Aby mohol prebehnúť bleskový výboj, musí sa medzi
oblakmi alebo medzi oblakom a zemou vytvoriť vodivá cesta.
Vodivá cesta vzduchom sa vytvorí iba vtedy, keď je napätie také veľké, že
prekoná odpor vzduchu. Zo spodnej časti oblaku, kde sa nahromadilo veľké
množstvo záporného náboja, začnú zrazu smerom k zemi tiecť obrovskou
rýchlosťou elektróny v úzkom kanále tvaru pramienka. Tie pri zrážkach
s atómami vzduchu vyrážajú elektróny z obalu neutrálnych atómov
vzduchu. Vznikajú kladné ióny a tým sa cesta stáva vodivou. Nárazmi uvoľnené
elektróny smerujú tiež k zemi a štiepia ďalšie atómy vzduchu.
Rýchly let elektrónov sa podobá
lavíne, ktorá začína ako gúľajúca sa malá snehová guľa. Postupne sa
obaľuje ďalším snehom, neustále zväčšuje svoju rýchlosť a prechádza
do obrovských rozmerov. Cez kanál blesku, ktorý je kľukatý a rozvetvený,
začína pretekať stále väčšie množstvo
elektrického náboja z oblaku. Elektrónová lavína prekoná vzdialenosť
medzi búrkovým oblakom a najvyšším bodom na zemskom povrchu za niekoľko
stotín sekundy, niekedy aj za kratší časový úsek.
Etapy priebehu blesku
1. Prvá etapa vzniku blesku
je prípravná. Odborne sa nazýva stupňovitý vedúci výboj (Obrázok 4)
alebo leader (z angl., čítaj líder),
čo znamená vodca, vedúci. Leader sa
pohybuje od búrkového oblaku k zemi v rýchlo za sebou nasledujúcich
žiariacich kvantách, ktoré sú dlhé asi 50 km. Elektrický náboj leadra
predstavuje množstvo asi 5 coulumbov záporného náboja.
Záporný náboj leadra indukuje na zemskom povrchu silný
kladný náboj. A to najmä na predmetoch, ktoré z neho vyčnievajú.
Pretože sa nesúhlasné náboje priťahujú, kladný náboj na povrchu zeme
ide v ústrety náboju leadra. Pritom vznikajú vzostupné výboje. Jeden
zo vzostupných výbojov kladného náboja zeme sa dostane do styku so stupňovým
vedúcim výbojom. Tak určí miesto, kde udrie blesk. Bleskozvody podnecujú
silné vzostupné výboje a tak umožňujú
blesku bezpečnú cestu k zemi.
Keď sa
leader stretne
so vzostupným výbojom, záporný náboj spodnej časti leadra sa prudko
pohybuje ďalej k zemi. Pritom vyvolá veľké elektrické prúdy. Dráha
leadra v blízkosti zeme sa vyznačuje veľmi jasným svetlom.
![](01.04.gif)
Pohyb svetelnosti od zeme k oblaku sa nazýva spätný ráz.
Je to vlastný oslnivý jav, ktorý poznáme ako blesk. Naše oko nie je schopné
rozoznať rýchlosť spätného rázu a nám sa zdá, že všetky body dráhy
boli vysvietené súčasne. Ani stupňový výboj nie je schopné naše oko
rozoznať, pretože oko neodlíši dobu medzi cestou stupňového výboja k zemi
a osvetlením jeho dráhy spätným nárazom.
Väčšina bleskov spojených s vysokými budovami a
horami má priebeh opačného smeru – smeruje zdola nahor. Sú to takzvané vzostupné
blesky. Ak sa priblíži čelo blesku dosť blízko
k zemi, vyvolá tam také silné elektrické pole, že môže dôjsť k výbojom.
Tie potom smerujú zdola nahor. Napríklad 75% výbojov na Empire State
Building (výška budovy 380m) sa pohybuje z budovy nahor.
Blesk typu oblak – zemský povrch sa rozvetvuje smerom
dolu, lebo sa pri zostupe rozvetvuje leader. Blesk
opačného smeru sa naopak rozvetvuje smerom nahor, pretože leader sa
vetví nahor.
