, как на этой фотографии, полученной в лаборатории) могут продвигаться от места ввода тока молнии

на десятки метров. Фактически их надо рассматривать как продолжение молнии, только не в воздухе, а вдоль поверхности земли. Надо сказать, что они не становятся от этого менее опасными, потому что ток в канале составляет десятки процентов от тока молнии, а температура заведомо выше 6000 0 . Надеюсь, читателю не потребуется большого воображения, чтобы представить себе последствия контакта такого канала с зоной протечек топлива на нефтеналивной эстакаде или с подземным кабелем, например, телефонным либо управляющим микроэлектронной системой.

В засушливый 2010 г центральное телевидение передавало репортаж из полностью сгоревшей в грозу деревни в Омской области. Московская корреспондентка поинтересовалась у деревенских бабушек: “Почему не гасили?”. Те ответили хором; “Страшно было - стрелы огненные по земле ползали”. Взгляните еще раз на снимок. Правда, похоже? Опасались бабушки не напрасно. Электрическое поле у искровых каналов мало чем отличается от поля у металлических шин. Сближение с ними легко может закончиться гибелью.

Представленного достаточно, чтобы убедиться в изобретательности молнии. Вы устроили надежную защиту сверху при помощи молниеотводов, а она прорывается к вам обходным маневром, прокладывая себе путь вдоль поверхности земли. Вот почему практически все популярные статьи заканчиваются обращением не забывать о профессионалах. С грозными явлениями природы шутить рискованно и относится к ним легкомысленно недопустимо.

Ежеминутно в землю ударяет 6 тыс. молний. Вероятность поражения человека составляет примерно 1 к 600 тысячам, при этом примерно треть пострадавших погибает на месте, а выжившие получают серьезные повреждения. Статистика весьма неточная, но дает общую картину: от прямых ударов смертность значительно ниже, чем, например, от автокатастроф или вирусных заболеваний. Тем не менее риск поражения существует, а последствия могут быть самыми неожиданными и удивительными.

Отличия удара молнии от бытового поражения током

Тело человека отлично пропускает электричество — в разумных пределах. Фактически попадание молнии является очень мощным ударом тока, медициной классифицируется, как электротравма. Напряжение разряда составляет около 300 кВт, а в бытовых приборах редко превышает 20-30 кВт. При этом длительность контакта с молнией составляет 3 миллисекунды, а поражение в бытовых условиях может длиться 500 и более миллисекунд.

Небесный разряд нагревает воздух вокруг, провоцирует появление ожогов и причудливых узоров на коже — вследствие разрыва сосудов. При поражении током, как правило, страдают руки и запястья. Молния же бьет в грудную клетку или в голову.

Симптомы поражения

Ожоги. Не только в местах поражения. Разряд провоцирует возгорание одежды и пожар на месте происшествия.
Травмы в результате падения или повреждения посторонними предметами.
Галлюцинации.
Потеря сознания.
Остановка сердца.
Нарушение опорно-двигательного аппарата.

Последствия удара молнии

Разряд пронизывает тело, оставляя ожоги — входной и выходной. Последних может быть несколько. Удар наносится снизу — от земли. Наиболее распространенная причина смерти — остановка сердца и не оказанная своевременно первая помощь. Человек впадает в шоковое состояние, которое многие пострадавшие сравнивают с пробуждением ото сна. Кроме того, распространены случаи развития паралича после поражения разрядом.

Слух и зрение

Примерно 50% пострадавших от прямого попадания получают серьезные проблемы с органами слуха и зрения. В течение 2-3 дней или нескольких лет развивается катаракта, зафиксированы случаи отслоения сетчатки, атрофии зрительных нервов и кровотечения.

Шум в ушах и временные потери слуха, головокружения, инфекционные заболевания среднего уха — последствия удара преследуют жертв на протяжении всей жизни. Непосредственно после удара возможен разрыв барабанных перепонок.

Кожа

Обширные ожоги I и II степени и разрывы сосудов оставляют пожизненные следы на теле. Появляются воспаления и покраснения кожного покрова, которые проходят через несколько дней.

Нервная система

Кровоизлияние в мозг, внутренние гематомы, амнезия и общий паралич — травмы ЦНС неизбежны при попадании молнии. Также, после реабилитации, могут развиваться психоневрологические заболевания.

Сердечно-сосудистая система

Если удалось быстро восстановить нормальный ритм сердца — последствия будут незначительны. Но если не провести реанимацию — человек погибает от гипоксии и нехватки кислорода.

Мышечная система

Разряд поражает мышцы, провоцируя токсичные выделения, которые сильно вредят почкам. Из-за сильных сокращений мышечных тканей во время удара ломаются кости, велика вероятность трещины позвоночника.

