كيف يحدث البرق والرعد أثناء العاصفة؟
البرق والرعد هما ظاهرتان جويتان تحدثان بشكل متزامن تقريبًا، ولكنهما ناتجان عن عمليات فيزيائية مختلفة داخل العواصف الرعدية. فهم هذه العمليات يتطلب فهمًا لأساسيات الكهرباء الساكنة وتكوين العواصف.
1. تكوين العواصف الرعدية
العواصف الرعدية تتكون عادةً في ظروف جوية нестабилна, حيث تكون هناك رطوبة عالية وارتفاع سريع للهواء الدافئ. هذه الظروف تسمح بتكوين سحب ركامية كبيرة (Cumulonimbus clouds)، وهي السحب التي تنتج البرق والرعد.
- الرطوبة: توفر الرطوبة العالية الماء اللازم لتكوين السحب والأمطار.
- الارتفاع السريع للهواء: يساعد الهواء الدافئ الصاعد على حمل الرطوبة إلى ارتفاعات أعلى في الغلاف الجوي.
- عدم الاستقرار الجوي: يشير إلى حالة يكون فيها الهواء الدافئ في الأسفل والهواء البارد في الأعلى، مما يشجع على ارتفاع الهواء الدافئ وتكوين العواصف.
2. فصل الشحنات الكهربائية داخل السحابة
العملية الأساسية لحدوث البرق هي فصل الشحنات الكهربائية داخل السحابة الركامية. لا يزال العلماء يبحثون عن الآلية الدقيقة لهذا الفصل، ولكن هناك نظريات مقبولة على نطاق واسع:
- تصادم الجليد والبرد: يعتقد أن تصادم بلورات الجليد وحبيبات البرد الصغيرة داخل السحابة يؤدي إلى انتقال الشحنات الكهربائية. عندما تتصادم هذه الجسيمات، يمكن أن تفقد بعضها إلكترونات وتكتسب أخرى، مما يخلق مناطق ذات شحنات موجبة وسالبة مختلفة.
- التيارات الهوائية الصاعدة والهابطة: تساعد التيارات الهوائية القوية داخل السحابة على فصل الشحنات. التيارات الصاعدة تحمل الجسيمات المشحونة إيجابًا إلى الأعلى، بينما التيارات الهابطة تحمل الجسيمات المشحونة سلبًا إلى الأسفل.
3. تراكم الشحنات الكهربائية
نتيجة لعملية فصل الشحنات، تتراكم الشحنات الكهربائية في مناطق مختلفة من السحابة:
- الجزء العلوي من السحابة: يصبح مشحونًا إيجابًا بشكل عام.
- الجزء السفلي من السحابة: يصبح مشحونًا سلبًا بشكل عام.
- منطقة صغيرة مشحونة إيجابًا: يمكن أن تتكون في الجزء السفلي من السحابة أيضًا.
4. التفريغ الكهربائي (البرق)
عندما يصبح الفرق في الجهد الكهربائي بين مناطق الشحنات المختلفة كبيرًا بما يكفي، يحدث التفريغ الكهربائي، وهو ما نراه على شكل برق. هناك أنواع مختلفة من البرق:
- البرق داخل السحابة (IC): يحدث بين مناطق مختلفة الشحنة داخل نفس السحابة. هذا هو النوع الأكثر شيوعًا من البرق.
- البرق من السحابة إلى الأرض (CG): يحدث بين السحابة والأرض. هذا هو النوع الأكثر خطورة من البرق.
- البرق من السحابة إلى السحابة (CC): يحدث بين سحابتين مختلفتين.
- البرق من السحابة إلى الهواء (CA): يحدث من السحابة إلى الهواء المحيط بها.
5. آلية حدوث البرق من السحابة إلى الأرض (CG)
البرق من السحابة إلى الأرض يتبع عملية متسلسلة:
- القائد المتدرج (Stepped Leader): يبدأ البرق بقائد متدرج، وهو قناة مشحونة سلبًا تتحرك نحو الأرض في خطوات قصيرة.
- الوصل الصاعد (Upward Streamer): عندما يقترب القائد المتدرج من الأرض، تنطلق وصلة صاعدة مشحونة إيجابًا من الأرض نحو القائد.
- الضربة الراجعة (Return Stroke): عندما تتصل الوصلة الصاعدة بالقائد المتدرج، تحدث ضربة راجعة قوية جدًا، وهي التيار الكهربائي الكبير الذي نراه على شكل البرق.
- الضربات اللاحقة (Subsequent Strokes): غالبًا ما تتبع الضربة الراجعة ضربات لاحقة أقل قوة، تستخدم نفس القناة المتأينة.
6. الرعد
الرعد هو الصوت الناتج عن التسخين السريع للهواء المحيط بقناة البرق. عندما يمر البرق، يسخن الهواء بشكل فوري إلى درجات حرارة عالية جدًا (تصل إلى 30,000 درجة مئوية)، مما يؤدي إلى تمدد الهواء بسرعة كبيرة. هذا التمدد السريع يخلق موجة صدمية تنتشر في الهواء، وهي ما نسمعه على شكل رعد.
7. لماذا نرى البرق قبل سماع الرعد؟
البرق والرعد يحدثان في نفس الوقت تقريبًا، ولكننا نرى البرق قبل سماع الرعد لأن سرعة الضوء (حوالي 300,000 كيلومتر في الثانية) أكبر بكثير من سرعة الصوت (حوالي 343 مترًا في الثانية). لذلك، يصل الضوء إلينا بشكل أسرع بكثير من الصوت.
8. حساب المسافة إلى العاصفة
يمكنك تقدير المسافة إلى العاصفة عن طريق حساب الفرق بين رؤية البرق وسماع الرعد. لكل 3 ثوانٍ من التأخير، تكون العاصفة على بعد حوالي كيلومتر واحد. على سبيل المثال، إذا رأيت البرق وسمعت الرعد بعد 6 ثوانٍ، فإن العاصفة على بعد حوالي 2 كيلومتر.
9. السلامة أثناء العواصف الرعدية
من المهم اتخاذ احتياطات السلامة أثناء العواصف الرعدية:
- البحث عن مأوى: ابحث عن مأوى داخل مبنى أو سيارة.
- تجنب الأماكن المفتوحة: تجنب الوقوف في الأماكن المفتوحة أو بالقرب من الأشجار العالية أو أعمدة الكهرباء.
- الابتعاد عن الماء: لا تسبح أو تستخدم القوارب أثناء العواصف الرعدية.
- فصل الأجهزة الكهربائية: افصل الأجهزة الكهربائية والإلكترونية لتجنب تلفها بسبب الصواعق.
10. الأبحاث المستمرة
لا يزال العلماء يجرون أبحاثًا لفهم المزيد عن البرق والرعد، بما في ذلك الآليات الدقيقة لفصل الشحنات الكهربائية داخل السحب وتأثير العواصف الرعدية على الغلاف الجوي.
آمل أن يكون هذا المقال قد أوضح كيفية حدوث البرق والرعد أثناء العاصفة. إن فهم هذه الظواهر الطبيعية يساعدنا على تقدير قوة الطبيعة واتخاذ الاحتياطات اللازمة للحفاظ على سلامتنا.
