Oko 8,6 milijuna munja dogodi se diljem svijeta svakodnevno. Iako je njihova pojava vrlo česta, nepravilno kretanje munja od oblaka prema tlu ostalo je misterij.
Postoji nekoliko udžbenika o munjama, ali nijedan nije objasnio kako nastaje to "cik-cak" kretanje i kako munja može putovati kilometrima, piše u članku za The Conversation John Lowke, profesor fizike sa Sveučilišta South Australia te dodaje kako njegovo novo istraživanje daje objašnjenje.
Intenzivna električna polja u grmljavinskim oblacima pobuđuju elektrone da imaju dovoljno energije za stvaranje onoga što je poznato kao "singletne delta molekule kisika". Te se molekule i elektroni nakupljaju kako bi stvorili kratki korak visoke vodljivosti, koji intenzivno svijetli milijunti dio sekunde. Na kraju koraka, postoji stanka dok se nakupljanje događa ponovno, nakon čega slijedi još jedan svijetli, blještavi skok. Proces se ponavlja iznova i iznova, pojašnjava Lowke.
Zaštita od munja postaje sve važnija obzirom na porast ekstremnih vremenskih događaja, a poznavanje načina na koji nastaje udar groma znači i pronalazak boljih načina za zaštititu objekata, zrakoplova i ljudi.
Što dovodi do udara groma?
Udari munje nastaju kad se grmljavinski oblaci s električnim potencijalom od milijuna volti spoje s tlom. Između zemlje i neba tad poteče struja jakosti u tisućama ampera i s temperaturom od nekoliko desetaka tisuća stupnjeva, pojašnjava Lowke. Fotografije munja isto tako otkrivaju mnoštvo detalja koji se ne vide golim okom. Obično postoje četiri ili pet slabašnih "lidera" koji dolaze iz oblaka. Oni su razgranati i kreću se nepravilnom, cik-cak putanjom prema zemlji.
Prvi od tih lidera koji stigne do Zemlje zapravo inicira udar munje. Ostali lideri se tada gase, piše Lowke.
Prije pedeset godina, brza fotografija otkrila je još više složenosti. Lideri napreduju prema dolje iz oblaka u "koracima" dugim oko 50 metara. Svaki korak osvijetli se na milijunti dio sekunde, ali onda nastane gotovo potpuni mrak. Nakon daljnjih 50 milijuntinki sekunde formira se još jedan korak, na kraju prethodnog koraka, ali prethodni koraci ostaju tamni, pojašnjava australski profesor.
No, zašto postoje takvi koraci i što se događa u mračnim razdobljima između koraka? Kako se te stepenice mogu električno povezati s oblakom bez vidljive veze? Odgovori na ta pitanja leže u razumijevanju što se događa kada energetski elektron udari molekulu kisika, kaže Lowke.
Ako elektron ima dovoljno energije, on pobuđuje molekulu u singletno delta stanje. Riječ je o "metastabilnom" stanju, što znači da nije savršeno stabilno, ali obično ne pada u niže energetsko stanje oko 45 minuta. Kisik u ovom singletnom delta stanju odvaja elektrone (potrebne za protok električne energije) od negativnih iona kisika. Ti se ioni tada gotovo odmah zamjenjuju elektronima (koji nose negativan naboj) koji se ponovno vežu za molekule kisika. Kada je više od 1 posto kisika u zraku u metastabilnom stanju, zrak može provoditi struju, objašnjava australski profesor.
Drugim riječima, do munjevitih koraka dolazi kada se stvori dovoljno metastabilnih stanja za odvajanje značajnog broja elektrona. Tijekom tamnog dijela koraka, s druge strane, povećava se gustoća metastabilnih stanja i elektrona. Nakon 50 milijuntinki sekunde, dodaje Lowke, stepenica može provoditi električnu struju, a električni potencijal na vrhu stepenice povećava se otprilike do i proizvodi daljnju stepenicu.
Pobuđene molekule stvorene u prethodnim koracima formiraju stupac sve do oblaka. Cijeli stup je tada električki vodljiv, bez potrebe za električnim poljem i malom emisijom svjetlosti, piše Lowke.
Bolja zaštita od udara groma
Iako je rijetkost da grom pogodi ljude,munje pogađaju objekte mnogo puta, posebno one visoke i izolirane. Kad munja primjerice pogodi stablo, sok unutar stabla vrije, a nastala para stvara pritisak, što dovodi do pucanja debla tog stabla, pojašnjava Lowke. Slično, dodaje, kada munja udari u kut zgrade, voda od kiše koja je procurila u beton proključa. Pritisak detonira cijeli kut zgrade, stvarajući opasnost od smrtonosnih urušavanja.
Gromobran koji je izumio Benjamin Franklin još 1752. godine, u osnovi je debela žica pričvršćena na vrh zgrade i spojena na tlo. Dizajniran je da privuče munje i uzemlji njihov električni naboj. Usmjeravanjem strujanja kroz žicu, objekt se štiti od oštećenja. Gromobrani su potrebni za visoke zgrade i crkve, ali neizvjestan je čimbenik koliko ih je potrebno na svakom objektu, napominje australski profesor.
Izvor: The Conversation
