Kosicka M. - Piorun NZTZ 7(2)1997, artykuły
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Żywioły Klęski Kataklizmy – NZTZ nr 7 (2) 1997
PIORUN
Burze, grzmoty, błyskawice, pioruny — zjawiska piękne i straszne, choć dla ludzi zamieszkałych w miastach straciły już nieco posmak grozy. Pomimo tego, że dzięki powszechnie stosowanym piorunochronom (fachowo mówiąc ochronie odgromowej) pioruny nie czynią już takiego spustoszenia jak niegdyś, w Polsce ginie rocznie od porażenia piorunem średnio ok. 20 osób, we Francji ok. 10, a w Stanach Zjednoczonych ok. 300
NARZĘDZIE NATURY, BOGA CZY SZATANA ?
Pioruny powodują też śmierć zwierząt gospodarskich, głównie bydła na pastwiskach, wzniecają pożary, przede wszystkim w zabudowaniach wiejskich i w lasach, powodują zaburzenia w urządzeniach zasilających w energię elektryczną, uszkadzają odbiorniki energii elektrycznej. W 1971 r. miał miejsce pożar rafinerii w Czechowicach, spowodowany uderzeniem pioruna w zbiornik ropy naftowej, i to pomimo prawidłowego zabezpieczenia.
Czym są naprawdę te do dziś jeszcze groźne zjawiska? W dawnych wierzeniach piorun uważany był za broń bogów, piorunami posługiwał się Zeus dla wykazania swej boskiej mocy; stąd jego przydomek „Gromowładny". Historyk grecki Herodot pisał, że Apollo bronił świątyni w Delfach przed Persami, ciskając w nich piorunami. Słowianie czcili boga piorunów - Peruna, a Germanie uważali, że piorun to wynik rzutu młotem boga Thora; według Celtów piorun to zakłócenie kosmiczne, które wywołało gniew żywiołów. Mieszkańcy Syberii i Ameryki Płn. wierzyli w ogromnego ptaka; powodował on pioruny uderzając skrzydłami. Dla Chińczyków piorun powstawał na skutek ruchów niebiańskiego smoka. Arystoteles próbował naukowo wyjaśnić zjawisko burzy i piorunów twierdząc, że chmury są emanacją ziemi i z powodu zimna na dużych wysokościach kurczą się, wywołując burzę. W średniowieczu uważano piorun za objaw gniewu boskiego lub za sprawkę szatana. Jeszcze w 1743 roku w dziele Informacya Matematyczna rozumnie ciekawego Polaka ksiądz Bystrzanowski pisał, że na pioruny pochodzące od biesa chwalebne są krzyżem żegnania, wodą święconą kropienia, ziela święconego kurzenie, gromnic palenie, dzwonienie, modlitw do tego służących mówienie, Świętych Pańskich, Aniołów dobrych wzywanie.... Niestety, dzwonienie podczas burzy, poza tym, że było zupełnie nieskuteczne, kosztowało życie wielu osób, bowiem dzwonnice jako obiekty wyższe od innych były szczególnie narażone na uderzenie pioruna. Ksiądz Bystrzanowski ponadto traktował piorun, grzmot i błyskawicę jako zjawiska niezależne, przy czym piorun jest to exhalacya ziemna, siarczysta, saletrzysta, gorąca i sucha, słońca promieniem w górę wyciągniona, i z piekła, od tegoż słońca albo powietrza gorącego zapalona, która gdy na chmurę wodnistą napadnie, grzmot w niej sprawuje: na podobieństwo kamienia rozpalonego w wodę wrzuconego. Błyskawica natomiast to exhalacya ziemna, gorąca i sucha, ale tak od słońca spiekła, która zapalona w wyższym nad chmury kraju, prędzej się spali nim do chmury dopadnie na podobieństwo żywicy na proch startej i zapalonej.
Dziś wiemy, że piorun, grzmot i błyskawica to elementy tego samego zjawiska, zwanego właśnie piorunem: błyskawica to efekt świetlny, a grzmot - efekt akustyczny, towarzyszący wyładowaniu elektrycznemu.
