Iš kur atsiranda žaibai: kaip dangus geležinėm ašarom verkė (Mokslo populiarinimo konkursas)

Tikriausiai esate girdėję posakį „tyla prieš audrą“. O galbūt netgi ir esate išgirdę... tylą? Iš kur atsiranda triukšmas, suprasti nesunku, bet iš kur atsiranda tyla?

Prieš audrą, ore susikaupia daug drėgmės. Oras po truputį pradeda šilti ir vandens garai ima kondensuotis į nedidelius lašiukus. Garai aplimpa dulkeles ir kitus smulkius objektus, kol pasidaro pakankamai dideli, kad nukristų lietaus lašais. Kylantis žemės paviršiuje įšilęs oras, po savimi sudaro dalinį vakuumą, pritraukdamas į savo vietą aukščiau esantį vėsesnį orą. Šio vakuumo žemyn traukiamas šaltasis oras, su savimi nusitempia ir vandens lašelius, taip paskatindamas iškristi ir lietų. Taigi audra aplink save tarsi suformuoja vertikalų vamzdį ir oras juda tik aukštyn-žemyn. Šoninis vėjas nurimsta, ir prasideda „tyla prieš audrą“. Tačiau, jei audrą atneša vėjas, jau susiformavusią kur nors kitur, „tylos prieš audrą“ greičiausiai... neišgirsime.

Tiesa, audras pranašaujančius slėgio pokyčius nujaučia ne tik vėjas. Kai kurie žmonės turi sužalotų sąnarių, kurių kapsulė nėra visiškai sandari, todėl slėgis joje nėra visiškai izoliuotas nuo aplinkos. Kintant aplinkos slėgiui, slėgis kis ir tuose sąnariuose, todėl jie bus skausmingi. Žuvys, savo plaukiojamąja pūsle taip pat puikiai jaučia slėgio skirtumus. Šis gebėjimas joms yra gyvybiškai svarbus - juk jos gyvena vandenyje, ir, plaukiodamos vandens storymėje, privalo išlikti joms saugiame slėgių intervale! Gelmėse antžeminiai slėgio skirtumai jaučiami menkai, tačiau priekrantės žuvys puikiai jaučia ir kas dedasi virš vandens. Dėl to yra sukurta netgi specialių, žvejams skirtų, orų prognozių, nuspėjančių ir žuvų elgesį!

Gyvūnai yra judrūs ir protingi, bet nejaugi jie vieninteliai gali perspėti apie audrą? Žinoma, kad ne! Kai kurie erškėtiniai augalai turi specialias ląsteles - hidatotes. Per jas šie augalai šalina vandens perteklių, įsiurbtą pro šaknis. Prieš lietų toks šalinimas suintensyvėja, ir augalai tartum apsiverkia. Gana aiškiai šis reiškinys stebimas ant žemuogių ir rožių lapelių, o rasakila nuo to netgi gavo savo pavadinimą! Iš tiesų ji nekelia jokios rasos, o tik išskiria vandenį iš savo audinių. Ne be reikalo, būtent rasakilos, „rasa“, o ne paprastu, jokių augalinių medžiagų neturinčiu, vandeniu, senovėje moterys prausdavo veidą, norėdamos atrodyti jaunos ir gražios!

Apsiverkus debesims ir žolėms, dangus, užuot tyliai verkęs, nori ką nors prikulti! Pavyzdžiui Žemę. Žemę galima laikyti neigiamai įelektrintu laidžiu rutuliu, o atmosfera yra įkrauta teigiamai. Kosminiams spinduliams jonizuojant oro molekules iki jonų, oras tampa laidus elektrai ir atmosferoje nuolatos teka elektros srovė. Pačios Žemės elektrinis laukas visą laiką kinta. Bet jos neigiamą elektros krūvį nuolatos palaiko žaibai. Per parą žemėje būna apie 300 audrų su žaibais.

