Åska
Det är i kraftiga Cumulonimbusmoln (bymoln, åskmoln) som åska oftast uppträder. Ibland ligger dock dessa moln inbakade i mer sammanhängande regnmoln. Cumulonimbusmolnen växer snabbt på höjden genom starka uppvindar
Efterhand som molnet växer till sker en separation av
elektriska laddningar så att den nedre delen av molnet blir mest negativt
laddad och den övre delen positivt laddad. Hur denna separation av laddningar går
till är ännu inte klarlagt, men den hänger ihop med att molndroppar,
regndroppar och snöflingor rör sig upp och ned i molnet. När spänningsskillnaden
blir tillräckligt stor mellan mark och moln sker en urladdning. Urladdningar
sker också inom molnet mellan delar med olika laddning och mellan olika
moln.Ett åskmoln är ofta några km brett vid basen och kan ibland sträcka sig
ända upp till tropopausen (gränsen mellan troposfären och stratosfären).
Sommartid ligger tropopausen på 8-
Mycket intensiva åskväder brukar genereras av en variant av cumulonimbusmoln
som kallas supercell, de är extremt ovanliga i Sverige.Åskväder förekommer
dels i en och samma luftmassa, luftmasseåskväder, dels i gränsen
mellan två luftmassor, frontåskväder.
Båda fenomenen skapar starka uppvindar. Små vattendroppar kan finnas i underkyld form, ända ner till -40 grader men det krävs temperaturer på ner till -20 grader innan de börjar frysa i större omfattning .
I ett åskmoln krävs både ofrysta vattendroppar och snöflingor för att blixtar skall utlösas.
Luftmasseåskväder
kan uppstå vid kraftig lokal uppvärmning över land – sommarens vanliga värmeåskväder skapas av termik vanligtvis på eftermiddagarna - och/eller bildas genom vertikala luftrörelser i en instabil luftmassa. Även orografiskt (orsakad av topografin) betingade luftrörelser kan skapa de uppvindar som krävs. Samma sak gäller för stora skogsbränder. Nattetid bildas ibland termik över uppvärmt hav och som kan ge upphov till åska, vanligt runt medelhavet.
Frontåskväder
uppstår genom vertikala luftrörelser vid frontpassager
– vanligast i samband med kallfronter. Kallfrontsåskväder uppstår när
den kalla luften pressar upp en varmare luftmassa. En vägg av sammanvuxna åskmoln
kan bildas längs hela fronten – sådana åskväder är ofta mycket intensiva
men kortvariga eftersom fronten är smal och rör sig snabbt (50-
Varmfrontsåskväder är normalt lågintensiva, glesa men mera långvariga och utan tydligt synliga åskmoln.
Åskan är mest intensiv runt ekvatorn. Frekvensen av åskväder är betydligt högre över landområden och allra intensivast i ett område i centralafrika strax söder om ekvatorn samt i ett bergsområde på Borneo som toppar statistiken. Den globala uppvärmningen anses öka antalet åskväder runt jorden i sin helhet.
Ett aktivt åskmoln består av uppvindar och fallvindar och varje par av uppvind-fallvind kallar vi för en cell.
Vi kan också betrakta cellen som bandet i en Van de
Graaff-generator. Åskmolnet kan bestå av flera celler. Man talar om multiceller.
Cellen är positiv laddad högst upp och negativ laddad underst med negativ
laddningskoncentration vid ca (
När molnet dör bort omvandlas cellen till en fallvind med regn. Dessa regndroppar är elektriskt laddade, det kan höras som knäppar när regnet faller på en antenn till en känslig radiomottagare, fenomenet är välkänt och kallas elektostatiskt regn.
På en åskfront hundra mil lång finns många celler. En kvalificerad gissning är att de är sammanlänkade i atmosfären och i marken. En blixt kan rubba ett tillfälligt jämnviktstillstånd av elektriska laddningar så att vi upplever ett fyrverkeri som påbörjas och avslutas utefter hela fronten. Efter ett antal sekunder påbörjas fyrverkeriet igen OSV.
