Åska
Från Rilpedia
Vid åska uppstår elektriska urladdningar i jordens atmosfär. Dessa urladdningar alstrar mycket stor värme under bråkdelar av en sekund, vilket gör att luftens molekyler sätts i rörelse. Detta upplever vi som åskans karakteristiska mullrande ljud (åskknallar, åskdunder, åskmuller). Åska förekommer ofta i samband med cumulonimbusmoln.
Allmänt
Urladdningarna beror på kraftig elektrisk uppladdning av molnets olika delar. Den fysikaliska bakgrunden är inte helt klarlagd, men forskarna vet att det finns flera olika mekanismer som leder till molnens elektriska uppladdning. En av dessa bygger på existensen av kosmisk strålning i molnet. En annan på piezoelektricitet.
Kraftiga vertikalvindar med varm, fuktig luft, underkylda vattendroppar och iskristaller samt en instabil atmosfär finns alltid med i bilden. En teori är att lätta positivt laddade ispartiklar stiger med uppvindarna, medan tyngre, negativt laddade is-vattendroppar (så kallade Graupel-partiklar) och kornsnöpartiklar sjunker neråt av tyngdkraften. När kornsnöpartiklarna kommer i kontakt med vattendroppar nere i molnet överförs negativ laddning. Genom direkta mätningar har man kunnat konstatera att molnets övre delar i regel blir positivt och de nedre negativt laddade. Eftersom cumulonimbusmoln har stor vertikal utbredning, kan potentialskillnaden efterhand bli mycket stor. När luftens isolerande förmåga överskrids utlöses en urladdning, vanligtvis mellan molnets olika delar eller mellan två närliggande moln, men någon gång också mellan moln och jordytan – blixten ”slår ner”.
En förurladdning joniserar luften stötvis i ca 50 meter långa steg tills den når ca 100 meter ovanför marken. Då känns attraktionen av från ledande föremål från marken och en fångurladdning uppstår som drar sig uppåt. Denna möter förurladdningen. Kanalen är nu ledande och huvudurladdningen från marken till molnet sker med en hastighet av ungefär hundra miljoner meter per sekund (en tredjedel av ljushastigheten). Normalt sker flera urladdningar inom ett par tiondels sekunder. Några av dessa urladdningar kan ibland utgöras av en pilblixt.
Förloppet är så snabbt att ögat inte hinner särskilja de olika momenten. En blixtkanal som kan vara 5-10 km lång bildas. Den åtföljande smällen uppstår när uppvärmningen (ca 30 000 °C) av luften längs urladdningsbanan orsakar kraftiga tryckförändringar. Bullret låter som det gör, för att vi inte nås av smällen från hela blixtkanalen samtidigt. Ljudet tar ca 20 sekunder för att utbreda sig utmed en sju kilometer lång blixtkanal. Den som är riktigt nära en blixt hör ett kanonskott och kanske till och med fräsandet från fångurladdningen. Ett moln är elektriskt långt innan det nått stadiet cumulunimbusmoln och, faktiskt, elektriciteten regnar i detta fall ner eller upplöses från moln som inte utvecklas till åska. 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. Ett åskväder sträcker sig till tropopausen, där det avslutas i ett klassiskt städ. Tropopausen ligger lägst i Sverige vintertid på ca 8 000 meters höjd. Medan det i tropikerna kan sträcka sig till 15 000 meters höjd.
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. Detta är vanligt bland annat 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 (50-100 km/h). 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. Därför är blixtfrekvensen en av måttfaktorerna på den globala uppvärmningen (växthuseffekten).
Cellen
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 (-10°C) 3-5 km upp i atmosfären. Under molnet finns även en liten positiv molnficka, varför denna finns är forskarna oense om.
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 elektrostatiskt 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 jämviktstillstånd av elektriska laddningar, så att vi upplever ett fyrverkeri som påbörjas och avslutas utefter hela fronten. Efter ett antal sekunder påbörjas fyrverkeriet igen och så vidare. Fenomenet är filmat från rymdfärja.
Blixtar mellan olika moln och inne i moln, mellan moln och mark, gör att laddningar kan förflyttas i åskfronten.
