Piorun: zjawisko natury i polska broń przeciwlotnicza

W Polsce słowo piorun oznacza dwie zupełnie różne rzeczy: naturalne wyładowanie elektryczne w atmosferze, które co roku zabija w naszym kraju ludzi, oraz polski przenośny system rakietowy PPZR Piorun.

Najważniejsze:

• Piorun jako zjawisko natury powstaje wskutek tarcia lodu i wody wewnątrz chmury burzowej, a energia wyładowania rozprasza się głównie w postaci ciepła w kanale plazmy
• Największe zagrożenie dla urządzeń elektrycznych stanowi nie samo uderzenie, lecz impuls elektromagnetyczny indukujący napięcie w pobliskich instalacjach
• Bezpieczna pozycja podczas burzy na otwartej przestrzeni to kucnięcie ze złączonymi nogami, chroni przed groźnym napięciem krokowym

Jak powstaje piorun, i dlaczego to ważne dla laika

Piorun to bardzo silne wyładowanie elektrostatyczne, które w meteorologii towarzyszy zwykle burzom. Wyładowaniu towarzyszy grzmot oraz błyskawica, zjawisko świetlne przybierające bardzo różne kształty: od ledwo zauważalnego rozjaśnienia powierzchni chmury po rozgałęziony, świecący sznur widoczny na kilkadziesiąt kilometrów.

Mechanizm powstawania pioruna można opisać obrazowo: wewnątrz chmury burzowej wieje silny wiatr, który gwałtownie miesza krople wody z drobinami lodu. Te składniki trą o siebie jak dwa kawałki materiału, i tak jak pocieranie tworzy ładunek statyczny, tak tutaj powstaje ogromna różnica potencjałów elektrycznych. Kluczowy jest kierunek ruchu: lód jest lżejszy, więc wędruje ku górze chmury, a po drodze oddaje elektrony wodzie. Efekt? Szczyt chmury gromadzi ładunek dodatni, podczas gdy dolna część i ziemia pod chmurą stają się ujemne. Gdy różnica potencjałów osiąga ekstremalną wartość, następuje przeskok, właśnie to jest piorun.

Czytaj także: Gruzja zakupiła polskie zestawy przeciwlotnicze. Prawdopodobnie chodzi o Pioruny

Ten sam mechanizm tarcia drobin odpowiada za pioruny pojawiające się podczas burz pyłowych, erupcji wulkanicznych czy wielkich pożarów lasów, wszędzie tam, gdzie masa cząstek porusza się gwałtownie i trze o siebie.

Większość energii wyładowania rozprasza się jako ciepło w kanale plazmy, czyli ogrzanym i zjonizowanym powietrzu. Tylko niewielka część zamienia się w błysk i grzmot, słyszalny z odległości do 16–24 kilometrów. Warto wiedzieć, że nie wszystkie pioruny biją z góry w dół: tak zwane pioruny odwrotne, biegnące od ziemi ku chmurom, stanowią około 15 procent wszystkich wyładowań, a najdłuższy zarejestrowany miał aż 70 kilometrów długości.

Zniszczenia, jakie zostawia po sobie wyładowanie

Skala zniszczeń, jakie potrafi wywołać pojedynczy piorun, jest często niedoceniana. Wyładowanie może wywołać pożar, rozerwać pień drzewa lub mur, a nawet oderwać i odrzucić na kilka metrów płyty dachowe ważące do 100 kilogramów. Temperatura w kanale przewodzenia jest tak wysoka, że topi krzemionkę zawartą w glebie w miejscu uderzenia, powstaje wtedy naturalne szkło zwane fulgurytem, jedyna trwała pamiątka po błyskawicy.

Dla urządzeń elektrycznych groźne jest nie tylko bezpośrednie trafienie w sieć. Równie niebezpieczny, a znacznie częstszy, jest impuls elektromagnetyczny, który powstaje wskutek wytworzenia przez prąd pioruna krótkotrwałego pola magnetycznego. Impuls ten indukuje napięcie we wszystkich pobliskich obwodach: liniach energetycznych, sieciach telekomunikacyjnych czy instalacjach antenowych.

