Välk ja äike (4)

Tallinna Pääsküla Gümnaasium
VÄLK
Referaat
Juhendaja : ****
Koostas: **** | 9a
Tallinn 2006
Sisukord
Äike
Äike ehk pikne on atmosfäärinähtus, mis ilmneb välkude ja müristamisena.
Äike võib tekkida rünksajupilvede korral. Kaasnevad hoovihm , rahe ja tugevad tuuleiilid.
Liigid
Kohalikku ehk õhumassisisest äikest põhjustavad tõusvad õhuvoolud, mis tekivad maapinna ebaühtlase soojenemise tagajärjel harilikult pärast keskpäeva, mere kohal ka öösel ja hommikul .
Frondiäike puhkeb enamasti külmafrondil (atmosfäärifront) tekkivais pilvedes . Sel juhul muutub ilm pärast äikest jahedamaks. Frondiäike hõlmab suuremat piirkonda ja on kestvam kui kohalik äike.
Levik
Maakeral on äikest ühtaegu umbes 1800 kohas.
Äikese sagedus kahaneb üldiselt ekvaatorilt pooluste suunas, näiteks Jaava saarel on aastas üle 300 äikesepäeva, Eestis keskmiselt 10...20. Selle põhjuseks on pooluselähedasemate alade madalam temperatuur ja väiksemad temperatuuri kontrastid.
Äike mütoloogias
Paljude rahvaste mütoloogias on äikese põhjustajaks usutud jumalaid või jumalusi . Vanakreeka mütoloogias on äikese- (ja peajumalaks) Zeus; Eesti rahvausundis Äike või Pikker või Pikne jne.
Keerlev äikesetorm (Cumulonimbus arcus), pildistatud 17. juuli, 2004, Hollandis.
Välk
Välk on võimas nähtav elektrilahendus, mis esineb äikesepilves, pilvede vahel või pilve ja maapinna vahel.
Enamik välkudest algavad ja lõpevad siiski äikesepilves ning nad ei põhjusta muud, kui valgusesähvatust, müristamist ja keemilisi reaktsioone.
Välgunool kulgeb kõige väiksema takistusega teed mööda, alati pole see sirgjooneline.
Tavaliselt on välgu eluiga 0,2 sekundit. Selle ajaga jõuab säde pilve ja maa vahel üles-alla käia isegi mitukümmend korda. Kuna kogu protsess käib nii kähku, siis ei ole märgata ka seda, et sageli lööb välk alt üles (maalt pilvesse). Sel juhul on piksenool harunenud ülalt.
Kõige rohkem on joonvälku, mis kujutab endast harilikult 2-3 km pikkust mitmeharulist kanalit.
Välgu katsetamine
Praegusel ajal on imelik mõelda, et alles paarsada aastat tagasi tuli katsetega tõestada, et välk on ikka elektriline nähtus. Ameerika füüsik ja riigitegelane Benjamin Franklin tegi 1752. aastal riskantse katse, saates tuulelohega äikesepilve siidnööri, mille otsas oli raske uksevõti. Kui nöör niiskus ja uurija lähendas käe võtmele, hüppas sellele säde (" elektrik "). Paljud teised katsetajad ei olnud nii õnnelikud, nagu näiteks Pärnust pärit Georg Wilhelm Richmann, keda välgulöök tabas laboratooriumis.
Miks lööb välku?
Õhus on alati elektrit. Ka täiesti puhtas õhus leidub alati laetud osakesi. Päikeselt liigub Maa poole peale valgust kandvate neutraalsete (ilma elektrilaenguta) footonite ka laetud osakesi. Neid on aga tunduvalt vähem kui maailmaruumi avarustest tulevas kosmilises kiirguses sisalduvaid vesiniku-, heeliumi-, süsiniku-, hapniku-, raua- jt. ioone arvust. Nende energia on miljoneid kordi suurem, kui energia, mida on osakestele suudetud anda inimese poolt loodud kiirendites. Kui sellised energiapommid õhu molekulidega kokku põrkavad, tekib ioone veelgi juurde.