Blixten
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 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. En åskledare har en säker skyddskon då den är en högsta punkt i ett litet område, som dock krymper vid blixtar med lägre strömmar. Likaså har höga byggnader mindre skyddskon. En skyskrapa har en åskskyddskon som endast sträcker sig 20 meter från byggnaden. Man talar om en klotformad skyddskon i sådana här fall. När väl en blixtkanal är etablerad så är det ohmska motståndet nästan försumbart.
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.
Molnblixt och markblixt
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, elektromagnetisk 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.
Korona
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 positiva joner som attraheras av en negativt laddad molnsida. De svaga elektriska 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
K-puls, eller pilurladdning, är en urladdning som förekommer i en redan uppkommen blixtkanal. Mekanismen har registrerats med hjälp av höghastighetskamera. Med kameror ser det ut som en pil går ner från molnet. Pilurladdningen upptäcktes av två japanska åskforskare; Kobayshi och Kitagawa. När en huvudurladdning har skett, töms molndelen på elektroner och blir positivt laddad. Nu pumpas det in nya elektroner med fördröjning i området från kringliggande delar av molnet, vilka fortsätter ner i blixtkanalen igen uppifrån och ner och kallas pilurladdning.
Marknedslaget
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 med mera. Ett vanligt föremål som träffas av blixten är ett träd, och det är ett bra exempel när vi beskriver varma och kalla blixtar.
Blixtnedslag i träd
De flesta blixtar är kalla och genererar mycket ström under kort tid. Beroende på trädets kondition kan den kalla blixtens skador på trädet se ut på lite olika sätt. Ibland klarar sig trädet bättre, när blixten har gått på utsidan av regnblöt bark. En vanlig blixtskada är en spiralformad fåra som gått ned i trädet. Trädet överlever, men kan senare angripas av sjukdomar och ändå dö.
Sprängskador kan också förekomma. Fuktig bark kan exempelvis sprängas och barktrasor kan ibland efter nedslaget hänga i grenverket, och trädet dör, särskilt om ingen bark finns kvar på stammen. Är kärnvirket fuktigt och blixten kraftig klyvs trädet; det kan till och med helt sprängas sönder. Ibland handlar detta om en positivblixt (se nästa avsnitt), som gått från molnets översida ner i marken.
Den varma blixten är långvarig och kan antända virke, inredning och vegetation, och kan också leda till att det börjar pyra i ett träds rotsystem. Slutresultatet av en varm blixt kan bli brand, kanske en skogsbrand.
Kraftiga blixtar plöjer ibland små diken runt det träffade trädet. Alltså medför blixten med andra ord mycket kraftiga jord-strömmar.
Inte så sällan slår blixten hål på VVS-ledningar nere i marken, nära blixtnedslaget.
Olika typer av blixtnedslag
När blixten förgrenar sig ovanför målet och synbarligen slår ner i flera mycket nära föremål samtidigt kallas detta för en gaffelblixt.
En positiv blixt är en ovanlig blixt, som slår från molnets positiva ovansida ner i marken. De brukar vara bland de kraftigaste blixtarna, och ett vanligt scenario 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.
Blixten och människan
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, eftersom risken finns 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 och 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 fallit 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.
Sidourladdningar
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 stegurladdningar 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 kan strömpulsen bli avsevärd.
Urladdning skapad av induktion
Blixten är ett elektromagnetiskt fenomen, det innebär att gnistor kan uppstå genom induktion på ledningar i närheten av ett blixtnedslag utan direktträff, 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.
Åskans mytologi
Åskan är en naturkraft 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. Tordön är ett fornnordiskt ord för åska. Tor syftar på Tor och dön betyder dån, buller.
I egyptisk religion hade åskviggen sin motsvarighet i himmelsguden Min. I dessa tidiga 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.
Skydda sig mot åska
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, 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 blixtnedslag, liksom att bilen drabbas av punktering.
Ett klassiskt mål för blixten är en golfspelare. Denne löper samma risk som en lantarbetare.
