Физика разряда и концентрация электрического поля

Грозовое облако представляет собой гигантский конденсатор. Нижняя кромка тучи обычно накапливает сильный отрицательный заряд, который индуцирует на поверхности Земли заряд противоположного знака. В результате между облаком и земной поверхностью формируется разность потенциалов в десятки и сотни миллионов вольт. Воздух служит изолятором, но его электрическая прочность ограничена величиной примерно тридцать киловольт на сантиметр.

Электрическое поле распределяется по рельефу неравномерно. На любых возвышенностях, выступах и заостренных предметах силовые линии сгущаются, вызывая локальный скачок напряженности поля. Высокое одинокое дерево посреди поля, луга или поляны создает максимальную концентрацию заряда на своих верхних ветвях. Содержащие влагу древесные волокна и насыщенный солями сок проводят ток значительно лучше окружающего сухого воздуха.

Когда напряженность поля превышает критический порог пробоя, из облака к земле устремляется ступенчатый лидер — ионизированный канал с высокой проводимостью. Навстречу ему от наиболее ионизированной точки на земле выбрасывается ответный стример. На открытой местности этот восходящий поток почти всегда стартует именно с кроны одинокого высокого дерева. В момент смыкания лидера и стримера формируется проводящий канал, по которому проходит главный разряд молнии с силой тока от тридцати до двухсот тысяч ампер.

Опасности для человека под кроной

Большинство людей ошибочно полагают, что главная угроза заключается исключительно в прямом попадании молнии в голову. В реальности поражение под деревом происходит по нескольким совершенно иным физическим механизмам, каждый из которых смертельно опасен.

  • Боковой разряд перескакивает со ствола на человека из-за разницы электрических сопротивлений. Древесина обладает высоким удельным сопротивлением, поэтому многотысячный ток молнии встречает на пути в землю серьезную преграду. Тело человека, состоящее преимущественно из воды и электролитов, проводит электричество в разы лучше дерева. Ток пробивает воздушный промежуток между стволом и человеком, выбирая путь наименьшего сопротивления через сердце и нервную систему.
  • Шаговое напряжение возникает в момент растекания тока в грунте вокруг корней. Земля обладает определенным удельным сопротивлением, создавая вокруг точки удара радиальный градиент потенциала. Потенциал поверхности резко убывает от центра к периферии. Если человек стоит, расставив ноги, между его стопами возникает колоссальная разность потенциалов. Этот ток входит через одну ногу, проходит через тазовую область и выходит через вторую, вызывая фибрилляцию желудочков сердца и спазм мышц.
  • Тепловой взрыв ствола происходит за доли секунды из-за мгновенного разогрева влаги внутри древесины. Температура канала молнии достигает тридцати тысяч градусов Кельвина, превышая температуру поверхности Солнца. Древесный сок и внутренняя смола мгновенно вскипают, превращаясь в перегретый пар высокого давления. Ствол буквально разрывает изнутри с силой хорошей осколочной гранаты, а тяжелые щепы и обломанные толстые ветви наносят тяжелые черепно-мозговые и скелетные травмы.

Мифы о породах деревьев и надежной защите

Второе распространенное заблуждение связано с резиновой обувью и дождевиками. Тонкая подошва кроссовок или сапог толщиной в пару сантиметров способна изолировать тело от бытового напряжения в двести двадцать вольт. Перед напряжением в миллионы вольт слой резины мгновенно пробивается электрической дугой. Обувь с резиновой подошвой может частично снизить риск поражения шаговым напряжением на удалении от эпицентра, но при нахождении под деревом она бесполезна.

Правильный алгоритм действий на открытой местности

Оказавшись во время грозы вдали от капитальных зданий и транспорта, необходимо быстро минимизировать риски грамотным выбором позиции и позы.

  1. Отойди от любого изолированного высокого объекта на расстояние, равное двойной высоте этого объекта. Если высота дерева составляет пятнадцать метров, безопасная зона начинается минимум в тридцати метрах от его кроны.
  2. Найди естественное сухое углубление рельефа вроде оврага, канавы, впадины или ложбины. Избегай дна ручьев, заболоченных мест и скоплений дождевой воды, так как вода многократно увеличивает проводимость грунта.
  3. Избавься от высоких металлических предметов над головой. Металлические каркасы зонтов, удочки, походные палки или велосипеды следует аккуратно положить на землю на расстоянии не менее десяти метров от себя.
  4. Прими правильную защитную грозовую позу. Сядь на корточки, максимально низко опусти голову к коленям, обхвати ноги руками и плотно сомкни ступни вместе. Ложиться плашмя на землю строжайше запрещено, поскольку контакт большой площади тела с грунтом многократно увеличивает вероятность летального удара шаговым напряжением.
  5. Подложи под ступни любой сухой изолятор при его наличии. Подойдет туристический коврик из вспененного полиэтилена, свернутый сухой рюкзак, полиэтиленовый пакет с сухими вещами или сухая ветка без листвы.

Частые вопросы

Можно ли прятаться в лесу, а не под одиноким деревом?

В густом лесу находиться значительно безопаснее, чем на открытом пространстве. Разряд равномерно распределяется по верхушкам сотен деревьев равной высоты. В лесу следует выбирать участки с низкорослым подлеском или молодыми посадками, избегая старых деревьев с дуплами и деревьев, значительно возвышающихся над общим уровнем лесного массива.

Защищает ли металлический кузов автомобиля от молнии?

Автомобиль обеспечивает высокую степень защиты благодаря эффекту клетки Фарадея. Металлический замкнутый кузов отводит весь электрический заряд по своей внешней поверхности в землю через мокрые колеса или электрическую дугу. Находясь внутри машины, главное — полностью закрыть окна, заглушить двигатель и не прикасаться к металлическим деталям обшивки и электроприборам.

Почему нельзя использовать зонт во время грозы в чистом поле?

Раскрытый зонт делает человека еще выше и формирует выраженную заостренную металлическую верхушку над телом. Металлический штырь и спицы концентрируют силовые линии электрического поля, стимулируя возникновение восходящего стримера прямо из зонта в руку человека.

Притягивает ли включенный смартфон разряд молнии?

Сам по себе радиосигнал смартфона слишком слаб, чтобы ионизировать воздух и направить лидер молнии. Однако в момент удара рядом с человеком электромагнитный импульс индуцирует в микросхемах и батарее телефона сильные вихревые токи. Это способно вызвать взрыв аккумулятора и глубокие термические ожоги кожи, поэтому во время близкой грозы устройство лучше отключить и убрать вглубь рюкзака.