Удар молнии - Lightning strike
Удар молнии или молния является электрическим разрядом между атмосферой и землей. Большинство из них зарождаются в кучево-дождевых облаках и заканчиваются на земле, так называемые молнии облако-земля (CG) . Менее распространенный тип удара, молния земля-облако (GC), - это распространяющаяся вверх молния, исходящая от высокого заземленного объекта и достигающая облаков. Около 69% всех молний в мире - это удары между атмосферой и земными объектами. Большинство из них - это внутриоблачные (IC) молнии и от облака к облаку (CC), где разряды происходят только высоко в атмосфере. Молния поражает средний коммерческий самолет не реже одного раза в год, но современные инженерные разработки и дизайн означают, что это редко является проблемой. Движение самолета сквозь облака может вызвать даже удары молнии.
Одиночное событие молнии - это «вспышка», которая представляет собой сложный, многоступенчатый процесс, некоторые части которого до конца не изучены. Большинство вспышек CG «поражают» только одно физическое место, называемое «завершением». Первичный проводящий канал, яркий бегущий свет, который можно увидеть и который называется «ударом», составляет всего около дюйма в диаметре, но из-за его чрезвычайной яркости он часто выглядит намного больше для человеческого глаза и на фотографиях. Разряды молний обычно имеют длину в несколько миль, но некоторые типы горизонтальных разрядов могут достигать десятков миль в длину. Вся вспышка длится всего долю секунды.
Забастовки
Удары молнии могут травмировать людей несколькими способами:
-
Прямой
- Прямой удар - человек является частью флэш-канала. Огромное количество энергии проходит через тело очень быстро, что приводит к внутренним ожогам, повреждению органов, взрывам плоти и костей и повреждению нервной системы. В зависимости от силы вспышки и доступа к медицинским услугам, это может привести к мгновенному смертельному исходу или вызвать необратимую травму или повреждение.
- Контактная травма - предмет (обычно проводник), к которому прикасается человек, электризуется от удара.
- Боковой всплеск - ветви токов, «выскакивающие» из канала первичной вспышки, электризуют человека.
- Взрывные травмы - быть брошенным и получить травму тупым предметом от ударной волны (если очень близко) и возможное повреждение слуха от грома .
-
Косвенный
- Ток заземления или «ступенчатый потенциал» - заряды земной поверхности стремятся к каналу вспышки во время разряда. Поскольку земля имеет высокий импеданс, ток «выбирает» лучший проводник, часто ноги человека, проходя через тело. Почти мгновенная скорость разряда вызывает разность потенциалов на расстоянии, которая может составлять несколько тысяч вольт на погонный фут. Это явление (также ответственное за сообщения о массовой гибели оленей из-за грозы) приводит к большему количеству травм и смертей, чем три вышеперечисленных вместе взятых.
- ЭМИ - процесс разряда производит электромагнитный импульс ( ЭМИ ), который может повредить искусственный кардиостимулятор или иным образом повлиять на нормальные биологические процессы.
- Галлюцинации могут быть вызваны у людей, находящихся в пределах 200 м (650 футов) от сильной грозы.
-
Вторичный или результирующий
- Взрывы
- Пожары
- Несчастные случаи
Предупреждающие признаки приближающегося удара поблизости могут включать треск, ощущение статического электричества в волосах или коже, резкий запах озона или появление синей дымки вокруг людей или предметов ( огонь Святого Эльма ). Людям, оказавшимся в таких экстремальных ситуациях - не сумевшим сбежать в более безопасное, полностью закрытое пространство, - рекомендуется принять «молниеносную позу», которая включает «сидение или приседание, прижав колени и ступни друг к другу, чтобы создать только одну точку соприкосновения. с землей »(ноги должны быть оторваны от земли, если сидишь; если необходимо положение стоя, ступни должны соприкасаться).
Травмы
Удары молнии могут привести к тяжелым травмам и смертельным исходом в 10–30% случаев, причем до 80% выживших получают длительные травмы. Эти тяжелые травмы обычно не связаны с термическими ожогами, поскольку сила тока слишком коротка, чтобы сильно нагреть ткани; вместо этого нервы и мышцы могут быть непосредственно повреждены отверстиями в их клеточных мембранах , производящими высокое напряжение , - процесс, называемый электропорацией .
