žaibas

žabas, savaiminis trumpalaikis didelės srovės elektros išlydis (iškrova).

Susidaro tarp skirtingai įsielektrinusių debesų, to paties debesies dalių, debesies ir aplinkinio oro arba tarp debesies apačios (dažniausiai įsielektrinusios neigiamai) ir Žemės paviršiaus. Taip susidarę žaibai priskiriami linijinių žaibų formai. Debesies viduje įvyksta apie 90 % visų žaibų. Pavojingiausi žaibai yra iš debesies į Žemę (sudaro apie 9–10 % visų žaibų), rečiausi – tarp debesų ir iš debesies į orą (apie 1 %). Žaibas trunka vidutiniškai 0,05 s (ilgiausiai 1,5 sekundės). Iškrovos kanalo skersmuo būna 15–20 cm, o ilgis – iki kelių kilometrų. Sąlygos žaibui įvykti susidaro, kai debesys smarkiai įsielektrina. Stipriausi elektriniai laukai susidaro storuose kamuoliniuose lietaus debesyse. Jiems formuojantis elektrinio lauko stipris prie Žemės paviršiaus padidėja 100 ir daugiau kartų, nuo kelių šimtų V/m iki 10–300 kV/m kelių kilometrų aukštyje. Tokia pažeista elektrinė pusiausvyra tarp debesies ir Žemės paviršiaus smogus žaibui vėl atsikuria.

žaibas

Stiprus elektrinis laukas tarp debesies ir Žemės priverčia laisvuosius elektronus, kurių krūvis neigiamas, judėti nuo debesies Žemės paviršiaus link. Elektrinis laukas laisvuosius elektronus gali įgreitinti tiek, kad jų energija tampa pakankama neutralioms oro molekulėms jonizuoti – taip išlaisvinama dar daugiau elektronų. Išlaisvintus elektronus vėl greitina elektrinis laukas, tad jų kiekis ir koncentracija vis didėja.

linijinis žaibas

Tokia jonizacijos banga vadinama lyderiu ir sklinda maždaug 20–100 km/s greičiu, suformuodama kelių centimetrų pločio išsikreivinusį laidų kanalą tarp debesies ir Žemės paviršiaus. Lyderis juda maždaug 50 m ilgio šuoliais, tarpai tarp šuolių – apie 50 mikrosekundžių). Lyderio kanale (kelyje) vyksta stipri oro jonizacija. Šiuo kanalu tarsi laidu neigiamas krūvis pirmiausiai nuteka į Žemę. Žaibo lyderis dažniausiai būna nematomas (girdisi tik traškesys), nes jo srovės stipris neviršija kelių tūkstančių amperų. Lyderis nusidriekia tomis kryptimis, kur didžiausias jonizuoto oro elektros laidumas (tuo paaiškinamas ir žaibų šakotumas). Kadangi žaibo lyderis ieško kelio, kur geriausias elektrinis laidumas, todėl pirmiausia jį pritraukia aukšti metaliniai objektai, medžiai, kaminai, iš kurių rūksta dūmai (dūmų stulpas tarsi padidina kamino aukštį ir yra geras elektros laidininkas), šlapias žemės paviršius (pvz., upės krantas).

Lyderiui artėjant prie Žemės didėja elektrinio lauko stipris ir iš aukštų Žemės paviršiaus objektų iššoka atsakomasis priešpriešinis lyderis, turintis priešingą krūvį. Kai lyderio kanalas priartėja prie Žemės ar priešpriešinio lyderio iki 25–100 m, elektrinio lauko stipris pasiekia apie 10 kV/cm. Šis atstumas pramušamas per keletą mikrosekundžių, jame išsiskiria energija (apie 0,5–5 MJ), kuri išnaudojama termojonizacijai ir orui įkaitinti. Po kelių akimirkų lyderio jonizuotu kanalu ima tekėti galingas pagrindinio žaibo elektros srovės impulsas, kuris prasideda jau nuo Žemės ir toliau žaibuoja nuo Žemės į viršų (teigiami krūviai kyla į viršų). Elektros srovė teka nuo Žemės debesies link todėl, kad srovės tekėjimo kryptis yra priešinga elektronų judėjimo krypčiai nuo debesies link Žemės.

Elektros srovės impulsas sukelia galingą šviesos blyksnį, kuris matomas net ir dienos šviesoje. Srovės stipris impulso metu siekia keletą tūkstančių amperų, o jo sklidimo greitis pasiekia net 1/3–1/2 šviesos greičio. Tuo pačiu kanalu kas kelias šimtąsias sekundės dalis gali sklisti dar keli elektros srovės impulsai – tada galima pastebėti, kad žaibo blyksnis mirga. Žaibo kanalas įkaista iki 20 000–30 000 °C, todėl įvyksta staigus dujų šiluminis išsiplėtimas į išorę, jis sukelia galingas akustines bangas – pasigirsta griaustinis. Aukšta temperatūra sukelia įvairių cheminių reakcijų, pvz., triatomės ozono molekulės (ozono) susidarymą. Todėl po perkūnijos kurį laiką galima užuosti ore tvyrantį specifinį ozono dujų kvapą.