2. Druhá etapa priebehu blesku sa nazýva hlavná
etapa. Len čo dospeje kanál blesku k zemi,
začína ním pretekať elektrický náboj oveľa rýchlejšie a prudšie. Kanál
blesku sa veľmi rozohrieva a žiari. To umožňuje, že blesk vidíme.
Pozorovateľ blesku však nemôže rozlíšiť leader od hlavnej etapy,
lebo nasledujú bezprostredne za sebou, neobyčajne
rýchlo po tej istej dráhe. Možno ich oba zachytiť fotoaparátom, osobitne
upraveným. Používa sa pritom okrúhla fotografická platňa a otáčavé
zariadenie pri snímaní.
Po prvom spojení dvoch opačných nábojov sa prúd prerušuje.
Blesk sa tým zvyčajne nekončí. Často sa vytvorí na dráhe vyznačenej prvým
výbojom nový leader. Za ním nasleduje
znova hlavná časť výboja. Tak sa končí druhý výboj. Takýchto výbojov,
zložených z dvoch častí môže
vzniknúť za sebou až 50. Najčastejšie bývajú 2 až 3 výboje.
Čiarový
blesk
Najčastejšie sa vyskytujúci blesk, ktorý sme doteraz
opisovali sa nazýva čiarový. Javí sa oku v podobe čiary, úzkeho pásu.
Čiarový blesk vznikne, ak sa spojí ústretový výboj, ktorý ide zdola
nahor, s čelom blesku smerujúcim z oblaku dolu. Alebo keď dosiahne
toto čelo blesku zemský povrch bez ústretového výboja.
Čiarový blesk býva najčastejšie bielej, bledobelasej
alebo ružovej farby. Jeho dĺžka dosahuje medzi oblakom a zemou od niekoľko
sto metrov až do troch kilometrov. Dráha čiarového blesku nie je vždy
priama. Zvyčajne býva kľukatá a niekedy mnohonásobne rozvetvená. To preto,
lebo vodivosť vzduchu nie je všade rovnaká. Elektrické výboje prebiehajú
pozdĺž dráhy najmenších elektrických odporov.
Väčšina bleskov súvisí s jedným búrkovým
oblakom. Alebo blesk udrie medzi dvoma rôznymi časťami toho istého oblaku,
alebo udrie od oblaku k zemi. Blesk medzi oblakmi je častejší ako blesk
s úderom k zemi. Istá časť bleskov preskakuje od jedného oblaku k druhému
a len každý tretí až štvrtý udiera do zeme.
Blesk si nevyberie vždy najvyšší
objekt. Keby vedľa seba stáli dva stožiare, železný a drevený, blesk skôr
udrie do železného stožiara, aj keby bol nižší. Je tomu tak preto, že železo
je lepší vodič elektriny ako drevo. Železný stožiar má tiež lepšie
spojenie so zemou a elektrický náboj pri
vytváraní leadra blesku ľahšie priteká k stožiaru.
Hrom
Náhle a silné zohrievanie vzduchu a s tým aj jeho
rozpínanie, a vzápätí jeho prudké ochladenie a zmršťovanie v kanále
blesku pri rýchlom opakovaní týchto dejov vedie cez mocné záchvevy vzduchových
vrstiev ku vzniku pestrých zvukových vĺn. Tie vytvárajú zvukový efekt, čiže
hrmenie.
Pretože dráha blesku je krivolaká, je aj hrom tvorený rôznymi
zvukovými vlnami, ktoré vznikajú vo všetkých bodoch jeho dráhy. Prichádzajú
k pozorovateľovi po nerovnako dlhých dráhach a nehomogénnymi
prostrediami. To spôsobuje vytváranie zvukov rôznej výšky a intenzity.
Hrmenie má charakter burácania, lebo zvuk z rozličných
bodov dráhy blesku sa nedostáva k pozorovateľovi súčasne, ako aj v dôsledku
odrazu zvukov od oblakov a zeme. Zablysknutie trvá okamih, ale hrmenie oveľa
dlhšie.