При прямом ударе электрические токи в канале вспышки проходят прямо через пострадавшего. Относительно высокое падение напряжения вокруг более слабых электрических проводников (например, у человека) вызывает ионизацию и разрушение окружающего воздуха, а внешний пробой отводит большую часть основного тока разряда, так что он проходит «вокруг» тела, уменьшая травмы. .
Металлические предметы, соприкасающиеся с кожей, могут «концентрировать» энергию молнии, поскольку она является лучшим естественным проводником и предпочтительным путем, что приводит к более серьезным травмам, таким как ожоги расплавленным или испаряющимся металлом. Сообщалось как минимум о двух случаях, когда жертва забастовки, носившая iPod, в результате получила более серьезные травмы.
Однако во время вспышки ток, протекающий через канал и вокруг тела, может генерировать сильные электромагнитные поля и ЭМИ, которые могут вызывать электрические переходные процессы (скачки) в нервной системе или кардиостимуляторе сердца, нарушая нормальную работу . Этот эффект может объяснить случаи, когда остановка сердца или судороги последовали за ударом молнии, не вызвавшим внешних повреждений. Это также может указывать на то, что жертва вообще не подверглась прямому удару, а просто находилась очень близко к месту прекращения удара.
Еще одно воздействие молнии на окружающих - их слух . Возникающая в результате ударная волна грома может повредить уши. Кроме того, электрические помехи для телефонов или наушников могут привести к разрушительному акустическому шуму .
Эпидемиология
Ежегодно во всем мире происходит около 240 000 инцидентов, связанных с ударами молний.
По данным National Geographic , ежегодно во всем мире от удара молнии погибает около 2000 человек. Согласно этим цифрам, средний человек имеет примерно от 1 до 60 000–80 000 шансов стать жертвой молнии в течение жизни примерно 65–70 лет. Кроме того, из-за повышения осведомленности и улучшения молниеотводов и защиты, количество смертей от молний неуклонно снижается из года в год.
По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований , за последние 40 лет в Соединенных Штатах в среднем погибал 51 год от ударов молнии, что делает их второй по частоте причиной смерти, связанной с погодными условиями, после наводнений . В США от 9 до 10% пораженных умирают, при этом в течение десятилетия 2010-х годов в среднем погибало 25 человек (16 в 2017 году).
В Кисии на западе Кении около 30 человек ежегодно умирают от ударов молнии. Высокий уровень смертности от молний в Кисии происходит из-за частых гроз и из-за того, что многие строения в этом районе имеют металлические крыши.
Эти статистические данные не отражают разницу между прямыми ударами, когда жертва была частью пути молнии, косвенными эффектами близости к точке заземления, такими как токи заземления, и результирующим, где пострадавший возник в результате последующих событий, таких как пожары. или взрывы. Даже самые знающие специалисты службы экстренного реагирования могут не распознать повреждение, связанное с молнией, не говоря уже о деталях, которые медицинский эксперт , следователь полиции или, в редких случаях, квалифицированный специалист по молнии, могут с трудом определить для точной регистрации. Это игнорирует тот факт, что молния, как первое событие, может нести ответственность за общую и последующую аварию.
Число жертв прямого удара может быть намного выше, чем сообщается.
Влияние на природу
Воздействие на растительность
Деревья - частые проводники молнии к земле. Поскольку сок является относительно плохим проводником, его электрическое сопротивление приводит к его взрывному нагреву до пара, который сдувает кору за пределы пути молнии. В следующие сезоны деревья зарастают поврежденный участок и могут полностью его закрыть, оставив только вертикальный рубец. Если повреждение серьезное, дерево может не восстановиться, и наступает гниение, в конечном итоге убивающее дерево.
В малонаселенных районах, таких как Дальний Восток и Сибирь России , удары молнии являются одной из основных причин лесных пожаров . Дым и туман, исходящие от очень большого лесного пожара, могут вызвать электрические разряды, вызывая дополнительные пожары за много километров по ветру.
Разрушение скал
Когда вода в трещиноватой породе быстро нагревается от удара молнии, возникающий в результате паровой взрыв может вызвать разрушение породы и сдвиг валунов. Это может быть значительным фактором эрозии тропических и субтропических гор, которые никогда не покрывались льдом. Свидетельства ударов молнии включают неустойчивые магнитные поля.