Удивительные способности, открывшиеся в людях после поражения

Рой Кливленд Салливан

Парковый Рейнджер из Кентукки за 34 года получил 7 прямых ударов. После последнего поражения Рой прожил еще 6 лет и покончил жизнь самоубийством в 71! Удивительный случай занесен в Книгу рекордов Гиннеса. Опасаясь получить разряд, как жена Салливана во время поражения летом 1977 года, окружающие сторонились отмеченного небом лесника на протяжении последних лет жизни.

Хорхе Маркес

Кубинец выжил после 5 ударов. Первые три поражения спровоцировали сильнейшие ожоги конечностей и спины, полное выгорание волос и выпадение пломб из зубов. Но удивительно, что все последующие удары не нанесли сколько-нибудь серьезных повреждений. Хорхе жив, ради собственной безопасности не выходит на улицу в грозу.

Владимир Игнатьевич Дронов

В начале ХХ века отставной капитан, которому было 50 лет, получил удар молнии на охоте. Дронов потерял сознание примерно на 30 минут. Серьезных последствий разряд не нанес, странности начались позже. За несколько месяцев лысина покрылась густым волосяным покровом, выпали все зубы, но через короткое время вылезли новые!

Бруно Ди Филиппо

Житель Массачусетса получил разряд, мирно поливая лужайку перед домом. Молния прошла через плечо и вышла через лодыжку. Врачи констатировали: удар не нанес абсолютно никакого вреда организму. На теле остался лишь незначительный рубец, который со временем пропал бесследно.

Ванга

Болгарская целительница, известная на весь мир, в детстве пострадала от урагана и удара молнии, потеряв при этом зрение, но обретя дар предсказания.

Гарольд Дин

После поражения молнией Гарольд стал невосприимчив к холоду: даже зимой житель Миссури выходит на улицу в одной футболке.

Василий Сайко

Пензяк получил разряд шаровой молнией, который прошел через грудную клетку и вышел со спины, не нанеся при этом видимых повреждений или поражений внутренних органов. Однако при обследовании выяснилось, что мучившая Василия хроническая язва желудка исчезла без следа.

Вагнер Кейси

На проходивших в Техасе гонках по бездорожью Вагнера с друзьями настигла гроза. Пытаясь укрыться под деревом, мужчина получил сильнейший разряд. Упав на землю, несчастный был второй раз поражен молнией. Кейси был немедленно госпитализирован, отделался незначительными повреждениями кожи и потерей чувствительности в правой ноге. Через несколько недель пострадавший полностью восстановился.

Распространенные мифы о молнии

От молнии не укрыться даже в здании

При попадании в здание, разряд уходит в землю по громоотводам. Дом — одно из самых безопасных мест во время грозы: чаще всего удары получают люди, находящиеся на открытой местности, возле водоемов или под деревьями. Не менее безопасным местом является автомобиль с прочной крышей.

Молния сбивает самолеты

Не менее одного раза в год разряд попадает в самолет, но редко приводит к авиакатастрофам: корпус лайнера изготовлен из металла, отлично проводящего электричество.

Молния не бьет в одно место дважды

Распространенное заблуждение, не обоснованное с научной точки зрения. Разряд может ударить дважды в один объект. Например, в сооружение высотой 500 метров ежегодно приходится 50-80 попаданий. Кроме того, физики вычислили, что после первого разряда молния ударит в радиусе от 10 до 100 метров с вероятностью 67%.

Молния образуется только во время дождя

Пока слышен гром — существует опасность получить удар молнии. При этом дождь может идти в 10 километрах и дальше.

Если прикоснуться к пострадавшему, можно получить удар током

Страшное заблуждение, из-за которого зачастую не оказывают первую медицинскую помощь пострадавшему. В действительности тело человека не способно удерживать электрический разряд.

Мобильный телефон опасен в грозу

Наука не приводит никаких фактов в поддержку этого мифа. Только телефон в металлическом корпусе, который соприкасается с кожей, может увеличить вероятность попадания молнии.

Оказать первую помощь и вызвать врача — обязанность каждого, ставшего свидетелем удара молнии в человека. Это несложно, велика вероятность, что вы спасете жизнь пострадавшему!

Всем хотелось знать, правда ли, что после удара молнии гражданин Китая грохнулся на землю, быстро вскочил, отряхнулся и хотел было двинуться дальше, но вторая молния сбила его с ног еще раз и опять без смертельного исхода. Похожих историй немало. В популярных книжках и журналах вам расскажут о массовом поражении футболистов на стадионе, пассажиров на автобусной остановке, едва ли не целого стада коров на пастбище. Истории жуткие. Десяток человек в больнице. Но в больнице же, - не на кладбище. Может быть опасность молнии сильно преувеличена, если человек в состоянии выдержать ее прямое воздействие? Только кто сказал, что воздействие прямое? Чаще всего это не так.