Seetõttu on õhk umbes 50 kilomeetri kõrgusel kosmiliste kiirte mõjul tugevasti ioniseeritud. Ka Maal on küllaltki suur elektrilaeng . Mõlema laengu suurus on umbes 100 000 kulonit: ionosfääril positiivne, maapinnal negatiivne laeng. Elektriväli paneb enda mõju all olevad laetud osakesed liikuma. Tekib elektrivool, mis on suunatud maapinna poole. Voolutugevus pole küll suur: igas mõttelises üheruutmeetrise ristlõikepindalaga õhutorus kulgeb vool tugevusega 10–12 amprit. Selle tulemusena jõuab iga sekundiga maapinna igale ruutmeetrile elektrilaeng, mille suuruseks on vaid üks miljondik miljondikust kulonist. Et meie planeedi pindala on küllalt suur, läbib Maa atmosfääri kokkuvõttes umbes 1800-amprine vool, mis toob maapinnale igas sekundis keskmiselt 1800 kuloni suuruse positiivse laengu. Maapinnani jõudnud positiivne laeng peaks kiiresti maapinna negatiivse laengu kompenseerima! Ometi säilib maakeral pidevalt negatiivne laeng suurusjärgus 100 000 kulonit! Põhjus on selles, et lisaks maapinna poole suunduvale voolule kulgeb samas piirkonnas eespoolnimetatule vastassuunas kulgev vool, mis tugevneb just pilvise ja sajuse ilma korral. Nimelt on kihtpilvedes ja kihtsajupilvedes laetud osakesi umbes sada korda rohkem kui pilvedeta atmosfääris. Mida paksem ja ulatuslikum on pilv ning mida suuremad on selles sisalduvad veepiisad, seda suurem on pilve laeng. Pilve sisse võib koguneda märkimisväärselt suur elektrilaeng. Sõltuvalt pilve suurusest tekib välk, kui temasse on kogunenud 10...100 kuloni suurune elektrilaeng.
Positiivne laeng paikneb 7...10 kilomeetri kõrgusel maapinnast , kus valitseb 20...30-kraadine pakane . Negatiivne laeng on koondunud pilve alumisse ossa , kõrgusele 3...4 kilomeetrit maapinnast, kus temperatuur on 0...–10 °C. Pilve alumist osa ja selle all paiknevat maapinda võib vaadelda hiigelsuure kondensaatori katetena. Selle kondensaatori elektriväli on aga suunatud üles. Seega oleks ka selle välja poolt tekitatav vool vastassuunaline – maapinnast pilve suunas.
Välgu toime
Sähvatusele järgnev lööklaine, mis tekib välgu kuumusest plahvatuslikult paisuvast õhust ja magnetväljast, põhjustab müristamise. Müristavat häält tekitab ka välgukanalis tekkiv paukgaas . Mida kaugemal välku lööb, seda pikem on välgu ja müristamise vaheline aeg (1 kilomeetrile vastab 3 sekundit). See tuleneb sellest, et hääl levib atmosfääris normaaltingimustel ligikaudu kiirusega 330 m/s. Valguse levikuaja võib antud juhul jätta arvestamata.
Maapinda lüües võib välk põhjustada purustusi ja tulekahjusid ning ohustab elusolendeid. Pikselöögist tabatud puudes aurustub vesi momentaanselt, purustades sageli need suurteks tükkideks. Veelgi vägevamad kärgatused kostavad äikese ajal kõrbetes, kui välgud tabavad sammaskaktusi, mis on kui hiiglaslikud looduslikud veereservuaarid.
Välgud oksüdeerivad aastas umbes 3 miljonit tonni lämmastikku, mis on üle ühe protsendi lämmastiku bioloogilisest ringlusest. Veerand välkudest ulatuvad maapinnani. 90% (põhjamaises Eestis veidi vähem) pilve ja maa vahelistest välkudest kannab maapinnale negatiivset elektrilaengut ja neid nimetatakse negatiivseteks välkudeks. Tavaline välk algab pilves ja levib siksakiliselt mõnekümne meetri pikkuste sammliidriteks nimetatavate sädemetena, ühe sammu aeg on 20-50 mikrosekundit. Liider kannab negatiivset laengut allapoole ja kui ta jõuab maapinna lähedale, siis kasvab elektriväli maapinnal nii tugevaks , et seal algab uus säde. See on liidrist märksa võimsam ja sirutub sirgjooneliselt liidrile vastu. Kui liider ja vastutulev lahendus maapinnast mõnekümne meetri kõrgusel ühinevad, siis sulgub juhtiv voolukanal ja tuhandikuks sekundiks tekib midagi pilve ja maa vahelise lühiühenduse taolist. Selles staadiumis vabanebki välgu energia.
Miks talvel palju välku ei löö?
