Физика разряда и притяжение молнии к высоким объектам

Грозовое облако накапливает колоссальный электрический заряд. Нижняя кромка тучи обычно заряжена отрицательно, а поверхность земли под ней поляризуется положительно. Разность потенциалов между тучей и землей достигает сотен миллионов вольт. Воздух служит отличным диэлектриком, но при критической напряженности электрического поля начинается его ударная ионизация.

С облака к земле устремляется ступенчатый лидер — невидимый глазом проводящий канал из ионизированного газа, движущийся рывками по несколько десятков метров. Когда лидер приближается к поверхности на расстояние около 50-100 метров, напряженность поля возле любых возвышающихся предметов резко возрастает. На вершинах холмов, крышах зданий и верхушках высоких деревьев зарождаются встречные стримеры — восходящие светящиеся каналы положительного заряда.

Одиноко стоящее дерево в поле оказывается самой близкой точкой к грозовому фронту на сотни метров вокруг. Верхние ветви концентрируют электрическое поле высокой плотности, порождая наиболее мощный встречный стример. Как только лидер облака смыкается с восходящим стримером от дерева, замыкается электрическая цепь. По образовавшемуся ионизированному каналу устремляется главный разряд молнии с силой тока от 20 000 до 200 000 ампер. Температура плазменного шнура в этот момент достигает 25 000-30 000 градусов Цельсия, что в пять раз превышает температуру поверхности Солнца.

Какими путями электричество поражает человека под кроной

Прямое попадание молнии в макушку человека происходит относительно редко. Основную угрозу несут скрытые вторичные эффекты, возникающие при стекании заряда через ствол и почву.

Первый механизм называют боковым разрядом или вспышкой. Древесина, даже насыщенная влагой от дождя, обладает значительным электрическим сопротивлением. Человеческое тело состоит из проводящих жидкостей и электролитов, поэтому проводит электрический ток гораздо легче дерева. Когда колоссальный импульс идет вниз по стволу, на определенной высоте напряжение пробивает слой воздуха между деревом и стоящим рядом человеком. Разряд совершает прыжок в сторону лучшего проводника, проходит через тело в землю и вызывает глубокие термические ожоги вместе с остановкой сердца.

Второй механизм поражения — шаговое напряжение. Когда ток силой в десятки тысяч ампер входит через корни в грунт, он растекается радиально во все стороны. Земля обладает удельным сопротивлением, поэтому на поверхности вокруг ствола формируется градиент потенциала. Потенциал точки грунта у самого основания дерева колоссален, а по мере удаления падает до нуля. Если ноги стоящего или идущего человека находятся в точках с разным потенциалом, между ними возникает разность напряжений. Ток входит через одну ногу, проходит через тазовую область и уходит через вторую ногу. Напряжение в десятки киловольт вызывает мгновенный паралич мышц ног, потерю сознания и фибрилляцию желудочков сердца.

Третий поражающий фактор связан с механическим разрушением ствола. Мгновенный нагрев древесины приводит к моментальному вскипанию влаги в ее капиллярах. Пар мгновенно расширяется под чудовищным давлением, разрывая ствол изнутри подобно артиллерийскому снаряду. Во все стороны со скоростью осколков разлетаются щепки, куски коры и массивные ветви, способные нанести смертельные механические травмы.

О чем говорит статистика происшествий

По данным метеорологических служб и спасательных ведомств разных стран, включая МЧС России и американскую организацию National Lightning Safety Council, около четверти всех смертельных случаев от молнии на открытом воздухе связаны с укрытием под деревьями. В сельской местности эта доля периодически поднимается до трети.

Чаще всего в трагические сводки попадают пастухи, туристы, рыбаки и любители бега на открытых пространствах. Стремясь спастись от ливня, человек рефлекторно выбирает ближайшую плотную крону. Дождь промочит одежду за считанные минуты, но сохранит жизнь, тогда как сухое пространство под раскидистым дубом в грозу превращается в эпицентр смертельной опасности.