Istotę zjawiska odkrył dopiero w połowie XVIII wieku Amerykanin Beniamin Franklin, używając do swych badań zwykłych latawców. Wykazał on, że piorun to iskra elektryczna przeskakująca pomiędzy chmurami a ziemią. Jest to bardzo uproszczony opis zjawiska, które w rzeczywistości ma charakter znacznie bardziej złożony.
Podajmy trochę liczb, które choć częściowo pokażą, z jak gigantycznym żywiołem mamy do czynienia. Piorun to wyładowanie elektryczne zachodzące podczas burzy, a na ziemi trwa jednocześnie od 2000 do 5000 burz, powodujących co sekundę ok. 100 wyładowań, z czego 1/3 odbywa się pomiędzy chmurami a ziemią, a 2/3 pomiędzy chmurami lub w ich wnętrzu. W całą kulę ziemską trafia ok. miliard piorunów rocznie.
Podczas burzy ziemia i chmury stają się okładkami ogromnego kondensatora (przypomnijmy, że kondensator to przyrząd składający się z przewodzących okładzin przedzielonych materiałem nieprzewodzącym, w naszym przypadku powietrzem), pomiędzy którymi panuje napięcie rzędu dziesiątek, a nawet setek milionów woltów. Aby sobie uzmysłowić, jak ogromna jest to liczba, przypomnijmy, że napięcie w naszej domowej sieci wynosi zaledwie 220 woltów, a najwyższe napięcie stosowane w sieciach przesyłowych wysokiego napięcia w Polsce - 750 tysięcy woltów. Prąd, jaki przepływa podczas wyładowania piorunowego, mierzy się w tysiącach amperów i może on wynieść nawet 200 000 amperów; i znów dla porównania: przez naszą 100-watową żarówkę płynie prąd zaledwie 1/2 ampera. Czas przepływu prądu pioruna jest natomiast niezmiernie krótki - mierzy się go w mikrosekundach (milionowych częściach sekundy). I w tak krótkim czasie zachodzą zjawiska mogące zadecydować o życiu ludzkim czy też wywołać ogromne straty materialne! Piorun jest zjawiskiem o ogromnej mocy, ale ze względu na tak krótki czas przepływu prądu dysponuje niewielką energią (rzędu ułamków kilowatogodzin). Spójrzmy przy okazji na nasze rachunki za energię elektryczną. Ile jej miesięcznie zużywamy?
Dlaczego więc, pomimo małej energii, piorun wywołuje tak ogromne szkody? Przede wszystkim, w przypadku przepływu prądu przez ciało człowieka najczęściej dochodzi do porażenia serca lub do poparzenia ciała. Iskra elektryczna może zapalić materiał łatwopalny, np. suche drewno. Działanie burzące pioruna jest zwykle spowodowane przebiegiem iskry w pewnym obszarze zamkniętym, np. wewnątrz drzewa, co powoduje gwałtowne parowanie wilgoci; zachodzą przy tym pewne procesy biochemiczne powodujące wydzielanie się gazów, które wytwarzają ogromne ciśnienie, co doprowadza do rozerwania obiektu. W terenie górskim często zdarza się odrywanie partii skał, co kilkakrotnie miało miejsce w Tatrach. Skutki działania pioruna można porównać do skutków działania bomby lotniczej. Wyładowania elektryczne mają też działanie pozytywne.
Podczas burzy wytwarzają się duże ilości związków azotowych, które wraz z deszczem spadają na ziemię, użyźniając glebę.
Jak wygląda piorun? Trzeba od razu powiedzieć, że kształt pioruna widziany na zdjęciach nie ma nic wspólnego z powszechnie znanym symbolem błyskawicy, rysowanym jako zygzak. Kształt ten przypomina raczej drzewo z odchodzącymi od pnia gałązkami, a pień ten to wyraźnie wyodrębniony główny kanał piorunowy. Taki piorun zwany jest piorunem liniowym, w odróżnieniu od piorunów kulistych i perełkowych, o których niżej.