Žaibai atsiranda labai storuose kamuoliniuose debesyse. Paprastai jie būna pakilę 1-2 km virš žemės ir gali būti net 15 km storio. Tai pakankamai daug, kad juose susidarytų skirtingų vandens lašelių ar kristalų sluoksniai. Lašeliams kylant ar krentant į savo sluoksnį, jie įsielektrina. Taigi debesies sluoksniai pradeda skirtis ne tik lašelių dydžiu, bet ir jų krūviu. Viršutinė debesies dalis įsielektrina teigiamai, o žemesniame negu -5 ºC aukštyje, debesis yra įsielektrinęs neigiamai. Kai krūvių skirtumas debesyje, tarp dviejų debesų arba debesies ir žemės pasidaro pakankamai didelis, prasideda elektros iškrovos, tai yra – žaibavimas. O ko gi tikėtis – juk debesis yra pilnas puikaus laidininko vandens!

Prasidėjus žaibavimui, pirmiausiai trenkia mums nemtomas žaibas lyderis. Girdime tik jo traškesį, nes jo srovė nėra labai stipri. Po jo sekanti, mums matoma pagrindinė iškrova, stipriai jonizuoja orą. Ji ieško sau kelio laidžiausiose oro vietose, panašiai, kaip per minkščiausiose dirvožemio vietose skverbiasi medžio šaknys. Štai todėl, nei vieni, nei kiti nėra tiesūs it nubrėžti liniuote. Tiesa, yra ir kiek retesnė žaibo forma, vadinama žaibu raketa: kai viena paskui kitą lekia kelios iškrovos, žaibas būna gana tiesus, bet tai – jau kiek retesnis reiškinys. O jei į žaibą pūs stiprus vėjas, susidarys zigzago formos kaspiniškasis žaibas.

Laidumą, kurio taip ieško žaibai, pagerina ir įvairūs aukšti medžiai, kaminai, vanduo, taip pat – ir žaibolaidžiai. Pirmajam žaibui pagaliau atradus tinkamą kelią ir priartėjus prie žemės ar aukšto objekto, jį pasitinka kitas, priešingos krypties ir krūvio žaibas, kylantis aukštyn. Jiems susijungus žaibą pamatome. Žaibuojant stipriai įkaista oras, kuris staigiai plečiasi ir susidaro sprogstamoji graso banga, girdimai kaip griaustinis. Jei audra yra labai toli, arba iki stebėtojo keliaujantis garsas susiduria su kliūtimis, matysime tik žaibą be griaustinio, vadinamą amalu. Beje, tuo pačiu vardu Lietuvoje vadinamas ir ant medžių augantis pusiau parazitinis augalas. O jo uogas mielai lesa amalinis strazdas.

Stirpiam elektriniam laukui esant arti smailių objektų, kur elektros potencialas koncentruojasi mažame plote, atsiras tylūs, švytintys elektros išlydžiai, vadinami Šv. Elmo ugnimis. Tokį pavadinimą jie gavo iš Italijoje esančios Šv. Elmo bažnyčios, ant kurios bokštelių dažnai buvo matomi šie miniatiūriniai žaibukai. Jie gali susidaryti ant įvairių smailių objektų - kryžių, laivų stiebų, iečių, netgi arklio ausų galiukų! Senovėje ši šviečianti, bet nedeginanti ugnis, ne sykį buvo palaikyta dievų siųstu ženklu. Bet mokslas vystėsi, rasdavo vis daugiau paaiškinimų stebuklingiems reiškiniams, kol 1976m B. Voicechovskis eksperimentiškai įrodė, kad vienodai įelektrintų vandens lašelių debesyje pradeda švytėti bet koks į jį patalpintas daiktas. Kai kuriose pasaulio dalyse tokie reiškiniai yra kasdienybė, ir net yra įgavę atskirus geografinius pavadinimus. Pavyzdžiui „Kurilų šviesa“ „Marš Pointo ugninės dvasios“, „Velso ugnis“, „tariamoji Derhemo ugnis“, „nesuprantamoji Japonijos ugnis“ ir daugelis kitų.

Miniatiūrines elektrinės prigimties švieseles nesunkiai galima prisijaukinti ir namuose. Nuėję į tamsų kambarį, pabandykite staiga atplėšti lipnios juostos iš rulono. Akimirką ji sužibs žalia šviesele!