Aby zobrazować skalę zagrożenia: przy prądzie o wartości szczytowej 140 kA i rezystancji uziemienia budynku wynoszącej zaledwie 2 omy, napięcie związane z przepływem takiego prądu osiąga 280 kV. Obowiązujące w Polsce przepisy, norma PN-EN 60364, wymagają rezystancji uziemienia mniejszej niż 10 omów. Przed skutkami przepięć chronią specjalne ochronniki przepięciowe instalowane w rozdzielnicach elektrycznych. Brak takich urządzeń oznacza, że to ogromne napięcie uderzy wprost w podłączone do sieci sprzęty.

Co grozi człowiekowi trafionemu piorunem

Uderzenie pioruna w człowieka to zdarzenie o skutkach daleko wykraczających poza zwykłe oparzenie. Wyładowanie może wywołać:

• oparzenia zewnętrzne i wewnętrzne
• upośledzenie słuchu i wzroku
• uszkodzenie układu nerwowego, w tym paraliż kończyn
• drgawki i stany pobudzenia lub apatii
• zaburzenia rytmu serca, aż po zatrzymanie krążenia
• upośledzenie funkcji nerek
• problemy z układem pokarmowym, takie jak ostra rozstrzeń żołądka

Jak się chronić, praktyczny przewodnik

Zasady ochrony przed piorunem brzmią prosto, ale ich zrozumienie wymaga wiedzy o tym, jak piorun faktycznie działa. Oto najważniejsze wskazówki wynikające ze źródła, z wyjaśnieniem, dlaczego każda z nich ma sens:

• Nie stawaj pod samotnym drzewem. Prąd przepływający przez rdzeń drzewa gwałtownie odparowuje wodę w jego wnętrzu, co powoduje wybuch, drzewo dosłownie rozrywa od środka.
• Unikaj wysokich masztów i linii energetycznych. Piorun preferuje wysokie, przewodzące obiekty jako naturalne „drogi” do ziemi.
• Nie kładź się na ziemi. Po uderzeniu pioruna prąd rozpływa się po powierzchni ziemi promieniście. Jeśli leżysz, Twoje ciało tworzy mostek między punktami o różnym potencjale, właśnie to nazywa się napięciem krokowym i jest śmiertelnie niebezpieczne.
• Kucnij ze złączonymi nogami. Minimalizujesz w ten sposób różnicę potencjałów między punktami styku ciała z ziemią.
• Szukaj schronienia w budynku lub zagłębieniu terenu. Budynek z instalacją odgromową lub nawet pojazd z zamkniętą karoserią metalową znacznie zmniejszają ryzyko.
• Nie kąp się podczas burzy. Woda i instalacje hydrauliczne świetnie przewodzą prąd indukowany przez piorun.

Najczęściej zadawane pytania

Jak ratować osobę trafioną piorunem?

Osoba trafiona piorunem nie jest naładowana elektrycznie i można jej bezpiecznie dotknąć. Należy natychmiast wezwać pomoc medyczną. Ponieważ uderzenie pioruna może zatrzymać krążenie, do czasu przyjazdu ratowników wskazane jest podjęcie resuscytacji, jeśli poszkodowany nie oddycha. Źródło wskazuje, że wśród skutków uderzenia może być zarówno zatrzymanie krążenia, jak i uszkodzenia układu nerwowego i nerek, to zdarzenie wymagające pilnej pomocy specjalistycznej.

Czy antena telewizyjna lub satelitarna naraża dom na uderzenie pioruna?

Tak, instalacje antenowe należą do obwodów, w których impuls elektromagnetyczny pioruna może indukować wysokie napięcie i uszkodzić podłączone urządzenia. Źródło wskazuje, że przed takimi skutkami chronią ochronniki przepięciowe instalowane w obwodach elektrycznych i telekomunikacyjnych.

Co to jest napięcie krokowe i dlaczego jest tak groźne?

Po uderzeniu pioruna w ziemię prąd rozpływa się po jej powierzchni promieniście. Jeśli stoisz lub leżysz tak, że dwa punkty styku Twojego ciała z ziemią dzieli jakakolwiek odległość, między tymi punktami powstaje różnica potencjałów, napięcie krokowe, które może spowodować przepływ prądu przez ciało. Dlatego właśnie zaleca się kucanie ze złączonymi nogami, a nie leżenie na ziemi.

Materiał przygotowany z wykorzystaniem narzędzi sztucznej inteligencji.

Fot. Jurryaany / Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)