Na ogół wyobrażamy sobie, że piorun uderza z chmury w ziemię, i zwykle tak się dzieje; zdarzają się jednak pioruny uderzające ze szczytów wysokich wież i budynków w chmurę. Badania amerykańskie przeprowadzone na szczycie Empire State Building 400 m nad ziemią wykazały, że niemal wszystkie pioruny były oddolne. Takie pioruny rejestrowano także na Giewoncie. Istnieją tez wyładowania pomiędzy chmurami lub częściami chmur.
Podczas burz pojawiają się jeszcze inne formy wyładowań, zwane wyładowaniami snopiącymi lub ogniami św. Elma. Nie bardzo wiadomo, co to był za święty; utożsamia się go czasem ze św. Erazmem - patronem żeglarzy. Ognie św. Elma to bardzo cienkie, fioletowobiałe iskierki długości do kilkunastu centymetrów, występujące na krawędziach przedmiotów metalowych i półprzewodzących. Cezar w Commentari de bello Galico wspomina, że pojawiały się one w postaci światełek na ostrzach dzid żołnierzy. Starożytni żeglarze widzieli je na zakończeniach masztów okrętowych i wróżyli z nich, czy żeglowanie przebiegnie pomyślnie, czy też nie. Ludzie wędrujący po górach widywali wyładowania snopiące na wierzchołkach drzew, na górskich graniach, na dachach schronisk; wydobywały się z metalowych głowic czekanów i podniesionych do góry kijków narciarskich. Odczuwali też, że włosy na głowie podnoszą się do góry lub czuli ból i swędzenie pleców, słyszeli szmery i trzaski. Samo w sobie zjawisko to nie jest szkodliwe, ale może być zapowiedzią burzy z piorunami, dlatego też należy wtedy jak najszybciej uciekać z grani i wierzchołków górskich.
Tajemniczym, do dziś trudnym do wyjaśnienia, a zarazem intrygującym zjawiskiem jest piorun kulisty. Niektórzy naukowcy byli wręcz skłonni twierdzić, że jest on legendą lub złudą wynikającą ze strachu. Inni natomiast uważają, że przy obecnym stanie wiedzy nauka nie może wyjaśnić istoty tego zjawiska. W przeciwieństwie do pioruna liniowego, nie udało się wytworzyć pioruna kulistego w laboratorium, choć próby w tym kierunku były czynione. Nieliczne też są zdjęcia tego zjawiska. Jego wygląd można odtworzyć tylko na podstawie opisu świadków, a ten, jak wiadomo, bywa subiektywny, tym bardziej, że zjawisko trwa krótko (od ułamków sekund do kilku minut) i jest oglądane przez człowieka zaskoczonego i przestraszonego. Właściwie każda relacja jest inna.
Piorun kulisty może zachowywać się w sposób nieoczekiwany: potrafi wpaść przez komin, wlecieć przez okno, krążyć po mieszkaniu, rozbić mur, a w końcu pęknąć z hukiem, rozsypując się w pojedyncze iskry.
Pojawiał się w gniazdkach elektrycznych czy w zaworze kaloryfera, zdarzało się, że zmieniał kształt z kulistego na nitkowy przy przechodzeniu przez mały otwór. Niestety, potrafi również zabić człowieka. Ofiarą pioruna kulistego padł w 1753 roku w Petersburgu uczony Georg Richmann, współpracownik Michała Łomonosowa. Miało to miejsce podczas burzy, w trakcie badań nad wyładowaniami elektrycznymi.
Najstarszą zanotowaną relacją o piorunie kulistym jest opis procesji podczas poświęcenia kaplicy w Tours w VI wieku. Ognista kula, która pojawiła się wówczas nad wiernymi, została oczywiście uznana za cud.
