Autor: Andrew Hall
Powyższy obrazek pochodzi z NOAA i przedstawia konsensus naukowy na pochodzenie błyskawic. Jak można zobaczyć, pokazuje on elektrony, zbierające się jak kulki w odpływie, przyspieszające w dół jak po zboczy do czegoś, co wygląda jak dren.
Typowe wyładowanie chmura-ziemia wymaga miliardów-kwintylionów elektronów. Czy elektrony po prostu losowo fruwają w chmurze, gdy nagle miliardy trylionów z nich nagle wskazują do wyobrażonej rury drenującej, jak to przedstawia obrazek?
Konsensus jest taki, że ładunek gromadzi się w burzy na skutek elektryzacji statycznej. Tarcie pomiędzy grudkami gradu i kroplami deszczu generuje elektryczność statyczną, jak przy pocieraniu balonu o włosy lub stóp o dywan.
Według konsensusu, dodatnie i ujemne ładunki, uwolnione przy pocieraniu, gromadzą się w osobne warstwy. Warstwy te są tam, gdzie odnajduje się „gromadzenia”, na wyraźnych granicach temperatur. Uważa się więc, że te warstwy termiczne utrzymują ładunki w rozdzieleniu, za wyjątkiem przeskoku łuku.
Anatomia elektryczna superkomórki
Sytuację przedstawia obrazek superkomórki burzowej z NOAA, pokazujący warstwy ładunków, nałożone na siebie wewnątrz chmury. Aby zachować spójność, warstwowość i nagromadzić wystarczająco dużo ładunku, aby wyprodukować pięciomilowej długości piorun – zabierający miliardy trylionów elektronów – wymagana gęstość ładunku implikuje udział plazmy.
Jest to więcej, niż implikacja. Jak inaczej mogłoby się zebrać tak wiele ładunku, aby powstał taki łuk? Na niebie nie ma drutów, baterii ani elektrod. „Nagromadzenia ładunku” muszą być plazmą.
Aby zachowywało się jak plazma, wystarczy zjonizować jedynie 1% obojętnego powietrza. Powstawanie błyskawicy wymaga plazmy, ponieważ to ona stanowi „elektrodę” na niebie. Rozważmy błyskawice i to jak, dlaczego i gdzie plazma odkrywa rolę w ich powstawaniu.
Elektryczne Niebo
Wiemy, że ziemska atmosfera jest obwodem elektrycznym. Przenosi ładunek, prąd i napięcie.
Powietrze jest słabym przewodnikiem o zmiennym, pionowym prądzie pomiędzy gruntem a jonosferą, wynoszącym 1-3 piko-A/m2. Opór atmosfery wynosi 200 omów. Napięcie pomiędzy ziemią a górną atmosferą, wynosi przy „czystym niebie” 200-400 tys. woltów.
W każdej chwili na świecie trwa około 2000 burz z piorunami. Aby powstał piorun, różnica potencjałów pola elektrycznego musi przekroczyć poziom przebicia dielektrycznego atmosfery, który wynosi 2 miliony woltów na metr. Jest to możliwe, gdyż pole elektryczne w burzy przekracza 300 milionów V.
Typowy piorun mierzy 2-5 mil [3,22-8,05 km] długości i momentalnie dostarcza do ziemi ok 30 000 A. Zbiorowy prąd z typowej jednej burzy to ok 0,5-1 A.
Obwód jest domknięty – światowy prąd płynie z ziemi do nieba, a podczas burzy powraca do ziemi. 2000 jednoczesnych burz z piorunami, każda dająca ok 1,5 A, oznacza, że całkowity ziemski prąd wynosi około 3000 A.
Tylko, że to nie wszystko, gdyż nauka bardzo dużo nie wie o ziemskim obwodzie elektrycznym. Istnieje również wymiana pomiędzy atmosferą a kosmosem. Czeka ona wciąż na dokładne pomiary i zrozumienie.
Istnienie wyładowań plazmy z burzy w przestrzeń kosmiczną, zwanych Krasnoludkami, Gnomami i Elfami (ze względu na ich ulotność), jest względnie niedawnym odkryciem naukowym. Ich geneza, moc i częstość występowania są dalekie od poznania. Wal Thornhill omówi ł te zjawiska w sposób znacznie bardziej szczegółowy w swoim artykule Balon wzniósł się nad błyskawicę.
Promienie kosmiczne wciąż wchodzą w atmosferę, dostarczając ładunku. Poziom wystawienia Ziemi na wiatr słoneczny podlega szerokim wahaniom, zarówno z powodu fluktuacji prądu słonecznego, jak i natężenia ziemskiego pola magnetycznego. Czasami ta osłona obraca się, pozwalając większej ilości promieni kosmicznych wnikać przez „dziury”.
Elektryczność płynie przez Ziemię w prądach Birkelanda, odkształcanych polem geomagnetycznym. Jak te prądy zmieniają swoją intensywność, indukując prądy w atmosferze i gruncie, jest kolejnym obszarem naukowej niepewności.