Электрические и структурные повреждения
Телефоны , модемы , компьютеры и другие электронные устройства могут быть повреждены молнией, поскольку чрезмерный ток может достигнуть их через телефонную розетку , кабель Ethernet или электрическую розетку . Близкие удары также могут генерировать ЭМИ, особенно во время «положительных» разрядов молнии.
Токи молнии имеют очень быстрое время нарастания , порядка 40 кА за микросекунду. Следовательно, проводники таких токов проявляют заметный скин-эффект , заставляя большинство токов протекать через внешнюю поверхность проводника.
Помимо повреждения электропроводки, следует учитывать и другие типы возможных повреждений, включая структурный, пожарный и имущественный ущерб.
Профилактика и смягчение последствий
Область систем молниезащиты - это огромная отрасль во всем мире из-за ударов молнии, которые могут оказывать на конструкции и деятельность человечества. Молния, даже если ее свойства различаются по порядку величины , может вызывать прямые или вторичные удары; привести к полному разрушению объекта или процесса или просто вызвать выход из строя удаленного электронного датчика; это может привести к остановке мероприятий на свежем воздухе из соображений безопасности сотрудников, когда гроза приближается к местности и пока она не пройдет достаточно; он может воспламенить летучие предметы, хранящиеся в больших количествах, или помешать нормальной работе оборудования в критические периоды времени.
Большинство устройств и систем молниезащиты защищают физические конструкции на Земле, за исключением летящих самолетов. Некоторое внимание было уделено попыткам управлять молниями в атмосфере, но все попытки оказались крайне ограниченными. Концепции кристаллов соломы и йодида серебра были разработаны для непосредственной работы с облачными ячейками и распылялись прямо в облака с пролетающего самолета. Солома была разработана для борьбы с электрическими проявлениями бури изнутри, в то время как техника посола йодистым серебром была разработана для борьбы с механическими силами бури.
Системы молниезащиты
Сотни устройств, в том числе молниеотводы и системы передачи заряда, используются для уменьшения повреждений от молнии и влияют на путь молнии.
Громоотвод (или молниеотвод) представляет собой металлическую полосу или стержень, соединенный с землей через проводники и систему заземления, используемый для обеспечения предпочтительного пути к земле, если молния заканчивается на конструкции. Класс этих продуктов часто называют «финишным» или «воздушным терминалом». Громоотвод или «стержень Франклина» в честь его знаменитого изобретателя Бенджамина Франклина - это просто металлический стержень, и без подключения к системе молниезащиты, как это иногда бывало в прошлом, не обеспечит дополнительной защиты для состав. Другие названия включают «молниеотвод», «разрядник» и «разрядник»; тем не менее, с годами эти названия были включены в другие продукты или отрасли, специализирующиеся на молниезащите. Например, грозозащитный разрядник часто относится к плавким вставкам, которые взрываются при ударе по высоковольтной воздушной линии электропередачи, чтобы защитить более дорогие трансформаторы на линии путем размыкания цепи. На самом деле это была ранняя форма сверхмощного устройства защиты от перенапряжения . Современные разрядники, изготовленные из оксидов металлов, способны безопасно шунтировать аномально высокие скачки напряжения на землю, предотвращая замыкание нормального напряжения системы на землю.
В 1962 году ВВС США разместили защитные башни для защиты от ударов молний на всех базах ядерных ракет БРСД Юпитер в Италии и Турции после двух ударов, частично приведших в действие ракеты.
Системы мониторинга и предупреждения
Точное место и время удара молнии по-прежнему невозможно предсказать. Тем не менее, продукты и системы были разработаны с различной степенью сложности для предупреждения людей, поскольку вероятность забастовки превышает установленный уровень, определяемый оценкой риска для условий и обстоятельств местоположения. Одним из значительных улучшений стало обнаружение вспышек с помощью наземных и спутниковых устройств наблюдения. Удары и атмосферные вспышки не предсказываются, но уровень детализации, регистрируемый этими технологиями, значительно улучшился за последние 20 лет.
Хотя обычно это связано с грозами на близком расстоянии, удары молнии могут происходить в день, который кажется лишенным облаков. Это явление известно как «гром среди ясного неба»; молния может ударить на расстоянии до 10 миль от облака.