Как правильно вести себя во время грозы на открытой местности

Если гроза застала на открытом пространстве в поле, лугу или степи, главное правило — исключить положение, при котором человек становится самой высокой точкой рельефа. При этом приближаться к отдельно стоящим деревьям, стогам сена, линиям электропередачи или металлическим заборам категорически запрещено.

Безопасное расстояние от одинокого дерева рассчитывается просто. Необходимо отойти от ствола на дистанцию, превышающую высоту самого дерева как минимум в два раза. Если высота сосны составляет пятнадцать метров, удалиться нужно минимум на тридцать метров.

В чистом поле следует найти естественное углубление рельефа — овраг, сухую ложбину или канаву. Дно канавы не должно быть заполнено проточной водой, поскольку ручьи и скопления луж отлично проводят ток. В выбранном сухом углублении необходимо принять специальную грозовую позу.

  • Сесть на корточки, опустив голову к коленям и обхватив ноги руками.
  • Плотно сомкнуть ступни вместе, чтобы свести к минимуму площадь контакта с грунтом и исключить возникновение разности потенциалов между ногами.
  • Изолировать себя от сырой земли с помощью любого сухого непроводящего материала под ногами вроде свернутого полиэтиленового дождевика, рюкзака или автомобильного резинового коврика.
  • Ложиться плашмя на землю строго запрещено, поскольку контакт большой площади тела с сырым грунтом гарантирует максимальное поражение шаговым током при ударе поблизости.

Защищенность в городской среде и в лесу

В городе условия существенно отличаются от открытого поля. Плотная застройка создает защитные зоны. Многоэтажные дома оснащены молниезащитными контурами, металлическими заземленными кровлями и штыревыми молниеприемниками, которые перехватывают основные разряды и безопасно отводят ток глубоко в землю.

Однако парковые зоны с вековыми деревьями во время ливня представляют городскую опасность. Одинокие парковые дубы и аллеи высоких тополей точно так же уязвимы перед молниями. Надежным городским убежищем во время грозы служат капитальные здания из бетона и кирпича, подземные переходы, станции метро или закрытые автомобили. Металлический кузов машины формирует так называемую клетку Фарадея, благодаря которой электрический разряд огибает внутреннее пространство по внешнему контуру кузова и стекает в сырой асфальт через влажные шины, не причиняя вреда пассажирам внутри салона.

В сплошном лесу обстановка выглядит спокойнее, чем на открытой пустоши. Миллионы деревьев распределяют электрический потенциал равномерно, размывая фокус для образования мощного восходящего стримера. В лесу безопаснее укрываться среди низкорослых деревьев с густыми кронами, избегая контакта со стволами и обходя стороной участки с поваленными ветром или уже расщепленными старыми разрядами деревьями.

Частые вопросы

Можно ли прятаться в лесу во время сильной грозы?

В глухом лесу укрываться допустимо, если соблюдать дистанцию. Следует выбирать участки с низкорослым молодым подлеском, находящимся между высокими деревьями, и держаться на расстоянии не менее двух-трех метров от любых массивных стволов.

Защитят ли резиновые сапоги от шагового напряжения?

Обычная бытовая резиновая обувь снижает риск при малых потенциалах, но не рассчитана на пробивное напряжение в десятки тысяч вольт. Качественные сухие диэлектрические боты создают барьер, однако при ударе молнии рядом напряжение легко перекрывает тонкую подошву стандартной обуви по влажной поверхности.

Притягивает ли включенный мобильный телефон молнию?

Радиоволны смартфона и слабые токи аккумулятора не ионизируют воздух и не способны привлечь ступенчатый лидер. Опасность представляет металлический корпус устройства, который при близком разряде может нагреться и вызвать сильный контактный ожог кожи.

Что делать, если волосы начали вставать дыбом, а металлические предметы гудят?

Это признак возникновения восходящего стримера прямо на вас или в паре метров рядом. Разряд произойдет через секунды. Нужно немедленно присесть на корточки, прижать лоб к коленям, плотно соединить пятки и прикрыть уши руками.