Žaibai, kertantys iš debesies apačios į Žemę ir perduodantys žemės paviršiui neigiamą krūvį, vadinami neigiamais. Iš visų žaibų susidarančių tarp debesų ir žemės paviršiaus jie yra dažniausi – apie 9/10. Likęs dešimtadalis žaibų į Žemę kerta iš debesies viršaus ir perduoda žemės paviršiui teigiamą elektros krūvį, todėl vadinami teigiamais. Pavojingiausi yra teigiami žaibai, nes jų srovės impulsas yra kelis šimtus kartų didesnis nei neigiamo žaibo ir siekia 200–300 kA.

Žaibai – labai pavojingas meteorologinis reiškinys. Jie sukelia gaisrus naftotiekiuose, dujotiekiuose ir miškuose, uždega pastatus. Perkūnijos metu elektros perdavimo linijose susidaro viršįtampis, sukeliantis avarijas ir elektros tiekimo sutrikimus, trikdomas radijo ryšys. Aviatoriams pavojingi ne tik tiesioginiai žaibo smūgiai, bet ir perkūnijos debesyse susidarantys stiprūs vertikalūs oro gūsiai, siekiantys 15–30 m/s.

Kitos žaibų formos

Gamtoje egzistuoja ir kitos žaibų formos, kurių kilmė mokslininkų dar nėra iki galo išaiškinta.

Žaibas raketa sudaro šviesų kanalą, dažniausiai nusidriekiantį horizontaliai palei debesies pagrindą. Šiuo kanalu lyg strlės ar raketos paskui viena kitą lekia kelios žaibo iškrovos.

Kaspiniškasis žaibas turi zigzago formos kanalą. Ši forma pasitaiko stipriam vėjui pučiant statmenai į žaibo kanalą, todėl jis ir išsiraito. Žmogaus akis sunkiai suspėja užregistruoti tokio žaibo detales, jį kartais pavyksta tik nufotografuoti.

Žaibas vėrinys – tai kelios dešimtys šviečiančių rutuliukų, išsidėsčiusių išilgai linijinio žaibo kanalo. Atstumas tarp rutuliukų dažniausiai lygus jų skersmeniui. Jie regimi tik 1 s ir pasitaiko labai retai. Susidarymas nėra aiškus, manoma, kad tai gali būti kamuolinių žaibų virtinės.

Kamuolinis žaibas priklauso paslaptingiausiems ir mažiausiai ištirtiems reiškiniams. Tai įvairių spalvų ir skirtingų dydžių rutulio formos elektros iškrovos. Prie Žemės paviršiaus šis rutulys paprastai būna 15–50 cm skersmens, kartais gali įgauti kriaušės pavidalą. Egzistavimo laikas – nuo sekundės dalies iki kelių minučių, judėjimo greitis – iki kelių metrų per sekundę, dažniausios spalvos – balta, raudona arba oranžinė. Judėdamas kamuolinis žaibas ūžia, švilpia arba šnypščia (kartais negirdėti jokio garso), o išnykdamas silpnai trakšteli arba su trenksmu sprogsta, viską griaudamas ir paskleisdamas į šalis žiežirbas. Į pastatų vidų kamuolinis žaibas gali patekti pro plyšius, langus, kaminus. Nustatyta, kad temperatūra kamuolyje gali siekti 3000 °C, todėl jam prisilietus išsilydo stiklas ir metaliniai daiktai. Srovės stiprumas kamuoliniame žaibe siekia 20 A, todėl jis gali būti mirtinai pavojingas.

Juodasis žaibas (kamuolinio žaibo atmaina) – jo rutuliukas (10–30 cm skersmens) gali būti ne tik juodos, bet ir rudos, pilkšvos, metalo spalvos. Juodieji žaibai sklando ore, kartais pakimba medžiuose, ant stiebų, stogų, metalinių paviršių, atrodo lyg gumbai ar purvo gniužulai. Pabandžius juos nukrapštyti ar numušti, juodieji žaibai įkaista ir sprogsta. Juodieji žaibai pasirodo kartu su paprastu linijiniu žaibu arba po jo.

Yra įvairių kamuolinio žaibo atsiradimą aiškinančių hipotezių, bet galutinai jo prigimtis bus ištirta tik sukūrus kamuolinio žaibo modelį fizikos laboratorijose. Kol kas pavyksta suskurti tik dirbtinius linijinius žaibus. Tam dažniausiai naudojama galinga lazerio spinduliuotė, kuri jonizuoja neutralias dujų molekules ir atomus ir sukuria jonizuotų dujų kanalą elektros išlydžiui.

Lietuvoje

žaibų išlydžių tankio Lietuvoje žemėlapis (2021)

Lietuvoje didžioji žaibų dalis būna vasarą. Nuo 2011 nuolatinius stebėjimus vykdo speciali Žaibų aptikimo sistema (ŽAS). Žaibus tarp debesų ir Žemės bei tarp debesų fiksuoja Biržų, Šilutės, Varėnos ir Raseinių meteorologijos stotyse įrengti žaibų detektoriai, kurie 350 km spinduliu aptinka daugiau kaip 90 % visų žaibų. Realiuoju laiku gaunami duomenys apie atskirų žaibų vietą, laiką, elektros srovės stiprį. Detektorių teikiami duomenys naudojami žaibų tankio žemėlapiams sudaryti. Pagal Lietuvos hidrometeorologijos tarnybos specialistų pateiktą informaciją 2021 Lietuvos teritorijoje buvo užregistruota apie 123 000 žaibų.

žaibas

-žaibas raketa; -kaspiniškasis žaibas; -žaibas vėrinys; -kamuolinis žaibas; -juodasis žaibas

1163