Pikne ei ilmu sagedalt talvel, sest siis ei ole ilm nii ebapüsiv ja niiskust on atmosfääris vähem, kui suvel. Need kaks koostisosa töötavad koos, et teha soojusjuhtivaid torme, mis võivad tekitada välgu. Ilma ebapüsiva ilma ja niiskuse, tugevad tormid tõenäoliselt ei teki.
Välgutaolised nähtused
Välgutaolised nähtused on kettvälk (koosneb helendavaist punktidest) ja keravälk
(-tulekera mõõtmed, värvus ja kestus on väga erisugused).
Milline on pikselöögi mõju inimese organismile?
Äikesenoolest tabatul on tüüpilistel juhtudel rohked verevalumid ja põletushaavad. Pikselöögi tagajärjel seiskub tihti süda.
Uuemate tähelepanekute järgi ei põhjusta inimese või looma surma mitte ainult äikese ajal tekkiv elektrilaeng. Meditsiiniajakirjas Lancet avaldatud artiklis teatatakse, et surma põhjuseks võib olla ka pikselöögi ajal tekkiv magnetväli. Piisab sellest, et rohkem kui 100 000-amprine vool tungib inimesest või loomast mõne meetri kaugusel maasse. Säärase elektrilöögiga kaasneva magnetvälja toimel võibki süda seisma jääda. Erinevalt otsesest äikesetabamusest ei põhjusta magnetväli inimese kehal põletushaavu ja verevalumeid. Arvatavasti võib just piksega kaasneva magnetvälja arvele kirjutada jalgratturite salapärase hukkumise mitmes paigas.
Ebatavalised juhud välguga
Virginia osariigis elanud looduskaitseala valvurit Roy C. Sullivani tabas 35 aasta jooksul välk tervelt seitsmel korral, kõige kergemail kordadel said juuksed kõrvetada, raskemal juhul oli selg ja rind põletushaavades. Enamuse neist saatusehoopidest sai ta hobuse seljas ratsutades, korra tabas teda välk majas elektrijuhtme lähedal. Ta jäädvustas sellega Guinnessi rekordi.
1952. aastal tabas välk lennukit, olgugi et lähim äikesepilv oli 50 miili kaugusel. Nii polegi võimatu, et tuleb välk selgest taevast.
Ettevaatusabinõud
Benjamin Franklini geniaalne leiutis – piksevarras - on 1752. aastast alates, kui ta püstitas selle oma majale , päästnud sadu tuhandeid, kui mitte miljoneid elusid . Algul levisid uued kaitsevahendid väga visalt. Prantsuse filosoof ja klerikaal abbé Nollet nimetas piksevardaid ohtlikeks ja teatas, et kirikukellade helistamisest on küll, et hajutada äikesepilvi ja kaitsta inimesi välgu eest. Selline vaade oli püsinud juba kuus sajandit, vaatamata tõigale, et ainuüksi 18. sajandil sai Inglismaal kolmekümne aastaga oma tööpostil surma 103 kellalööjat.
Tasub eemale hoiduda kõrgetest puudest lagedal väljal, eriti ohtlikud on lehtpuud ( tammed ) just nende suure veesisalduse tõttu (vt välgu toime).
Majades tuleks hoiduda telefoniga kõnelemast, televiisori vaatamisest (maailmas on küllaga näieid tulekahjude kohta, mis põhjustatud välgulöögist TV-antenni!), ahju kütmisest (suitsusammas toimib laetud osakeste suure kontsentratsiooni tõttu piksevardana), hoida eemale isegi seinakontaktidest.
Mida kõrgemad on maapinnal hooned, puud vms, seda suurem tõenäosus on, et neid kunagi tabab välk. Maailma kõrgemad ehitised saavad pihta paarkümmend korda aastas. Niisiis on ka targem ehitada omale madalamad majad.
18. saj. maja, millel on Franklini 1762 a. disainitud piksevarras (see jäme jätkuv varras võib kanda endaga kümneid kiloampreid maasse, ilma, et see kahjustaks maja või selle vundamenti).
Kasutatud materjalid
Internet
1. http://et.wikipedia.org/wiki/Äike
2. http://www.ttkool.ut.ee/nupuvere/f/varia23.html
3. http://ael.physic.ut.ee/tammet/atmel/vorm2.ht m
4. http://www.loodusajakiri.ee/vana_loodus/arhiiv/okt98/valk.ht m
5. http://www.nssl.noaa.gov/edu/ltg/
6. http://www.physicstoday.org/
7. http://www.physicstoday.org/vol-59/iss-1/captions/p42cap5.html