Blixtar mellan olika moln och inne i moln, mellan moln och mark gör att laddningar kan förflyttas i åskfronten.
Den senaste forskningen visar att blixten genererar både radio, ljus, UV, röntgen och gammastrålning. Detta hjälper till att värma och jonisera blixtkanalen. När väl strömmen kommer igång så ökar den lavinartat på några få mikrosekunder.
Blixtens urladdning går från höga föremål. Höga föremål (även med ringa ledningsförmåga) fylls av positiva joner då de attraheras av det negativa elektriska fältet från förurladdningen, som går i enskilda steg, sk stegurladdningar.
Blixten eller regnet ?
Många har säkert varit ute för att den första blixten har genererat en kraftig knall och sedan har en kraftig regnskur kommit. Frågan var en filosofisk fråga redan under antiken. Det vi upplever på marken har emellertid pågått i molnet en liten tid och elektriska fenomen i regnbildningsprocessen kan ha genererat blixten. Men trots detta anser många forskare att blixten påskyndar regnet.
Det som intresserar vetenskapen idag är markblixten med dess sidurladdningar och andra markfenomen.
Högspänningsledningar har jordledningen överst och vid mastinstallationerna måste det finnas åskavledare som fungerar bra.
Det enda vi upplever av blixtens härjningar på högspänningsledningen ute i nätet är några snabba blink i husets belysning.
Emellertid är inte distributionen av el helt säker, ibland kan det bli längre elavbrott. Mikroelektroniken är betydligt mer känslig och EMP elektromagnetiska puls produceras av alla blixtkanaler.
Elektrisk utrustning är dock mest känslig för de fenomen som marknedslagen orsakar. IT-samhällets krav på fungerande utrustning har gjort att anslagen för åskforskning har mångfaldigats.
Klot- eller kulblixt
är en blixt som man inte vet så mycket om. Den har en storlek från en citron till en fotboll och den dras till metaller. De uppträder oftast omedelbart efter ett blixtnedslag och kan ha vilken färg som helst. Kulblixtarna slutar i regel genom att blekna men ibland kan det hända att den slutar med ett hörbart ljud.
Koronaurladdning är en osynlig ständigt pågående urladdning under, och i ett åskmoln, någon gång kan denna ses som Sankt Elmseld. Urladdningen syns särskilt nattetid runt spetsiga föremål, då dessa fylls av positva joner som attraheras av en negativt laddad molnsida. De svaga elekriska strömmarna kan bilda så kallade fångstarmar eller fångurladdningar. Varför det slår en blixt från en negativ jord till ett negativt moln är inte helt utrett av forskarna. En del forskare menar att den lilla positiva molnfickan här spelar en roll.
K-puls eller pilurladdning är en urladdning som förekommer i en redan uppkommen blixtkanal. Mekanismen har registrerats genom höghastighetskamera, med kamror ser det ut som en pil går ner från molnet. Pilurladdningen är upptäckt av två japanska åskforskare Kobayshi och Kitagawa. När en huvudurladdning har skett töms molndelen på elektroner och blir positiv. Nu pumpas det in nya elektroner med fördröjning i området i från kringliggande delar av molnet, dessa fortsätter ner i blixtkanalen igen uppifrån och ner och kallas pilurladdning.
Endast en tredjedel av jordens alla blixtar går från moln till mark. Markblixtens mekanismer är mer kända än molnblixtens. Vissa trakter i Sverige är varaktigt mer åskrika än andra. Det handlar om områden där luftturbulenser, termik, lättare bildas på grund av geologiska förhållanden som olika slags landformationer, till exempel inlandsklimat där luften pressas upp av topografin, och också om områden som har mycket nederbörd. I vissa områden slår åskan oftare ner. SMHI har omfattade statistik på dem och kan förklara att markens konduktivitet omfattar ytor med jordbruksmark mm. Ett vanligt föremål som träffas av blixten är ett träd och det är ett bra exempel när vi beskriver varma och kalla blixtar.