Молния мешает радиосигналам с амплитудной модуляцией (AM) в гораздо большей степени, чем сигналы с частотной модуляцией (FM), обеспечивая простой способ измерить локальную интенсивность удара молнии. Для этого нужно настроить стандартный приемник AM средних волн на частоту без передающих станций и прислушаться к потрескиванию статики . Более сильные или близкие удары молнии также вызовут трещины, если приемник настроен на станцию. Поскольку более низкие частоты распространяются дальше по земле, чем более высокие, более низкие частоты диапазона средних волн (MW) (в диапазоне 500–600 кГц) могут обнаруживать удары молнии на больших расстояниях; если доступен длинноволновый диапазон (153–279 кГц), его использование может еще больше увеличить этот диапазон.
Системы обнаружения молний были разработаны и могут быть развернуты в местах, где удары молнии представляют особый риск, например, в общественных парках. Такие системы предназначены для обнаружения условий, которые, как считается, способствуют ударам молнии, и для предупреждения находящихся поблизости людей, позволяющих им укрыться.
Личная безопасность
Национальный институт молниезащиты США советует американским гражданам иметь план своей безопасности во время грозы и начинать ее, как только видна первая молния или слышен гром. Это важно, так как молния может ударить без дождя. Если гром вообще слышен, то существует опасность удара молнии. Самое безопасное место - внутри здания или автомобиля. Находясь внутри, избегайте использования электрического оборудования и водопровода, в том числе не принимайте душ. Риск сохраняется в течение 30 минут после последней наблюдаемой молнии или грома.
Национальный институт молниезащиты рекомендует использовать метод FB (от вспышки до стрелы) для измерения расстояния до удара молнии. Вспышка удара молнии и раздача грома происходят примерно в одно и то же время. Но свет движется со скоростью 300 000 км / сек, что почти в миллион раз превышает скорость звука. Звук распространяется с меньшей скоростью, примерно 340 м / сек (в зависимости от температуры), поэтому вспышка молнии видна раньше, чем гром. Метод определения расстояния между ударом молнии и зрителем включает в себя подсчет секунд между вспышкой молнии и громом. Затем разделив на три, чтобы определить расстояние в километрах, или на пять в милях. Немедленные меры предосторожности против молнии должны быть приняты, если время FB составляет 25 секунд или меньше, то есть, если молния находится ближе, чем 8 км или 5 миль.
В отчете говорилось, что не имеет значения, стоял ли человек, сидел на корточках или лежал на улице во время грозы, потому что молния может перемещаться по земле; В этом отчете говорилось, что безопаснее всего находиться внутри прочной конструкции или транспортного средства. В Соединенных Штатах среднегодовое количество смертей от молний составляет около 51 смерти в год, хотя в последнее время, в период с 2009 по 2018 год, в США в среднем погибало только 27 смертей от молний в год. К самым рискованным видам деятельности относятся рыбалка, катание на лодках, кемпинг и гольф. Человек, пострадавший от удара молнии, не несет электрического заряда, и его можно безопасно обработать, чтобы оказать первую помощь до прибытия экстренных служб. Молния может повлиять на ствол мозга, который контролирует дыхание.
Несколько исследований, проведенных в Южной Азии и Африке, показывают, что опасность молнии там не воспринимается достаточно серьезно. Исследовательская группа из Университета Коломбо обнаружила, что даже в районах, где погибла молния, не было принято никаких мер предосторожности против будущих штормов. Форум экспертов, созванный в 2007 году, чтобы обсудить, как повысить осведомленность о молнии и улучшить стандарты молниезащиты, и выразил обеспокоенность тем, что во многих странах нет официальных стандартов на установку молниеотводов .
Известные инциденты
Все события, связанные или предположительно причиняющие ущерб, называются «инцидентами с молнией» из-за четырех важных факторов.
- Судебно-медицинские доказательства прекращения действия молнии в наиболее изученных примерах либо незначительны (яма в металле, чем острие ручки), либо неубедительны (темная окраска).
- Пораженный объект может взорваться, или последующие пожары уничтожат все незначительные доказательства, которые могли быть доступны сразу после самого удара.
- Канал вспышки и сам разряд - не единственные причины травм, воспламенения или повреждений, т. Е. Токов заземления или взрыва легковоспламеняющихся веществ.
- Острота восприятия человека не так хороша, как миллисекунды продолжительности вспышки молнии, и способность людей наблюдать это событие зависит от неспособности мозга его понять. Появляются системы обнаружения молний, как спутниковые, так и наземные, но их точность по-прежнему измеряется в пределах от сотен до тысяч футов, что редко позволяет им определять точное местоположение прекращения сигнала.
Как таковой, он часто бывает безрезультатным, хотя весьма вероятно, что произошла вспышка молнии, поэтому классификация его как «инцидент с молнией» охватывает все базы.
Привязанный к земле
- 1660-е: В 1660 году молния зажгла пороховой магазин в замке Осака , Япония ; в результате взрыва замок загорелся. В 1665 году молния снова загорелась на главной башне замка, зажег огонь, который впоследствии сжег его до основания.
- 1769: Особенно смертоносная молния произошла в Брешии , Италия . Молния ударила в церковь Св. Назера, воспламенив 90 тонн пороха в ее хранилищах; В результате взрыва погибли 3000 человек и была разрушена шестая часть города.
- 1902: Удар молнии повредил верхнюю часть Эйфелевой башни, что потребовало восстановления ее вершины.
- 1970 12 июля: Центральная мачта радиопередатчика Орлунда в центральной Швеции обрушилась после того, как удар молнии разрушил ее фундаментный изолятор.
- 1980 г. 30 июня: в результате удара молнии погибли 11 учеников начальной школы Биего в Кении в современном округе Ньямира . Еще 50 учеников получили травмы, остальные остались травмированными.
- 1994 2 ноября: в результате удара молнии в Дронке, Египет , взорвались топливные баки, в результате чего погибло 469 человек.
- 2005 31 октября: Шестьдесят восемь дойных коров погибли на ферме в Фернбруке на Уотерфолл-Уэй недалеко от Дорриго, Новый Южный Уэльс , в результате удара молнии. Трое других были временно парализованы на несколько часов, а затем полностью выздоровели. Коровы укрывались возле дерева, когда в него ударила молния. Удельное сопротивление почвы обычно выше, чем у животных тканей. Когда в почву выделяется огромное количество энергии, всего на несколько метров вверх по ноге животного, через его тело и вниз по другим ногам может быть заметно сниженное сопротивление электрическому току, и через животное будет протекать пропорционально большее количество энергии, чем через почву на нем. который стоит. Это явление, называемое повышением потенциала земли, может вызвать серьезный и разрушительный электрический шок, достаточный, чтобы убить крупных животных.
- 2007 год, июль: в результате удара молнии в Ушари-Дара, удаленную горную деревню на северо-западе Пакистана, погибло до 30 человек .
- 2011 г. 8 июня: молния отправила 77 курсантов ВВС в больницу, когда она ударила посреди тренировочного лагеря в Кэмп-Шелби, штат Миссисипи.
- 2013, февраль: девять южноафриканских детей были госпитализированы после того, как в их школе на поле для крикета произошел инцидент с молнией, в результате чего пять детей на поле и четыре девочки шли домой.
- 2016 г., май – июнь: фестиваль Rock am Ring недалеко от Франкфурта был отменен после того, как не менее 80 человек получили ранения в результате удара молнии в этом районе. Кроме того. 11 детей во Франции и трое взрослых в Германии были ранены и один мужчина убит на юге Польши примерно в те же даты.
- 2016 26 августа: Стадо диких оленей было сбито в Хардангервидде в центральной Норвегии , в результате чего погибло 323 человека. Представитель Норвежского агентства по охране окружающей среды Кьяртан Кнутсен заявил, что никогда раньше не слышал о таком количестве погибших. Он сказал, что не знает, произошло ли несколько ударов, но что все они погибли «в один момент».
- 2017: Первая прямая запись удара молнии в полосу сердечного ритма произошла у подростка, которому имплантировали петлевой регистратор в качестве кардиомонитора при нейрокардиогенном обмороке.
- 2018: в результате удара молнии в церкви адвентистов седьмого дня в Руанде погибли по меньшей мере 16 человек и десятки получили ранения .
- 2021: Удар молнии убил 9-летнего мальчика в поле в Блэкпуле, Англия.