Bet elektrinių Elmo ugnių nereikia maišyti su cheminės prigimties klaidžiojančiomis ugnelėmis. Kai kas jas dar vadina vėlėmis — mirusiųjų dvasiomis. Klaidžiojančios ugnelės atsiranda fosforo vandeniliui (PH3) susijungus su atmosferos deguonimi. Fosforo vandenilis susidaro augalijai ar gyvūnijai pūvant, pavyzdžiui, pelkėse, kapinėse. Todėl jos primena klaidžiojančias skenduolių vėles ar velnių paslėptus žibančius lobius. Joms pavadinti yra atskiras lietuviškas žodis - žaltvykslė.

Labai paslaptingi, ir su Elmo ugnimis kartais painiojami yra kamuoliniai žaibai. Viena iš žaibo formų, vadinama žaibu vėriniu, atrodo kaip kelios dešimtys šviečiančių rutuliukų, išsidėsčiusių išilgai linijinio žaibo kanalo. Manoma, kad tai gali būti kamuolinių žaibų virtinės. Bet kamuoliniai žaibai dažniau yra stebimi pavieniai. Priešingai negu Elmo ugnys, šie žaibai skleidžia įvairius garsus, gali judėti, ir būna už Elmo ugnis didesni. Į kamuolinius žaibus išoriškai panašius plazmos rutulius galima dirbtinai išgauti mikrobangų krosnelėje. Bet kol nėra pavykę sukurti tikro kamuolinio žaibo laboratorijoje, negalima iki galo suprasti ir jo prigimties. Yra ne viena teorija kaip jie atsiranda, ir deja nei viena nėra iki galo patvirtinta. Pati egzotiškiausia teigia, kad tai – pirmapradės, mikroskopinio dydžio, juodosios skylės kelias Žemės atmosferoje. Tokia išvada buvo prieita, ištyrus vietą, kur buvo stebėtas kamuolinio žaibo sprogimas. Tokią žalą galėjo padaryti tik 20 000 kg masės kūnas, kurio tankis būtų 2000 kartų didesnis nei aukso, o tai visai galėtų būti miniatiūrinė juodoji skylė.

Dar paslaptingesnė kamuolinio žaibo atmaina - juodasis žaibas. Jie sklando ore, kartais pakimba medžiuose, ant stiebų, stogų, metalinių paviršių, atrodo lyg gumbai ar purvo gniužulai. Pabandžius nukrapštyti ar numušti, juodieji žaibai įkaista ir sprogsta. Jie pasirodo kartu su paprastu linijiniu žaibu arba po jo. Paprastasis kamuolinis žaibas šviesdamas gyvuoja tik kelias minutes, o juodasis žaibas išlieka daug ilgiau. Artėjant prie jo lėktuvui, juodasis žaibas virsta paprastu kamuoliniu arba sprogsta. Naktį jis beveik nematomas, sunkiai aptinkamas ir radiolokaciniais prietaisais. Juodasis žaibas atsiranda ten, kur teoriškai neįmanoma atsirasti žaibams. Jį galima supainioti su skrendančiu paukščiu.

Tikrai labai mažai kam pasiseka pamatyti kamuolinį žaibą, bet yra ir tokių žaibų, kurių daugumai iš mūsų pamatyti neįmanoma. Aukštai danguje taip pat gali žaibuoti, ir šie žaibai net neprimins įprastų žaibų. Tai - aukštuminiai žaibai, susidarantys 70-90 km aukštyje, gerokai virš mums įprastos troposferos ribų. Raudonieji spraitai (“oro dvasios”) trenkia tiesiai iš audros, kaip dideli, bet silpni žaibai. Forma jie primena medūzas arba kolonas, yra raudonos spalvos ir egzistuoja vos kelias sekundes. Plika akimi juos pamatyti sunku, ir dažniausiai jie yra užfiksuojami tik labai jautriomis kameromis. Žaibai mėlynieji srautai pakyla iš audros debesies, ir užuot trenkę į žemę, trenkia aukštyn į dangų. Jie trunka vos kelias sekundes, bet būna matomi pilotų. Elfais vadinami aukštumiai žaibai - tai sparčiai besiplečiantys švytintys žiedai, gyvuojantys vos tūkstantąją sekundės dalį. Jie susidaro virš žaibuojančių audros debesų. Mokslininkai mano, kad tai į jonosferą išsiplėtę elektromagnetiniai įprastų žaibų impulsai. Ši žaibų forma buvo atrasta 1992 metais naudojant specialią fototechniką.