Ett trafikflygplan, är en effektiv Faradays bur
Plåten är förstärkt på de platser en blixt skulle kunna träffa. Det har hänt olyckor, där skador på bränsletankarna misstänkts ha orsakats av kraftiga blixtar. Haveriexperter har hittat sådana skador på vissa flygplansvrak. Att en sällsynt kraftig positiv blixt skulle kunna vara en trolig orsak. Ett flygplan utlöser ofta blixten och träffas av intern molnblixt typ IC, som kan vara upp till 40 gånger kraftigare än en CG-blixt från moln till mark. Större flygplan har väderradar, där man kan 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 den nedisning, turbulens och de stora hagel, som kan förekomma i samband med åskväder.
Några sifferuppgifter angående blixtnedslag
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.
Blixten som fenomen
Strömstyrka: 5 000 - 400 000 ampere, en typisk blixt 30 000 ampere. Strömstyrkan avslutas efter 100µs, för en kallblixt. Är det en varmblixt så sjunker strömstyrkan till 100 A efter ca 100 us varvid blixtens lägre ström avslutas efter ca 1/10 sek. Blixten har då egenskaper som är antändade. Ett sådant blixtnedslag kan vara upp till en sekund.
Det anses att åskan orsakar varannan brand i Sverige.
Spänning: 10 miljoner - 100 miljoner volt, i snitt 30 miljoner volt (från moln på 1.5 km höjd till mark)
Förurladdningen sker genom steg, stegurladdning är ca 50 meter, dessa förgrenar sig i sicksack med 50 us intervaller.
Förurladdningen kan förgrena sig vid dessa punkter och bilda flera spår.
Förurladdning möter fångurladdning
På ca 100-200 meters höjd möts förurladdningen av en eller flera fångurladdningar, en fångurladdning som inte får kontakt med blixtkanalen kan skada en människa allvarligt då den har en strömstyrka på 100-200 ampere. Förloppet är komplicerat då flera efterföljande blixtar kan gå lite olika vägar i huvudkanalen. Förurladdningen kan även startas från marken under de omständigheter då markföremålet är mycket högt exempelvis en TV-mast. Fenomenet ses ofta som ett grenverk av urladdningar riktade omvänt uppåt. Tiden för huvudurladdningen: inom 5 µs når en typisk blixt upp till 30 000 ampere varvid den avtar vid ca 100 µs. Antal urladdningar i samma kanal: 1-10, i genomsnitt 4. Ett blixtnedslags mål är inte förutbestämt utan förurladdningen söker sig till sin motpol slumpmässigt. Det är först när en fångurladdning når fram som blixtkanalen etableras och blir bestämd.
Den positiva blixten är genomsnittligt sex gånger så stark och varar tio gånger så länge som en negativ blixt. Frekvensen av positiva blixtar är lägre än 5%, vinteråskväder har den högsta procenthalten av positiva blixtar. Det är också lägre till åskmolnets topp vintertid. Den positiva blixten har ytterligt sällsynta toppnoteringar som tangerar en halv million ampere.
Luften som isolator
Luftens elektriska hållfasthet är tre miljoner volt per meter. 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. Processen självgenererar genom att den ökande strömmen ökar joniseringen i blixtkanalen. Minsta motståndets princip 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 då 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.
Hur nära är 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 blixten. 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 4 km från åskmolnet. Detta är extremt sällsynt.
Beräkningen grundar sig på att ljusets hastighet i luft är (c:a 300 000 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 repertoar, hur åskmolnets elektricitet inverkar på just dessa är inte känt, men hypoteser finnes.
Forskning om åska
I Sverige sker grundforskning om åska vid Ångströmlaboratoriet 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. Drivkraften 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, exempelvis cumulus congestus 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 jordklotet är en elektrisk kavitet (svängningskrets). Spännande frågeställningar öppnar sig för framtidens åskforskare.
Vetenskapsmännen arbetar med två grundläggande metoder
Artificiell 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.
Högspänningslaboratoriet
Ett högspänningslaboratorium används för allmän forskning om högspänning, varav åskforskning endast är en del.
Tyvärr kan man inte framställa så höga spänningar som naturens egen generator, cumulumnimbusmolnet gör.
Tio miljoner volt används för laboratorieförsök.
Det gör att forskning på fältet är nödvändigt. Exempelvis är klotblixten i laboratorium eller under åska ännu ej helt kartlagd.