Hrom bez blesku nemôže existovať, lebo hrom je zvuk, ktorý
vyvoláva blesk expanziou plynov. Ani blýskať sa bez hrmenia nemôže. Na väčšiu
vzdialenosť nemusíme síce hrmenie počuť, blesk však doprevádza vždy.
Ako môžeme určiť vzdialenosť, ktorá delí pozorovateľa
od blesku?
Pozorovateľ vidí najprv blesk a až za nejaký čas počuje
hrom. Ak medzi bleskom a hromom uplynie napr. 5 sekúnd, tak za 5 sekúnd prešiel
hrom vzdialenosť 5x330 m = 1650 m. To znamená, že blesk udrel ďalej ako 1,5
km od pozorovateľa.
Druhy bleskov
Podľa vonkajšej podoby poznáme tieto hlavné druhy
bleskov:
-
Eliášov oheň,
-
čiarový blesk,
-
plošný blesk,
-
perlový blesk,
-
guľový blesk.
Eliášov
oheň
Je to tichý elektrický výboj
v atmosfére, sprevádzaný svetielkovaním a slabým praskaním. Najčastejšie
sa objavuje počas búrok, víchríc a fujavíc. Vtedy sa v oblakoch a na
povrchu zeme vytvárajú elektrické náboje, ktoré ešte nemajú
dostatočne
veľké napätie. Preto nemôžu vytvoriť
búrkový výboj v tvare čiarového blesku.
Eliášove ohne svojím vzhľadom pripomínajú červenkasté
jazyky plameňov, ktoré sa chvíľami skracujú a zas predlžujú, až
nakoniec zaniknú. Ich viditeľnosť vo dne je slabá, v noci väčšia.
Ľudia, ktorí ich spozorovali, sa ich pokúšali hasiť.
To však bolo zbytočné, lebo s horiacim ohňom nemajú nič spoločné.
Pripomína ho len vonkajší vzhľad.
Plošné blesky
Sú to tiché svietiace elektrické výboje v oblakoch.
Nehlučne sa zažíhajú, nehlučne zhasínajú. Zavše sú modravé či fialové,
ale môžu byť aj ružové. Pozorovateľovi sa plošný blesk javí vo forme
vzplanutia oblaku v jeho celom objeme. Plošný blesk sa od čiarového líši
najmä v tom, že pri plošnom blesku nenastane hrmenie.
Vznik plošného blesku sa vysvetľuje tak, že elektrický náboj
medzi oblakmi alebo vnútri oblaku nestačí na vytvorenie normálneho čiarového
blesku, ale vyvolá len tzv. tlecí výboj.
Perlový blesk
Tento blesk sa skladá z niekoľkých jednotlivých
svietiacich telies guľovitého tvaru, ktoré ležia na jednej čiare.
Vzdialenosť medzi nimi je 7 až 12 m. Výzorom má teda bližšie k čiarovému
blesku, aj keď sa čiastočne podobá guľovému blesku. Jeho tvar pripomína
perly na šnúre, preto sa nazýva perlový blesk.
Pri perlovom blesku za sebou letiace telesá sa objavia
zrazu, ale miznú pomerne zvoľna výbuchom jedného za druhým. Výboj tohoto
blesku prechádza zväčša po dráhe, pozdĺž ktorej predtým prechádzal čiarový
blesk.
Pozorovatelia, ktorý mali to šťastie vidieť ho, uvádzajú,
že okrem zaujímavého vzhľadu je značný aj zvukový efekt.
Guľový
blesk
Guľový
blesk zaraďujeme medzi najzáhadnejšie prírodné javy,
lebo o jeho vzniku, podstate a vlastnostiach máme málo vierohodných
poznatkov. Všetky poznatky o guľovom blesku boli dosiaľ získané od náhodných
pozorovateľov, na ktorých tento prírodný úkaz značne zapôsobil. Preto môžu
byť informácie o ňom v mnohých prípadoch skreslené. Sotva existuje iný
prírodný jav, ktorý by bol vyvolal toľko dohadov, domnienok a poverčivých
predstáv. Vedci na celom svete vyvíjajú značné úsilie
o získanie autentickej fotografie guľového blesku, lebo zatiaľ nevlastnia
ani jednu. Tiež existuje mnoho hypotéz o tomto pozoruhodnom prírodnom úkaze.
Prvý celkový súhrn záverov vyvodených z pozorovaní guľového blesku
urobil W. Brand.
Guľový
blesk je vzácny dlhšietrvajúci elektrický výboj guľovitej (zriedkavo hruškovitej)
formy a podstatne slabšieho účinku ako čiarový blesk. Štatisticky najčastejšie
sa objavuje za zimných búrok a ku koncu búrky. Obyčajne sa objavuje ako červená
svietiaca guľa alebo dutá guľa s priemerom
10 - 20 cm obklopená modrastou vrstvou s neostrými hranicami. Býva aj
biela a ostro ohraničená. Vydáva syčivý, bzučivý alebo prerušovaný
zvuk. Trvá od zlomku sekundy po niekoľko minút, najčastejšie 3 – 5 sekúnd.
Guľový blesk sa dá pozorovať na pozadí spodnej časti
mrakov. Najčastejšie nasleduje bezprostredne po údere silného čiarového
blesku, blízko miesta úderu. Nie však vždy. Mizne buď ticho, alebo so slabým
prasknutím podobným výstrelu. Inokedy je jeho zánik spojený s ohlušujúcim
výbuchom, pri ktorom vyletujú na všetky
strany krátke iskry. Môže sa rozpadnúť na menšie guľové blesky, meniť
sa na blesk perlový alebo naopak z neho vznikať.
Podľa
Branda existujú dva
druhy guľových bleskov. Jeden, ktorý
sa voľne vznáša vo vzduchu, vodičom sa vyhýba a ľuďom neškodí, a druhý,
ktorý naopak sa na vodičoch usadzuje, zahrieva ich, ľuďom spôsobuje popáleniny
a poranenia. Bolo by možné prvý z nich považovať za blesk “chemický”
a druhý za blesk “elektrický”, akúsi
odrodu Eliášovho ohňa.
Rýchlosť guľového blesku je značná, ak sa pohybuje od
mraku k zemi. V blízkosti zeme alebo v miestnosti je to asi 2 m.s-1.
Môže sa tiež vznášať celkom nehybne. Jeho pohyb niekedy súhlasí s pohybom
vetra, niekedy nesúhlasí. Voľne sa vznášajúci guľový blesk zanecháva
za sebou červenú stopu. Vyhýba sa dobrým vodičom a radšej volí cestu
vzduchom. Uzavreté miestnosti a dutiny ho akoby priťahovali. Vniká do nich
otvorenými oknami, dverami a štrbinami, so zvláštnou obľubou komínom. Po určitej
dobe krúženia v miestnosti ju obyčajne opustí vzdušnou cestou.
Guľové
blesky prichytené na povrchu predmetov bývajú svetlé, modré alebo biele. Držia
sa dobrých vodičov, niekedy sa po nich kotúľajú. Predmet, s ktorým sú
v kontakte, zahrievajú. Môžu ho tiež roztaviť.
Podľa všetkých hypotéz o podstate guľového blesku sa môžeme
dozvedieť, že guľový blesk by mohol byť kúskom antihmoty, malým jadrovým
reaktorom alebo termojadrovou bombou, kúskom slnečnej látky alebo maličkou
čiernou dierou, zhlukom kozmického prachu, guľou horúceho vzduchu alebo horiacich
plynov, rozžeravenými pilinami alebo klbkom sadzí z komína, kúskom
plazmy, nepodarenou časťou obyčajného blesku, vodnou bublinou, púťovým
balónom alebo prskajúcou žiarovkou, svetielkujúcim bahenným plynom, kúzelníckou
guľou na šnúrke alebo rádiovo riadeným
modelom, sférickým kondenzátorom, supravodivým prstencom, plynom stlačeným
do guľového stavu, elektrickým výbojom, malým tornádom, krúžkom
cigaretového dymu, guľou zo strašnej neznámej látky alebo obyčajnou ilúziou.
Pritom tu nie sú zďaleka uvedené všetky
možné vysvetlenia, ku ktorým hĺbaví bádatelia dospeli.
A predsa v roku 1987 sa objavila nová hypotéza,
ktorej autorom je B. M. Smirnov. V nej
odmietol všetky predchádzajúce teórie guľového blesku. Smirnova
zaujala pozoruhodná látka, ktorá súvisí s búrkovou
činnosťou, ozón. Ozón je druh
kyslíka vytváraný trojatómovými molekulami kyslíka. Vzniká pri búrkovom
výboji a rýchle sa rozpadá v prítomnosti atomárneho kyslíka alebo
oxidu dusíka. Podľa Smirnovej staršej
hypotézy guľový blesk predstavuje objem nie príliš horúceho vzduchu
obsahujúci asi jedno percento ozónu. Rozklad ozónu pri reakcii s atómami
kyslíka môže trvať až 10 sekúnd a pritom si vyvinie určité množstvo
tepla. Napriek tomu týmto modelom sa nedá vysvetliť mnoho ďalších
pozorovaných vlastností guľového blesku.
Sú to najmä jeho stály guľový tvar, značná energia, hustota zrovnateľná
s hustotou atmosféry (guľa by musela vzlietnuť do výšky), ani
pozorovaný charakter žiarenia.
Základom novej Smirnovej teórie je predstava o kostre
guľového blesku. Tá je vytváraná zhlukom vzájomne spojených pevných čiastočiek,
aerosólov, dreveného uhlia alebo piliniek s rozmermi okolo jedného
mikrometra. Tieto čiastočky vzniknú odparením z povrchu pevných látok
po údere čiarového blesku. Mechanizmus vzájomného spojovania
takýchto čiastočiek molekulárnymi silami bol preštudovaný len nedávno, keď
bolo skúmané postupné chladnutie kovových pár. Tak sa dajú skúmať podobné
útvary v podobe dlhých nití. V iných prípadoch vznikajú kypré,
ale pevné a ľahké útvary postupným pripojovaním,
prilepovaním ďalších častíc a majú štruktúru takzvaných fraktálnych
klasterov. Práve tie tvoria kostru guľového
blesku, ktorá tak predstavuje prechodný stav medzi plynom a pevnou látkou.![](01.10.gif)
Smirnov vysvetľuje elektrické
vlastnosti guľového blesku tým, že ióny prítomné vo vzduchu sa usadzujú
na vzniknutej kostre. Tá sa nabíja prevažne záporne. Náboje pritom putujú
na periférii klastera a vytvárajú tam povrchové napätie potrebné na vznik
gule. Týmto spôsobom sa vytvorilo iba topenisko. Ak klaster nie je
vytvorený horľavými látkami (napr. čiastočkami dreveného uhlia), budú sa
tieto čiastočky spolu s molekulami ozónu usadzovať v jeho “póroch”.
Potom začína proces horenia uhlia v ozóne, ktorý je zdrojom veľkej
energie guľového blesku. Horenie pritom
prebieha pomaly, ako mnohostupňová chemická reakcia. Čo sa týka pozorovaného
žiarenia, môže sa objasniť vysokou teplotou (okolo 2 000 stupňov) jeho
horiacej oblasti. Sfarbenie plameňa závisí od rôznych chemických prísad. Smirnov
ako odborník v procesoch horenia prirovnáva
guľový blesk k aerogelom, zvláštnym pyrotechnickým svietiacim
substanciám.
Smirnova najnovšia teória
vysvetľuje teda všetky vlastnosti guľového blesku, aj keď trochu
komplikovane. O konečnom riešení otázky guľového blesku Smirnov
povedal: “Dnes sa teda nachádzame v prechodnej
etape štúdia guľového blesku, kedy sú nám už jasné jeho základné zvláštnosti
a mechanizmus, ale nepoznáme ešte chemické vzorce jeho zložiek a presné
charakteristiky tých podmienok, za ktorých vzniká.”
Bleskozvod
Blesk môže mať obrovské zničujúce
následky. Preto ľudia už v minulosti
vyvíjali mnoho úsilia na to, aby pred týmto živlom ochránili seba aj svoje
príbytky. Zo zápisov starých Egypťanov sa dozvedáme, že pred viac ako tisíc
rokmi sa na ochranu pred bleskom stavali
kovové tyče s pozlátenými hrotmi, hoci o podstate elektriny nemal nik
ani tušenia.
V roku 1749 Američan
B. Franklin
navrhol, aby sa v blízkosti chránenej budovy postavili vysoké uzemnené
kovové stožiare – bleskozvody. Franklin sa nesprávne
domnieval, že bleskozvod vysáva elektrinu z oblaku.
Z tejto teórie vychádzal aj Čech V. P. Diviš,
ďalší významný priekopník ochrany pred bleskom. V roku 1754 vztýčil
v Příměticiach svoj “meteorologický stroj”.
Nasledovalo obdobie jeho pozorovania. Diviš
zistil, že pôsobením “meteorologického stroja” sa búrkové
oblaky v okolí Přímětíc vždy rozplynuli. Divišov “bleskozvod” ako celok bol uzemneným prístrojom a dokonale
zodpovedal funkcii, ktorú mu autor pripisoval. Predpokladaná funkcia sa však
zásadne odlišovala od toho, čo bleskozvod v skutočnosti
je. Diviš bol presvedčený, že jeho prístroj
odsáva elektrický náboj z atmosféry. Tým predchádza nielen bleskovým
výbojom, ale vôbec vzniku búrky. Jeho prístroj nebol ochranou vysokých
objektov pred bleskovými výbojmi, ale zariadením, ktoré odsávaním
elektrického náboja z atmosféry malo vytvárať pekné počasie. Z takto
chápanej funkcie ”meteorologického stroja” vyplýva, prečo malo toto
zariadenie taký veľký počet kovových hrotov.
Gay-Lussacov bleskozvod má
niekoľko vzájomne spojených zachytávačov a niekoľko zvodov, hlavne v rohoch
budovy. Findeisenov bleskozvod nepoužíva
vysoké zachytávače a všetky väčšie kovové predmety strechy spája so
zvodmi. Je to dnes najviac odporúčaný spôsob ochrany pred bleskom pre obyčajné
stavby. Klietkový bleskozvod (Faradayova klietka) vytvára
sieť z vodičov nad chráneným objektom. Stožiarový bleskozvod (tiež
závesný bleskozvod) je stožiar umiestnený v blízkosti chráneného
objektu, ale nedotýka sa ho. Rádioaktívny bleskozvod
používa na zachytávačoch rádioaktívne soli. Tie spôsobujú ionizáciu
ovzdušia a do určitej miery zvyšujú účinnosť bleskozvodu. Takýto
bleskozvod ochráni pred bleskom priestor v okruhu 500 m. Na ochranu celého
mesta stačí niekoľko takýchto bleskozvodov.
Moderné
bleskozvody sa vyznačujú účinnejšou, jednoduchšou a hospodárnejšou
konštrukciou, ako mali bleskozvody staršieho typu. Umiestňujú sa podľa možností
na najvyššie miesta, aby sa skrátila dráha blesku a aby sa chránil čo najväčší
priestor. Bleskozvodom musia byť chránené všetky budovy,
ktoré slúžia ako verejné zhromaždiská ľudí. Ďalej musia byť chránené
budovy, v ktorých je uložený značný majetok, budovy stojace osamote na
vyvýšených miestach a budovy historicky alebo kultúrne cenné.
Istou ochranou pred škodlivým zásahom bleskov je
technicky bezchybný bleskozvod, postavený odborníkom a správne udržiavaný.
Pri stavbe bleskozvodu si treba uvedomiť tieto skutočnosti :