14 września 1989 roku mój kolega „po fachu", inżynier elektryk, przebywając podczas burzy w swoim domu w Zalesiu pod Warszawą usłyszał tak ogromny huk, że aż cały dom się zatrząsł. Po pewnym czasie stwierdził też, że uległ przebiciu kondensator w lampie jarzeniowej oraz że zadziałały bezpieczniki automatyczne w sąsiednim domu. Okazało się, że przyczyną tego wszystkiego stał się piorun kulisty. Jego drogę i skutki działania odtworzył na podstawie opisu świadków: Piorun, niewielka ognista kula, pojawił się nie wiadomo skąd, przeleciał powoli kilkadziesiąt metrów w kierunku mniej więcej wschodnim, po drodze wyrwał wiadro z ręki przechodzącej kobiety, potem roztrzaskał drewnianą furtkę, zbliżył się do stojącego tam domu, wyżarł kawałek szyby z okna, uszkodził betonowy balkon i wzniósł się w górę, niknąc w koronie dębu. Po chwili rozległ się huk i poleciały kawałki kory. Jednocześnie w domu zadziałały wszystkie bezpieczniki. Huk był tak głośny, że z drugiego domu, odległego o ok. 50 m, ludzie zaczęli uciekać
.
Na podstawie dużej liczby opisów świadków ustalono, że piorun kulisty ma najczęściej średnicę ok. 10 do 30 cm, barwę żółtą, pomarańczową lub czerwoną, wydaje dźwięk podobny do syczenia czy szumu i często porusza się przeciwnie do ruchu powietrza.
Niestety, do dziś nie rozpoznano istoty zjawiska. Powstało wiele mniej lub bardziej wiarygodnych hipotez, m.in. że jest to pyt kosmiczny zmieszany z kryształkami śniegu lub, że kawałek pioruna liniowego zwinął się w kulkę i rozpoczął samodzielną wędrówkę, a nawet, że są to sygnały wysyłane z czwartego wymiaru. Najbardziej prawdopodobne hipotezy zakładały, że piorun kulisty utworzony jest z plazmy, tj. mieszaniny jonów (atomów pozbawionych pewnej liczby elektronów) i swobodnych elektronów, lub z obłoku klasterów (jonów otoczonych cząsteczkami wody). Żadna z tych hipotez nie została zweryfikowana i problem zidentyfikowania zjawiska zwanego potocznie piorunem kulistym pozostaje w dalszym ciągu otwarty.
Obserwuje się też zjawiska zwane piorunami perełkowymi. Na zdjęciach pioruna liniowego widoczne są odcinki jasne, poprzedzielane ciemnymi (coś w rodzaju naszyjnika), a jedna z hipotez mówi, że piorun kulisty jest właśnie oderwaną częścią kanału pioruna perełkowego.
Od blisko 250 lat człowiek nauczył się chronić w dość prosty sposób przed piorunami. Wiadomo, że piorun „szuka" drogi o najmniejszej oporności elektrycznej i choć zdarzają się trudne do wytłumaczenia niespodzianki, jak ów tragiczny pożar w Czechowicach lub uderzenie pioruna w ozdobę kamienną znajdującą się na dachu Politechniki Gdańskiej, tuż obok instalacji piorunochronowej (lipiec 1961 r.), można założyć, że piorun uderzy w najwyższy punkt w okolicy. Analizując zdjęcia zaobserwowano, że piorun „decyduje się", gdzie uderzyć, dopiero kilkadziesiąt metrów nad ziemią.
Piorunochrony stosowali już 2100 lat p.n.e. Egipcjanie. W świątyni Horusa w Edfu słupy drewniane owinięte były blachą i połączone z ziemią. Działania te opierali Egipcjanie zapewne na wnikliwej obserwacji przyrody. Natomiast na dachu Świątyni Jerozolimskiej umieszczono wiele żelaznych kolców. Prawdopodobnie dzięki temu przez wiele wieków jej istnienia nigdy nie doszło do uszkodzenia Świątyni przez piorun.
Za wynalazcę piorunochronu należy jednak uznać wspomnianego już wyżej Beniamina Franklina. Trzeba zdać sobie sprawę, że zastosowanie piorunochronu stanowiło ogromny przewrót w dziejach myśli ludzkiej. Piorunochron nie istnieje po to, aby nie dopuścić do uderzenia pioruna,lecz po to, aby go przyjąć i bezpiecznie odprowadzić prąd piorunowy do ziemi, oszczędzając w ten sposób obiekt, na którym został zamontowany.
Już w 1784 roku pisano w Polsce: Od niejakiego czasu przestano po wielu w Europie miejscach mniemać, jakoby to było przeciwić się sprawiedliwości Boga, piorunami ludzi karzącego, chcieć konduktorami oddalić od budynków niebezpieczeństwo tychże piorunów. W tym samym roku ukazała się książka księdza Józefa Osińskiego Sposób ubespieczający życie y maiątek od piorunów, będąca pierwszą polską pracą z elektrotechniki, w której autor powołując się na Franklina pisze: żeby miasta ocalić od piorunów, dosyć jest na dachu domu każdego w smole albo w żywicy ustawić pod pion pręt żelazny, długi, ostro zakończony i od tego pręta drut metalowy puścić do ziemi. Potrzeba zaś drut od dachu znacznie oddalać. Przez ów pręt i drut materia elektryczna w ziemię popłynie i szkodzić nie będzie.
W końcu XVIII wieku zapanowała moda na piorunochrony. Już w 1111 roku w Warszawie istniało 6 piorunochronów, a w kilkanaście lat później król Stanisław August Poniatowski polecił i sfinansował zainstalowanie piorunochronu na wieży Zamku Królewskiego.
Modne też były piorunochrony „osobiste" montowane na kapeluszach lub parasolach, które zresztą nie stanowiły żadnej ochrony.
Jak zachowywać się podczas burzy? Przykazania w tej sprawie są ogólnie znane, ale nie zawadzi przypomnieć. Ksiądz Osiński pisał przed ponad 200 laty: Podczas burzy, aby przypadku uniknąć, potrzeba:
1) Okna i drzwi zamykać, ponieważ materia piorunowa do izby pędzi wapory, zaczym piorun do niej wpaść może.
2) Jeżeli kogo w polu burza zaskoczy, niechaj się nie schrania pod drzewa, bo w te materia z chmur spływając może mu szkodzić.
3) Podczas piorunów od metalów potrzeba się oddalać.
4) Podczas grzmotów przytomność jest najpotrzebniejsza, ponieważ wielu ludziom przestrach częściej szkodził niż pioruny.
Nie wiadomo co prawda, co ksiądz Osiński nazywał waporami, ale jego rady nie straciły aktualności. Szczególnie punkt 4. wydaje się słuszny zawsze we wszystkich sytuacjach zagrożenia.
Poza stosowaniem się do powyższych wskazań, podczas burzy nie należy pływać (pioruny uderzają często w duże zbiorniki wodne), łowić ryb (wędki należy położyć płasko), pracować przy liniach energetycznych czy na dachach domów, dotykać obiektów metalowych i drzew, telefonować, grać w golfa. W górach należy zejść ze szczytów i turni. Grupy powinny się rozproszyć i zachować odległość kilku metrów pomiędzy sobą. Żeglując po rzece czy jeziorze należy jak najszybciej dobić do brzegu lub schronić się pod mostem. Jeśli to możliwe, dobrze jest schronić się w budynku, ale nie w namiocie. Bezpiecznym miejscem jest samochód, tramwaj, a także samolot.
Przebywanie pojedynczego człowieka na odkrytej przestrzeni może także okazać się tragiczne w skutkach, bowiem staje się on wówczas najwyższym punktem w okolicy.
Niebezpieczne może być tak zwane napięcie krokowe, tj. napięcie pomiędzy stopami człowieka, powstające na powierzchni ziemi na skutek przepływu przez nią prądu pioruna. Napięcie to jest co prawda groźniejsze dla zwierząt niż dla ludzi, ale lepiej podczas burzy stać ze złączonymi nogami lub biec. Nie wolno kłaść się na ziemi.
Może warto zapamiętać sobie te rady, bowiem współczesny człowiek, szczególnie ten wychowany w mieście, często nie zdaje sobie sprawy, jak groźna i nieprzewidywalna potrafi być przyroda. Podziwiajmy zatem piękno burzy, grzmotów i błyskawic, ale zachowujmy się wobec natury z należną jej pokorą.Maria Kosicka
... [ Pobierz całość w formacie PDF ]