Разряд молнии сопровождается сильным электрическим током. Даже у средней по силе молнии он близок к 30 000 А, а у мощнейшей едва ли не на порядок больше. В конечном итоге этот ток растекается в грунте по всему объему Земли. Любой молниеприемник обязательно заземляют. Для этого у молниеотвода монтируют заземлитель. Его образует один или несколько подземных заземляющих электродов, вертикальных или горизонтальных. С металлических электродов ток попадает в землю, где, как в любом проводнике, действует закон Ома. Произведение тока на сопротивление дает напряжение, в данном случае напряжение на заземлителе:

Напряженность электрического поля тоже начнет быстро снижаться

Э. М. Базелян , д.т.н., профессор
Энергетический институт имени Г.М. Кржижановского, г. Москва

Если объяснять без заумных физических терминов, то молния всегда бьёт по самому высокому предмету. Потому что молния - это электрический разряд, а он проходит по пути меньшего сопротивления. Именно поэтому он в первую очередь ударит по самому высокому дереву в поле и по самому высокому зданию в городе. Например, в Останкинскую телебашню молния попадает около 50 раз в год!

Длина молнии может составлять до 20 км, а её диаметр - от 10 до 45 см. «Живёт» молния десятые части секунды, а её средняя скорость - 150 км/с. При этом сила тока в молнии доходит до 200 000 А.

Что делать, если молния застала вас на открытой местности

Не прячьтесь под высокие деревья, особенно единичные. Самыми опасными в данном случае считаются лиственные деревья, например дуб и тополь. А вот в хвойные деревья молния попадает намного реже, потому что в них есть эфирные масла, имеющие электрическое сопротивление (кстати, липа, орех и бук также в зоне безопасности, в них тоже есть масла). При этом попадание в кусты или невысокие заросли крайне маловероятно.
На открытом пространстве лучше всего прятаться в яме или траншее. При этом ни в коем случае не ложитесь на землю: лучше присесть, слегка пригнув голову, чтобы она не была выше окружающих предметов. Ноги держите вместе, чтобы снизить площадь возможного поражения.
Не бегайте. Воздушный поток, который вы создаёте при беге, может привлечь шаровую молнию.
Сложите зонт и отключите мобильный, а также избавьтесь от других металлических предметов: сложите их на безопасном расстоянии (хотя бы 15 м).
Если вас двое или трое, каждый должен найти для себя отдельное укрытие, поскольку наше тело - это отличный проводник для разряда.
Не купайтесь в водоёмах во время грозы. Если непогода застала вас врасплох, не бегите из воды и не размахивайте руками. Спокойно и медленно выйдите из водоёма.
Если вы находитесь в горах, избегайте резких выступов и возвышений.

Как узнать, что молния вот-вот ударит

Если вы находитесь на открытой местности и вдруг почувствовали, что волосы становятся дыбом, а кожу слегка покалывает, или ощутили вибрацию, исходящую от предметов, это значит, что сейчас бахнет.

Такие ощущения появляются за 3–4 секунды до удара молнии. Немедленно нагнитесь вперёд, положив руки на колени (ни в коем случае не на землю!), пятки приставьте друг к другу, чтобы разряд не прошёл через тело.

Что делать, если во время грозы вы находитесь в помещении

Закройте форточки, окна и двери.
Отключите электроприборы от розеток.
Отойдите от окон и металлических предметов.
Если нужно срочно позвонить, сделайте это сразу после грозового разряда - и быстро.

Что будет, если молния ударит в человека

Когда в человека ударяет молния, разряд вызывает общие нарушения. В тех местах, куда молния вошла и где вышла, могут образоваться ожоги или древообразные красные полосы. Если поражение было слабым, появляется шум в ушах, общая слабость.

А вот при тяжёлом поражении человек может упасть в обморок, у него резко снижается температура тела, замедляется сердцебиение, может остановиться дыхание. Но пострадавшего ещё можно успеть спасти.

Можно ли выжить после удара молнией

Да. Во-первых, несмотря на высокую температуру во время разряда, воздействие длится совсем недолго и далеко не всегда приводит даже к серьёзным ожогам.

Во-вторых, основной ток часто проходит по поверхности тела, поэтому в большинстве случаев удар молнией не смертельный. По разным оценкам смерть наступает в 5–10% случаев.

Вероятность выжить увеличивается, если рядом находится человек, который умеет делать искусственное дыхание и массаж сердца. Даже если человек кажется мёртвым, обязательно попытайтесь оказать ему . Потому что шанс на выживание есть всегда!

Как оказать первую помощь при ударе молнией

Потерпевшего нужно положить на твёрдую поверхность.
Если человеку повезло и у него просто шок (потеря речи, обморок), попробуйте вывести его из этого состояния. Если случайно есть с собой нашатырь, используйте его. Звоните в скорую.
Если человек без сознания и не дышит, нужно как можно скорее сделать искусственное дыхание рот в рот и непрямой массаж сердца.
Пробуйте безостановочную реанимацию. У вас есть максимум 15 минут, после чего шансы на спасение при сильном поражении крайне малы.