När blixten förgrenar sig ovanför målet och synbarligen slår ner i flera mycket nära föremål samtidigt kallas detta för en gaffelblixt.
Positivblixt är en ovanlig blixt som slår från molnets positiva ovansida ner i marken, de brukar tillhöra de kraftigaste blixtarna och ett vanligt senario är att åskmolnets övre delar deformeras av vinden så att blixtens närmaste väg blir till marken. Man talade mot slutet av 1960 talet om superblixten, alltså mycket kraftiga och ovanliga blixtnedslag, dessa superblixtar finns bland positiva blixtar.
Ungefär var tredje människa som träffas av blixten dödas, och det mänskliga hjärtat är det mest känsliga, i EKG rytmens T-våg. Det stannar då lättare vid en blixtträff. I Sverige dödas en person av blixten i genomsnitt vartannat år. En annan undersökning av NASA visade att cirka 80% av dem som träffas av blixten överlever. I början av förra seklet var människor i sverige ofta ute och arbetade på fält. Då dödades ca 30 - 40 människor av åska varje år. Inom lantbruket är kor ofta fastkedjade och blixten går ofta till jord via kedjan. Det har även föreslagits att spillning från boskap kan öka markens konduktivitet.
Man skall inte beröra långa ledningar eller större metallinstallationer när åskan går, risken finnes att drabbas av beröringsspänningar som orsakas av direktnedslag eller induktion.
Blixten har dödat människor som stått under träd, därför att de antagit att de varit skyddade under trädet, både från att bli våta av regnet och från att bli träffade av blixten. Ibland har åskan inte hörts när den kraftiga regnskuren kommit.
De så kallade fångurladdningarna är heller inte att leka med, de har också dödat människor.
Det elektrostatiska fältet kan vara kännbart för en människa sekunden innan blixten slår ner, håret kan resa sig vid torr åska etc. Elektrostatiska fältet kan kännas som när vi har handen nära ett TV-bildrör, händernas hår kliar.
Blixten avleds med kraftiga spänningsskillnader i marken just vid nedslagsplatsen. Dessa skadar en människa tillfälligt genom förlamning genom så kallad stegspänning.Det finns exempel på hur en hel grupp av vandrare ramlat när blixten slagit ner nära i terrängen. De som stått på en fot eller jämfota har klarat sig bättre. Fyrfota djur dödas ofta av starka markspänningar (stegspänningar) då strömmen passerar hjärttrakten.
Åskoväder
i Sverige
Den värsta kombinationen av blixtar och nederbörd som man känner till från vårt
land inträffade på Fulufjället i nordvästra Dalarna den 30-31 augusti 1997.
Fjället träffades av ca 700 blixtnedslag under några timmar och i det värst
drabbade området uppskattades regnmängden till ca
Sidourladdningen uppstår därför att ett vanligt föremål såsom en skorsten, husvägg etc är en dålig åskledare.
Därför vill blixten gärna förgrena sig när den är infångad av markföremålet. Den som är bekant med grunderna i ellära kan ändå bli överraskad av de vägar som blixten tar vid ett marknedslag.
Blixten hoppar ibland av från ledande föremål och tar sig en närmare väg till jord. Vi skall ha klart för oss att blixten är så kortvarig att den känner induktans, kapacitans liksom att laddningar koncentreras i spetsiga föremål utefter vägen. Därför gör den gärna en egen kanal. Detta ställer krav på åskledarnas konstruktion som måste ha flera djupa jordspett, ledare med god konduktivitet och mjuka böjda hörn. På samma sätt som stegurladdninigar orsakar spänningsskillnader i marken kan det uppstå spänningar mellan marken och isolerade metallföremål i det ögonblick blixten avleds i form av jordströmmar. Har föremålet hög kapacitans till jord så kan strömpulsen bli avsevärd.