Z powodu tej zmienności, różnorodności i faktu, że do niedawna go w ogóle nie zauważano, konsensus naukowy nie może jeszcze zrozumieć, jak duży prąd wkracza w lub opuszcza ziemski układ atmosferyczny.
Grunt również przenosi zmienne potencjały. Poza monochromatycznym obrazem odbitych fal sejsmicznych, nie możemy nawet zajrzeć pod skorupę, aby zrozumieć tamtejszy przepływ prądu. Nie wiemy też, jak i gdzie ziemski prąd wchodzi w atmosferę. Dla elektryczności, warstwy graniczne, jak ziemska skorupa, nie są nieprzebijalną barierą, lecz elektrodą.
Istnieje przestrzeń, zdefiniowana przez powierzchnię Ziemi i wewnętrzną krawędź jonosfery. Obliczono, że w każdym momencie całkowity ładunek w jej wnętrzu wynosi 500 000 kulombów. Fale elektromagnetyczne, odbite od granic tej przestrzeni – gruntu i jonosfery – tworzą elektromagnetyczne fale pół-stojące na częstotliwościach rezonansowych. W. O. Schumann przewidział własności rezonansowe tej przestrzeni w 1952 roku, a po raz pierwszy zaobserwowano je w 1954. Zostały nazwane rezonansami Schumanna, i występują w postaci szerokiego pasma impulsów o częstotliwościach 5-50 Hz.
Atmosfera jest niewątpliwie elektryczna. To nie kilka jonów, fruwających w powietrzu, formujących się okazjonalnie w „nagromadzenia ładunków”, ale globalnie aktywny i spójny obwód. Co nam to może powiedzieć o piorunach? Czy one również nie powinny być częścią tego zgodnego układu rezonansowego? Czy nie zasługują na lepszy model, niż piłeczki w lejku?
Na szczęście, istnieje model do rozważenia. Nazywa się elektronicznym.
Łuki atmosferyczne, wytwarzane w obwodzie, są ogólnie znane z zachodzenia przy emisji termicznej. Wszyscy widzieli gorące iskry katodowe, jak w spawarce, gdzie elektrony są wyrzucane z powierzchni elektrody na skutek ciepła. Metal nagrzewa się na skutek własnej rezystancji wobec prądu i emituje elektrony powyżej pewnej temperatury, zależnej od rodzaju metalu. Dla niektórych materiałów wynosi ona tysiące stopni.
Innym rodzajem wyładowania, nieco mniej znanym, jest emisja polowa lub zimna emisja katodowa. Nie generują one elektronów pod wpływem ciepła. Elektroda się nagrzewa, ale nie do punktu emisji termicznej. To siła pola elektrycznego – wysokie napięcie, wyrywa elektrony z dowolnego materiału, w tym powietrza.
Gdy to się dzieje, pole formuje materię jonową w strukturę plazmową, zwaną koroną. Korona jest elektrodą na niebie, wyładowującą się piorunami.
Wyładowanie koronowe jest we współczesnej technologii wykorzystywane na wiele sposobów. Wymaga wysokiego napięcia, które jest właśnie dostępne podczas burzy – 300 milionów woltów, tysiąc razy silniejsze, niż podczas ładnej pogody.
Korona jest jedynym zjawiskiem elektrycznym, które może powodować nietermiczne wyładowania w warunkach atmosferycznych. Jest to siła napędowa burzy i generator piorunów.
Korona powstaje w warstwie prostopadłej do pola elektrycznego, gdzie pole wyrywa elektrony z atomów, wysyłając je w dół z prędkością bliską świetlnej wzdłuż gradientu pola, aż nieuchronnie zderzy się z innym atomem.
Kolizje wyzwalają więcej elektronów, podążających również za polem elektrycznym, pozostawiając za sobą jony. Obszar uwalniania elektronów jest chłodną pół-plazmą. Rosnąca gęstość ładunku i wzmacnia i kształtuje pole elektryczne, które samo-organizuje się w koronę. „Nagromadzenia ładunku”, ułożone w warstwy w atmosferze, nie są gromadami ujemnych i dodatnich ładunków, jak pokazano na obrazku, ale koronami, wykazującymi dodatnią lub ujemną polaryzację, złożonymi z mikstury jonów i obojętnych cząstek, oddziałujących ze sobą elektrycznie.
Wolne elektrony kontynuują zderzenia w procesie zwanym lawiną. Lawinę przedstawia się jako lidera krokowego, pokazanego na obrazku i jest to widoczny prekursor pioruna.
Jednakże lawina jest tylko połową obrazu. Piorun nadchodzi również z dołu. Pole elektryczne gromadzi dodatnie ładunki na ziemi pod burzą. Jonowe streamery, włókna dodatnio naładowanego powietrza, rozciągają pole elektryczne ku chmurom.
Piorun uderza, gdy kaskadujący lider krokowy połączy się ze streamerem, dopełniając kanał plazmowy. Żadna z tych rzeczy nie jest widoczna gołym okiem. do tej pory był to ciemny prąd.
