البرق والرعد

2012 دليل الطقس

روس رينولدز

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

علوم الأرض والجيولوجيا

البرق هو تفريغ كهربائي ضخم بين سحابة وأخرى، أو من سحابة إلى الهواء، أو بين سحابة والأرض، والرعد هو العنصر المسموع لهذه العملية. ويحصل الاثنين دائماً جنباً إلى جنب.

لا يتفق خبراء الأرصاد الجوية على الطريقة التي تنفصل بها الشحنة الكهربائية داخل السحابة الرعدية. النظرية الرائدة هي أنّه عندما يسقط البَرَد والبَرَد الطري من خلال طبقة من الماء فائقالتبريد وبلورات الجليد التي تشكّل السحابة يحدث نقل للشحنة الموجبة من البَرَد الأعلى حرارة قليلاً إلى جزيئات السحابة الأبرد. تُصبح حبات البرد الأكبر حجماً سالبة الشحنة وتُراكم هذه الشحنة في الطبقات السفلى من الغيمة. وعلى العكس، فإنّ الماء وبلورات الجليد تكتسب شحنة موجبة وتنحو نحو التراكم في الأطراف العليا من الغيمة على التيار الصاعد.

بينما تنمو الشحنة السالبة السفلى مع تطوُّر الغيمة، تَحُث منطقة ذات شحنة موجبة تحتها على السطح، التي تتقدم تحت الغيمة المندفعة. تميل الشحنة السالبة لأن تتركز على أجسام تبرز من السطح ومعزولة نسبياً. وبالرغم من أنّ الهواء الجاف هو عازل جيد فإنّ الفرق المحتمل الذي سوف يزداد في ظل الظروف المناسبة هو هائل جداً بحيث يُصبح التفريغ الضخم أمراً لا مفر منه. والفرق النموذجي هو حوالي 1000000 فولت/م،30.000 فولت/قدم وهو يولّد تياراً يصل إلى 100000 أمبير.

البرق الذي يصل للأرض يتطوّر أولاً ضمن الغيمة، حيث تتحرك الإلكترونات بسرعة إلى الأسفل نحو قاعدة السحابة، ولكن بشكل متدرّج.

ينتشر كل تفريغ للشحنات لمسافة 100 م (330 قدماً) أو نحو ذلك ثمّ يتوقف لفترة 50 مليون جزء من الثانية قبل أن يستمر بالنزول. تستمر هذه العملية كمقدمّة متدرجة غير مرئية حتى تكون نسبة الإنحدار المحتملة، قرب الأرض، كبيرة جداً بحيث يرتفع تيار موجب من السطح من الأجسام الطويلة كالأشجار والأبنية. عند التقاء هذين التيارين تتدفق الإلكترونات إلى الأسفل وصولاً إلى إنشاء قناة تُستخدم من قبل شوط العودة الأكبر. وهذا التيار الصاعد اللامع الضخم هو مانراه، ويستمر عادةً لحوالي جزء من عشرة آلاف من الثانية.فقط حالة برق واحدة من خمسة هي من غيمة إلى الأرض. وكل حالة برق تُسخّن فوراً قناة الهواء التي يجري البرق عبرها بحوالي 30000 مئوية ( 54000 فهرنهايت). يعني هذا أنّ الهواء يتمدد بشكل هائل بسرعة لإنتاج موجة صدم تنتقل بعيداً عن البرق بسرعة الصوت.