- 2021 год: в апреле по меньшей мере 76 человек по всей Индии погибли в результате удара молнии за один уик-энд; 23 человека погибли на сторожевой башне форта Амер , популярного туристического места в Раджастане, и 42 человека погибли в Уттар-Прадеше, при этом наибольшее количество погибших из 14 произошло в городе Аллахабад . Наконец, 11 человек погибли в Мадхья-Прадеше, двое из них были убиты, когда укрывались под деревьями, когда пасли овец.
- 2021: 4 августа 17 человек погибли в результате одиночного удара молнии в Шибгандж Упазила в районе Чапайнавабгандж в Бангладеш; 16 человек погибли на месте, еще один умер от сердечного приступа, встречаясь с остальными.
В полете
Самолеты обычно поражаются молнией без повреждений, при этом типичный коммерческий самолет поражает не реже одного раза в год, однако иногда последствия удара весьма серьезны.
- 1963 г. 8 декабря: рейс 214 компании Pan Am потерпел крушение около Элктона, штат Мэриленд, во время сильной грозы, в результате чего погибли 81 пассажир и экипаж. Самолет Boeing 707-121, зарегистрированный как N709PA, совершал заключительный этап рейса Сан-Хуан – Балтимор – Филадельфия.
- 1969, 14 ноября: Ракета Сатурн V миссии «Аполлон-12 » и ее ионизированный шлейф выхлопных газов стали частью канала вспышки молнии через 36,5 секунды после старта. Хотя разряд произошел «через» металлическую обшивку и каркас машины, он не зажег легковоспламеняющееся топливо ракеты.
- 1971, 24 декабря: самолет LANSA Flight 508 , турбовинтовой Lockheed L-188A Electra, зарегистрированный OB-R-941, выполнявший регулярный внутренний пассажирский рейс авиакомпании Lineas Aéreas Nacionales Sociedad Anonima (LANSA), разбился в результате удара молнии, воспламенившего топливный бак. он летел из Лимы, Перу, в Пукальпа, Перу, в результате чего погиб 91 человек - все 6 членов экипажа и 85 из 86 пассажиров. Единственной выжившей была Джулиана Кёпке , которая упала на 2 мили (3,2 км) в тропический лес Амазонки, привязанная к своему сиденью, и удивительно пережила падение, а затем смогла пройти через джунгли в течение 10 дней, пока ее не спасли местные рыбаки.
- 2012 4 ноября: сообщалось, что самолет взорвался у берегов залива Херн, Кент , во время полета. Оказалось, что это не так; скорее, самолет стал частью канала вспышки, заставляя наблюдателей сообщать, что самолет и окружающее небо выглядело ярко-розовым.
- 2019 5 мая: Рейс 1492 Аэрофлота , самолет Sukhoi Superjet 100, по словам капитана полета, был поражен молнией при взлете, повредив электрические системы и вынудив пилотов совершить вынужденную посадку. Самолет сильно ударился о землю и загорелся, который охватил самолет на взлетно-посадочной полосе. Из 78 человек на борту 41 погиб.
Самый пораженный человек
- Рой Салливан занесен в Книгу рекордов Гиннеса после семи ударов молнии. У него были множественные травмы на теле.
Смотрите также
- Фульгуриты - это разряд молнии с компьютерной зарядкой, который может вызвать «окаменевшую молнию», демонстрируя огромное, хотя и кратковременное, количество энергии, передаваемой столбом молнии. Они могут наглядно продемонстрировать, как энергия может рассеиваться внутри или снаружи от одного или нескольких центральных узлов заделки, а также различия между диаметрами этих каналов, которые колеблются от нескольких мм до нескольких сантиметров. Возможный диапазон форм и составов фульгуритов сильно различается, отражая сложные электрические, химические и физические свойства целевого осадка, породы или биологической массы.
- Геомагнитно индуцированные токи - это явления, связанные с космическим излучением, вызывающие переходные процессы и электрические нарушения, которые влияют на электрические системы и системы передачи данных в широком масштабе. Импульсные ЭМИ и токи заземления действуют одинаково, но они встречаются чаще и оказывают гораздо более локальное влияние на технологию.
- Кераунопатия - это медицинское исследование пострадавших от ударов молнии и связанного с ними лечения.