Kanał wyładowania jest kompletny, gdy połączy się ze strumieniem gruntowym. Połączenie to umożliwia zstąpienie elektronów z korony do ziemi. Potem przebywają kanał cięższe i znacząco wolniejsze jony, w uderzeniu powrotnym.
Uderzenie powrotne widoczne jest na obrazku jako jasny błysk, następujący w momencie, gdy pierwsza odnoga lawiny prądowej dociera do ziemi, pozostawiając tylko jedną, żarzącą się ścieżkę.
Korona zapewnia rezerwuar ładunku i mechanizm ciemnego prądu, potrzebny do powstania łuku. To tych rzeczy brakuje w konsensusie naukowym. Z kolei jednomyślne twierdzenie, że ładunek statyczny powstaje ze zderzeń gradzin, jest nieadekwatne.
Badanie, w którym użyto interferometru i radaru dopplerowskiego, mające wykazać korelację piorunów z prądami wstępującymi i opadającymi, wykazało, iż błyskawice powstają w obszarze nisko ciśnieniowych wiatrów wokół centralnego prądu wstępującego burzy, pełnego ciepłego i wilgotnego powietrza. Gdy burza się rozwija i prąd przyspiesza, częstotliwość piorunów gwałtownie rośnie.
Prąd wstępujący nie powoduje wielu piorunów, dopóki nie osiągnie prędkości 10-20 mil/h. Powyżej tych wartości, częstotliwość uderzeń rośnie z prędkością prądu. Przy prędkościach 20-50 mil/h, częstotliwość piorunów może wynosić 5-20 uderzeń/min, podczas, gdy powyżej 90 mil/h może przekroczyć 1 uderzenie na sekundę.
To jak pracujący silnik, w którym centralny prąd wznoszący jest głównym wałem.
Woda w prądzie wznoszącym burzy przechodzi przez wszystkie swoje fazy. Od pary wodnej, przez kondensację w chmurę, potem krople deszczu, po lód. Struktura burzy jest zorganizowana pionowo wokół centralnego prądu. Przemiany fazowe układają ładunki według temperatur, gdzie przejścia te powodują jonizację.
Woda sama się jonizuje. W swoim ciekłym stanie podlega samo-jonizacji, gdy dwie molekuły tworzą jon hydroksylowy (OH-) i kation hydroniowy (H3O+). Woda może być dalej jonizowana przez zanieczyszczenia, takie, jak dwutlenek węgla, do kwasu węglowego. Woda, kondensując się w chmurę a potem w krople, dostarcza okazji do jonizowania.
Woda może być super-nasycona -przekroczyć 100% wilgotności, jeżeli powietrze, na przykład, gwałtownie się ochłodzi podczas szybkiego wnoszenia w prądzie wznoszącym. Niestabilność super-nasycenia jest kolejną okazją do jonizacji.
Lód jest zwykle nośnikiem dodatniego ładunku, czyli prąd płynie przez jego powierzchnię strumieniami dodatnich jonów. Błyskawiczne zamrażanie wody w lód, przez co powstaje grad, jest kolejną okazją dla jonizacji.
Każda warstwa powietrza w burzy ma inną temperaturę, wilgotność, ciśnienie i prędkość, przenosząc różne fazy wody o różnych częściowych ciśnieniach, co oznacza, że i przewodzenie powietrza podlega zmianom.
Ostatni punkt jest ważny i do zapamiętania. Powstawanie korony wymaga szerszego spojrzenia na obwód superkomórki burzowej, co będzie dla was ciekawe, ponieważ pokaże, jak korona powoduje inne efekty. Być może tłumaczy wszystkie zjawiska burzowe. Temat obwodu elektrycznego super-komórki będzie kontynuowany w następnym artykule na temat ziemskiej elektrycznej pogody.
Dodatkowe źródła:
Electric Universe Geology: A New Beginning | Space News
The Arc-Blasted Earth | Space News
Extraordinary Evidence of EU Geology | Space News
Andrew Hall jest inżynierem i pisarzem, który spędził trzydzieści lat w branży energetycznej. Był mówcą na konferencji EU2016 i można go znaleźć pod hallad1257@gmail.com lub https://andrewdhall.wordpress.com/.
Wyjaśnienie: Proponowana teoria łukowych rozbłysków i wybuchów,ia ich skutków dla krajobrazu, są jedynie pomysłami autora, na podstawie obserwacji, doświadczeń skutków efektów udarów i hydrodynamicznych oraz dedukcji. Symulacja meteoru powietrznego Dr Mark Boslough dała znaczny wgląd w mechanizm fali uderzeniowej. Jego symulację można zobaczyć na YouTube: Mark Boslough. Autor nie rości sobie, że ta metoda jest jedynym sposobem, w jaki tworzone są góry lub inne formy geologiczne.
Pomysły wyrażone w Thunderblogach niekoniecznie wyrażają poglądy T-Bolts Group Inc lub Thunderbolts ProjectTM.
Przetłumaczono z: Nature’s Electrode