Žaibai nėra būdingi vien tik Žemės planetai. Jų taip pat būna ir Jupiteryje bei Saturne. Na, o mūsų planetoje, žaibai nėra pasiskirstę tolygiai. Apie 70% žaibų žaibuoja tropikuose, kur atmosferos konvekcija yra didžiausia. Čia maišosi šilto ir šalto, drėgno ir sauso oro masės, čia teka ir jas atnešančios vandenynų srovės, tokios, kaip Golfo srovė. Labiausiai žaibų pamėgta vieta pasaulyje yra kalnuose, netoli mažo Kifukos kaimelio, Kongo demokratinėje respublikoje. Čia per metus vienam kvadratiniam kilometrui vidutiniškai tenka 158 žaibai! Taip pat jų nemažai būna prie Makaribos ežero Venesueloje, kur žaibuoja 297 dienas per metus, taip pat Singapūre ir centrinėje Floridoje.

Žaibus, kaip ir daugumą kitų atmosferos reiškinių, galima stebėti ir prognozuoti. Specialios stotys matuoja žaibų sukeltus elektrinio lauko ir triukšmo pokyčius, bei nustato laiką, kada juos užfiksuoja. Turint tokius duomenis apie vieną žaibą iš bent trijų stočių, galima nustatyti kada ir kur tiksliai jis trenkė. Tokie duomenys yra realiu laiku siunčiami į internetinius žemėlapius, kuriuos prieiti gali visi norintys, taip pat ir stebėti pro Lietuvą slenkančias audras.

Audrai nurimus, ir žaibams pasitraukus, žaibai neišnyksta be pėdsakų, net jei ir nepadaro akivaizdžios žalos. Trenkęs į medį, palieka jame specifinius randus žievėje. Trenkęs į smėlį, jis jį išlydo (smėlis, kaip ir stiklas yra sudarytas iš silicio dioksido) ir sukuria dirbtinį, į mineralą panašų mineraloidą vadinamą fulguritu, pailgos formos, ir beveik nesiskiriantį nuo išlydyto smėlio. O net jei jo kelyje ir nepasitaiko tokių objektų, trenkęs į ore esančias deguonies molekules, jas paverčia ozonu. Ozonas, priešingai negu deguonis, turi specifinį kvapą, jaučiamą po audros (bet nemaišykite jo su grybų geosmonų išskiriamu šlapios žemės kvapu po lietaus!), nuo kurio jis ir gavo savo pavadinimą (gr. ozein - kvepėti).

Tiesa, elektriniai ir magnetiniai reiškiniai gamtoje vieni su kitais labai glaudžiai susiję. Ar žabas turi magnetinių savybių? Žinoma, kad po žaibo iškrovos atsiranda trumpalaikis, bet labai stipus magnetinis laukas. Į jį patekę arba žaibo trenkti metalai, akmenys ar dirvožemiai, gali įsimagnetinti visam laikui. Jie dažniausiai įsimagnetina lygiagrečiai žemės paviršiui, nebent yra gruntinio vandens, ar kitų objektų, padarančių didesnį laidumą vertikaliai žemės paviršiui. Taip pat žaibai gali įmagnetinti tiesiog dirvožemį ir sukelti magnetinio lauko anomalijas. Pagal vieną teoriją, magnetitas - gamtoje randama natūraliai magnetinė uoliena, ir atsirado būtent dėl žaibų veiklos!

Naktį plėšantys žaibai kartu ir baugina ir žavi. Juose sutelpa milžiniška gamtos galybė, galinti iš nieko sukurti ugnį, atimti gyvybę ar sunaikinti turtą. Lietuviškuose pasakojimuose žaibai irgi nesitranko šiaip sau, o tai vis Perkūnas šaudo į neklaužadą Velnią. Bet žaibų nereikia bijoti, jei laikotės saugumo taisyklių! Nors stebėdami audrą jaučiamės maži ir silpni padarėliai, pirmykštė nakties šviesa, nušviečianti tamsą gali tapti įkvepiančia ir nepamirštama patirtimi!

Šaltiniai

1. Bukantis, A. "Atmosferos reiškinių stebėjimai." Metodinė priemonė. Vilnius: VU leidykla (2009): 107.