Simulering av blixtträffar på modeller och annan utrustning ger viktig vägledning om apparaturs tålighet för åskskador. Det är viktigt med mobil utrustning där man kan mäta direkt under riktiga åskväder.
Laborationer på fältet
Redan den amerikanske filosofen Benjamin Franklins drake 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 500 m lång järnlina som leder blixten till jord. Forskarna sitter då i en fardaysbur som är byggd som en bunker och åser åsknedslaget på nära håll. De har också framställt Fulguriter på detta sättet. Flygning sker genom åskmoln liksom användning av ballonger. Fältstudier sker även från höga byggnadsverk som ofta träffas av blixten. Det är så blixtens diameter har uppmätts. ca 2-20 cm.
Åskstudier görs via höghastighetskamera och videokamera, radiopejling-anordningar såsom LLP-systemet. Det finns olika former av radar såsom dopplerradar.
Filmning göres också utanför det synliga området.
Vädersatelliter
Blixtfrekvenser mm observeras från vädersatelliter och ger viktig information om åskan.
Jonosfärblixtar
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.
Sprites
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 - 30 meter, och sträcker sig ner till ca 4 mil, alltså betydligt högre än åskmolnets topp.
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
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 millisekunder.
Elves
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. Konfrontationen 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.
Andra jonosfärfenomen i samband med åska
Åskan och elektrosfärens läckström
Åskforskarna anser idag att den övre delen av atmosfären kallad elektrosfären skulle ladda ur sig på en halvtimma om inte jordens alla åskväder funnits. Elektrosfären inklusive jonosfären har en positiv spänning av ca 300 000 till 400 000. Jorden är negativt laddad.
Det innebär att vi har ca 130 volts spännings skillnad per höjdmeter här vid jordytan. Men åskvädren verkar kunna fungera som en slags buffert mot detta strömläckage. Det resulterar i att dessa tre fenomen ovanför åskmolnets positiva topp tömmer elektrosfären på elektroner via åskan.
Forskarna har länge antagit att lävågor i samband med åskväder påverkat jonosfären, sporadiska E skikt har satts i samband med åska. Bevisningen är inte fullständig.
Sferics och Visslare
Ett radiofenomen är även Sferics och Tweeks som är dess variant. Detta fenomen har samband med blixtens och dess uppbyggnadsprocess 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)radiofenomen induceras också av blixten. Ibland läcker jonosfären blixtens radiopulser (sferics) ut i rymden. Dessa lämnar jonosfären och de följer jordens magnetiska fältlinjer 10 000 km eller mer ovanför markytan, de återvänder till jorden via fältlinjerna på motsatta hemisfären där pulsen hörs som en utdragen vissling, en så kallad visslare. I bland går det att höra flera visslare i ett ping pong-fenomen från samma ursprungsblixt. Detta är ett plasmafenomen i jonosfären och exosfären. Visslarna har låg frekvens och flyttar sig nedåt i frekvens under några sekunder. 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 skymning och natt. Dessa fenomen är kända sedan radions barndom.
Schumanresonanser
Jordklotets Schumanresonaser orsakas av att jorden är en elektrisk svängningskrets, som har frekvensen 7,8 Hz med övertoner på 16,6 Hz, 23,4 Hz osv.
Nu fungerar jordklotets alla blixtar som en gnistsändare som får denna svängningskrets i elektromagnetisk dallring.
Dessa han forskarna detektera och det ger viktig vägledning om åskan.
Det är svårt för en väderintresserad att detektera dessa resonanser.
Andra typer av blixtar
Blixtar kan även uppstå vid vulkanutbrott och sandstormar i öknen. Orsakerna till detta är inte närmare kända. Jordens forntida atmosfär kunde åska. Forskare har i laboratorieförsök kunnat generera blixtar i gasblandningar som liknat denna. Resultatet är att provrörsblixtarna bildar aminosyror. Den forntida uratmosfären kan ha varit lik planeten Venus nutida atmosfär.
Kuriosa
Decimeterlånga gnistor kan faktiskt uppstå på de långa linor till sportdrakar som flygs i klart väder.