Blixten är ett elektromagnetiskt fenomen, det innebär att gnistor kan uppstå genom induktion på ledningar i närheten av ett blixtnedslag utan direkträff, när en sådan överföring blir jättestark kallar vi det för EMP. Normalt brukar ett överspänningsskydd skydda It-utrustning vid lägre spänningspulser, men människor har dödats av sådana spänniningar.
Berättelser finnes hur en eldkvast kan skickas ut ur stickkontakten när åskan slagit ner i luftledningar. Eller hur människor dödats när de talade i en telefon ansluten till en luftledning.
De kostsammaste skadorna på elektronisk utrustning sker via induktion.
Åskan är en natutkraft som väckt respekt och förhoppningen att kunna blidka blixten har gjort åskan till en gudomlig kraft. I det nordiska stenålderssamhället var Åskviggen en föregångare till Tor. I egyptisk religion hade Åskviggen sin motsvarighet i himmelsguden Min. I dessa för religioner med flera gudar, polyteism, som bland annat finns i områden med mycket åska, brukar fenomenet ofta förknippas med en åskgud som Zeus, Jupiter, liksom Tor, Indra, Chac med flera. Ökade kunskaper om åskan har lett till att vi idag bättre vet hur vi skall skydda oss.
Generellt är det viktigt att undvika att vara det högsta föremålet på markytor. Utomhus bör man undvika hav, sjöar, kullar, åsar, höga träd och klippor, regnvåta diken och sänkor som samlar regnvatten, samt horisontella metallstrukturer - stängsel, räcken, elledningar etc - som kan leda urladdningen långt från nedslagsplatsen.
Saknar huset åskledare bör man undvika att vara nära telefon-, el- och rörledningar. Hus av armerad betong utgör i regel ett gott skydd då blixten följer järnarmeringen till jord.
Bästa skyddet ger metallstrukturer (en så kallad faradays bur). Det kan vara en bil eller en byggnad av armerad betong. Att köra eller åka tåg (järnväg), bil, fartyg etc. är säkrare, medan alla öppna färdmedel är mer riskfyllda i utsatt terräng såsom cykel, roddbåt, ridning etc. – En dåligt konstruerad bensintank på en bil kan dock explodera vid blixnedslag liksom att bilen drabbas av punktering.
Ett klassiskt mål för blixten är en golfspelare, denne löper samma risk som en lantarbetare.
Plåten är förstärkt på de platser en blixt skulle kunna träffa. Det har hänt olyckor och misstankarna har i sådana fall gått till skador på bränsletankarna som orsakats av kraftiga blixtar. Haveriexperter har hittat sådana skador på vissa flygplansvrak att en sällsynt kraftig positiv blixt kan vara en trolig orsak. I USA träffas ett flygplan i genomsnitt en gång per år. Ett flygplan triggar ofta blixten och träffas av intern molnblixt IC som kan vara upp till 40 gånger kraftigare än en CG blixt från moln till mark. Större flygplan har väderradar där de har möjlighet att se vilken del i ett åskmoln som är farlig att färdas igenom. Flygplanstillverkarna lägger ner mycket kapital på att göra flygplanen så okänsliga som möjligt för blixtens träffar. Blixten i sig, är inget större problem, värre är det med nedisning, turbulens och stora Hagel (nederbörd).
1800 åskväder pågår just nu runt jordklotet, dessa genererar 100 blixtar i sekunden En tredjedel av dessa slår mot jordytan och en överväldigande del av nedslagen i jordytan är negativa. Den största förekomsten av åska är runt ekvatorn, men det kan åska överallt. På norra och södra hemisfären är åskan säsongsmässig. På vissa platser kan åskan gå så intensivt att meteorologerna manar folk att inte gå ut i onödan.
Strömstyrka: 5000-100000 Ampere, i snitt 20000 Ampere
Spänning: 10 miljoner- 100 miljoner Volt, i snitt 30 miljoner Volt (från moln
på
Tiden för huvudurladdningen: 0.0001 sekund
Antal urladdningar i samma kanal: 1-10, i snitt 3
Energi i en typisk blixt med 3 urladdningar: 20000*30000000*0.0001*3=180 000 000
Joule.
Energin övergår till allra största delen till värme i blixtkanalen samt nära
nedslagspunkten.
Luftens elektriska hållfasthet är tre millioner volt per meter 3x10X 6V/m, detta varierar med luftryck, luftfuktighet, mängden laddade och ledande partiklar i luften, samt regn. Då förurladdningen letar sig fram stötvis mot sin motpol gör dessa små resistansfluktuationer att vi får en krokig blixt. Generellt vid högspänningsöverslag är att elektronerna letar sig fram och bygger upp sin egen elektrisk ledare. Prosessen självgenererar genom att den ökande strömmen ökar joniseringen i blixtkanalen. Minsta motståndets lag gäller då under en särskild premiss.
Det är att blixtvägen byggs upp stegvis under extremt högohmiga förhållanden. Forskarna menar att snabba elektroner som bildas från kosmisk strålning är spänningsöverslagets första steg. Det är inte bara i luften vi har spänningsöverslag. Fenomenen går en bit ner i marken där fulguriter bildas metallrör punkteras etc. Blixtströmmen nöjer sig inte med markens konduktivitet utan vill jonisera sin väg inne i marken.
Energin övergår till allra största delen till värme i blixtkanalen och nära nedslagspunkten.
Åsksäsongen i Sverige varar från maj till september och cirka 100 000 - 300 000 blixtar slår ner årligen där. Detta hindrar inte att vi ibland kan höra åska under ett snöoväder.
En åskdag definieras meteorologiskt såsom en dag som vi kan höra åskan.
För att ta reda på hur nära åskan är kan man räkna
antalet sekunder mellan blixt och dunder och dividera med 3 – resultatet är
det ungefärliga avståndet i kilometer till blixen. Ett åskväder anses vara
farligt nära om dundret hörs mindre än 10 sekunder efter blixten. Det
finns olyckor med åska som visar att denna regel ej är helt säker. Om blixten
till exempel är två kilometer bort, så kan det vara två kilometer rakt upp
om det är en blixt som går mellan olika delar av molnen. Positiva blixtar som
går från molnets ovansida kan slå ner i marken upp till
Beräkningen grundar sig på att ljusets hastighet i luft är (300000 km/s) och vi ser blixten praktiskt taget i samma stund den inträffar. ljudets hastighet i luft är ca 340 m/s. Åskmolnen har även kraftiga skyfall, fallvindar, kastvindar och tromber på sin repetoar, hur åskmolnets elektricitet inverkar på just dessa är inte känt, men hypoteser finnes.
I Sverge sker grundforskning om åska vid Ångströmslaboratoriet i Uppsala på Avdelningen för elektricitetslära och åskforskning. Det forskas också om åska vid Chalmers i Göteborg, där ett högspänningslaboratorium finns.
Det är tydligt att det förekommer många spänningsalstrande fenomen när det åskar.
Ett delvis nytt paradigm har börjat växa fram om att åskan är nödvändig för vår atmosfär. Upptäckten av jonosfärurladdningar har belyst denna nya syn. Den positivt laddade jonosfären är i sig en elektrisk krets med jordklotet som minuspol. Drvkraften kommer från solen. Hur detta inverkar på vädret är en frågeställning som kräver svar. Vilken roll spelar åskvädren i en sådan frågeställning? Även andra moln är elektriska, cumulus congentus ett blomkålsmoln är avsevärt elektriskt.
Åskcellens elektriska krets begränsas inte empiriskt till troposfären den återverkar via visslare ända upp i exosfären. Markblixten slutar inte i marken, utan åskfenomenet verkar skapa resonanser där själva jordklotetet är en elektrisk kavitet (svängningskrets). Spännande frågeställningar öppnar sig för framtidens åskforskare.
Artficiell framställning av blixtar i laboratorium, studier på fältet genom infångning av blixten, och studier av befintliga åskväder. Det är svårt att forska upp i molnen och det är fråga om mycket snabba förlopp därför är många frågor om åskan obesvarade.
Redan den amerikanske filosofen Benjamin Franklins Drake
(leksak) var ett fälltlaboratorium som ledde fram till uppfinningen av åskledaren.
Idag vet vi att hans experiment var livsfarligt och senare utövare av hans
metoder har förolyckats. Franklins drakmetod sker i dag i åskrika trakter i
USA. Raketer skickas rakt upp mot åskvädret. Raketen bär en
Åskstudier görs via höghastighetskamera och videokamera, radiopejling anodningar såsom LLP-systemet. Det finns olika former av radar såsom dopplerradar.
Filmning göres också utanför det synliga området.
Blixtfrekvenser mm observeras från vädersatelliter och ger viktig information om åskan.
Luften på marken är en bra isolator och ju högre upp i atmosfären desto bättre ledare är luften, jonosfären är en god ledare. Jonosfäriska blixtar upptäcktes år 1989 slumpmässigt av John Winkler och hans medarbetare. Gruppen testade en känslig videokamera och använde ett motiv som var ett avlägset åskväder nattetid. De såg då märkliga urladdningar som funnits beskrivna långt innan. Redan 1886 fanns ögonvittnesskildringar om urladdningar i övre atmosfären. Vi vet ej vad bohuslänningar sett när de talat om sillablixtar. Piloter , astronauter har sett jonosfärurladdningar men observationerna har inte lett till insikten om ett nytt fenomen. 1925 föreslog Wilsonkammarens uppfinnare att de måste finnas blixtar ovanför åskmolnet.
I nuläget indelas dessa blixtar i Red Sprites, Blue jets och Elves. Fenomen och mekanismer är delvis okända.
En sprites är en manetliknande kropp med tentakler riktade nedåt mot åskmolnet. Sprites ligger på sju till tio mils höjd.
Kroppen är röd och tentaklerna går över mot blått.
Tentaklerna är mycket smala ca 10 -
En sprites livslängd är mellan 10us och en tusendels sekund. Trots att sprites saknar beröring med åskmolnet vet man att de utlöser av positiva jordblixtar på upp till 400 000 ampere, en superblixt.
Blå jetstrålar (engelska Blue jets) börjar på åskmolnets ovansida och expanderar som en jetstråle till en halv mils diameter, de når ca 8 mils höjd.
De rör sig med ca 100 km/s och varar i ca 250 millsekunder.
Blixten utlöser en kraftig radiovåg, vågen rör sig uppåt mot jonosfären som är ledande och inducerar en liten jonosfärström. Den breder ut sig i jonosfärskiktet som en expanderande ring. Konfontrationen mellan radiovågen och jonosfären kommer att till uttryck i elektronövergångar i syre och kväve som är lysande, likt mycket svagt norrsken. Fenomenet varar ca en millisekund.
Ett radio fenomen är även Sferics och Tweeks som är dess variant. Detta fenomen har samband med blixtens och dess uppbyggnads process i molnet Sferics hörs i en VLF mottagare upp till 40 kHz de fortplantas genom jord-jonsfärens vågledare, de kan obseveras längre än 200 mil från källan.
Ett egendomligt VLF (extremlångvåg) radio fenomen
induceras också av blixten. Ibland läcker jonosfären blixtens radiopulser
( sferics ) ut i rymden. Dessa lämnar jonosfären och de följer jordens
magnetiska fältlinjer
Frekvensen är 10 kHz- 0,600 kHz och de låter som vissling i en VLF radio. Visslarna uppträdde först som hörbara störningar i telefoner som var anslutna till långa luftledningar. Lyssning på alla dessa fenomen rekommenderas under skymmning och natt. Dessa fenomen är kända sedan radions barndom.
Här kan du lyssna på Sferics; Tweeks och Whistlers
http://www.spaceweather.com/glossary/inspire.html