Åska ute i planetsystemet
Venus har idag åskväder med särskilt intensiva blixtar.
Också planeten Jupiter har åskväder och intensiteten i dessa förhåller sig omvänt till solfläcksaktiviteten. Dessa uppvisar ett liknande orgelspel, ett fenomen som för tankarna till jordklotets Visslare. VLF mottagarna i sonderna Pioneer och Voyager, detekterade även visslarfenomen i planeten Saturnus atmosfär.
Det kan även nämnas att när Jupiters måne Io korsar Jupiters magnetfältlinjer genererar även det en elektrisk ström på planeten Jupiter, som trots att den är liten jämfört med tidvattenuppvärmningen, kan ge en effekt på mer än 1 triljon watt. Denna ström flyter mellan Io och Jupiter. Spänningsskillnader mellan planeter och andra kroppar i solsystemet vet man väldigt lite om, även IO och Jupiter exempelet ger antydningar om att sådana måste finnas!
Speciella fenomen under åskväder och andra referenser
- Åskledare
- Van de Graaff-generator och influensmaskin en spännings generator som används i skolfysik.
- Statisk elektricitet.
- Högspänning.
- Moln
- Regnbåge
- Droppe
- Supercell
- Downburst och Microburst Det är fall och kastvindar med orkanstyrka.
- Termik
- Regn
- Snö
- Hagel (nederbörd)
- Iskristall
- Termometer
- Hygrometer
- Barometer
- Anemometer
- Fulgurit är sand som smält till glas vid blixtträffar, dessa är extremt sällsynta, de kan vara upp till en miljon år gamla. Ingen känd fulgurit är upphittad i Sverige, men fenomenet är lätt att förbigå.
- S:t Elmseld är ljusfenomen på grund av kontinuerliga urladdningar runt spetsiga utskjutande föremål (master, flygplansvingar etc).
- Kornblixtar är blixtar på så långt avstånd att bullret inte hörs – vanligast på mörka höstnätter.
- Klotblixtar är lysande klot som svävar fritt i luften eller följer elledningar, staket, takrännor etc. Fenomenet saknar vetenskaplig förklaring. Det är mängden vittnen, några fotografier, några klotrunda hål i fönster som gör att forskare antar att den finns. Det har framställts snarlika fenomen i mikrovågssammanhang.
- Visslare är ett elektromagnetiskt fenomen som induceras av blixten och ibland kan höras i en VLF-radiomottagare. [1]
- Älvor (engelska: Elves) är andra fenomen som sker ovanför åskmolnen. [2]
- Tromb. En tromb uppstår på åskvädrets bylinje.
Media
Wikimedia Commons har media som rör Åska
Källor
- Blixt och åska, så fungerar naturens fyrverkeri av Vernon Cooray.
 |
Denna artikel behöver fler källor för att verifieras. Förbättra gärna artikeln genom att lägga till fler pålitliga källor (använd helst fotnoter) Material som inte är verifierbart kan ifrågasättas eller tas bort. |
Fotnoter
 |
Denna artikel eller avsnitt har källhänvisningar eller externa länkar men källan är fortfarande oklar eftersom dessa inte markeras med fotnoter i texten. Förklara på diskussionssidan vilka påståenden som behöver fotnotas eller märk ut dem med mallen {{källa behövs}}. |
Externa länkar
- BLIXTAR.se - Sveriges största forum om åska
- Journal of Lightning Research - en tidskrift om åska
- SMHI om åska
- Uppsala universitet
- Akademiska sjukhuset om åskskador.
- Artikel i läkartidningen.
- Rymdfärjan och observationer om åska.
- Heltäckande artikel om åska
- Vädret.com om åska
- Ett åskmolns livscykel
- Broschyr om åska
- Väderbilder åskmoln blixtar.
- Vädercentralen Tyskland
- Luftfartsstyrelsen säkerhet om åska
- Sprite blow jets and Elves
- Referens
- Exarbete
- Åskans effekt på Jonosfärfenomenet sporadiskt E-skikt.
- Inspire en Om vlf radio
- Lisning to planets, books
- Bolts from the blue.
- Lighning Java animation.
Några webbsidor med åskkartor:
