Η Καταιγίδα [πώς και γιατί] + ΒΙΝΤΕΟ από τον Κωνσταντίνο Αθ. Οικονόμου, δάσκαλο, συγγραφέα

 

Η Καταιγίδα +ΒΙΝΤΕΟ [Πώς και γιατί]

από τον Κωνσταντίνο Αθ. Οικονόμου, δάσκαλο, συγγραφέα

     Καταιγίδα λέγεται κάθε βίαιη ατμοσφαιρική διατάραξη, που συνοδεύεται από ηλεκτρικές εκκενώσεις. Η Καταιγίδα είναι ένα δηλαδή μετεωρολογικό φαινόμενο συνοδευόμενο από αστραπές, κεραυνούς, έντονη βροχόπτωση ή χαλάζι και ισχυρούς ανέμους. Σπανιότερα εμφανίζονται και σίφωνες μαζί με τις καταιγίδες, ειδικά σε ορισμένες περιοχές της Γης.

ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ: Για να δημιουργηθεί μια καταιγίδα πρέπει να εκπληρωθούν τρεις βασικές προϋποθέσεις: Υγρασία, ασταθής μάζα αέρα και ανυψωτική δύναμη, δηλαδή θερμότητα [εφόσον ο θερμός αέρας πάντα ανυψώνεται ως ελαφρύτερος] Σημαντικό είναι να συμβεί μία μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας ανάμεσα στο έδαφος και στην ανώτερη ατμόσφαιρα. Συγκεκριμένα, η καθ' ύψος θερμοκρασία πρέπει να μειώνεται έντονα σταδιακά με ρυθμό τουλάχιστον 0,6 βαθμούς Κέλβιν ανά 100 μέτρα. Έτσι η αέρια μάζα που θερμαίνεται ανυψώνεται αφού ως πιο ζεστή είναι και ελαφρότερη από ότι ο περιβάλλων αέρας της. Έτσι συνεχίζει να ανεβαίνει στην ατμόσφαιρα. Εξίσου σημαντικός παράγοντας για την δημιουργία καταιγίδας, είναι η ύπαρξη αυξημένης υγρασίας στα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, κοντά στο έδαφος. Όμως, για να αρχίσει να ανεβαίνει η υγρή και θερμή αέρια μάζα χρειάζεται ένα «σπρώξιμο» προς τα πάνω. Αυτό το σπρώξιμο συνήθως δίνεται από την ηλιακή ενέργεια ή συμπληρωματικά και από ένα βουνό. Γενικά, μία μέση καταιγίδα έχει διάμετρο της τάξης των 40 χιλιομέτρων (25 μιλίων).

ΦΑΣΕΙΣ ΚΑΤΑΙΓΙΔΑΣ: Όλες οι καταιγίδες, ανεξάρτητα από το είδος τους, περνούν έναν κύκλο ζωής αποτελούμενο από τρεις φάσεις: φάση ανάπτυξης, φάση ωριμότητας και φάση διάλυσης. Ας δούμε όπως αναλυτικά τις τρεις αυτές φάσεις: Φάση ανάπτυξης: Αρχικά, η αέρια μάζα με τους υπάρχοντες σε αυτήν υδρατμούς αρχίζει να ανυψώνεται. Όταν φτάσει σε ένα ορισμένο ύψος, στο σημείο δρόσου¹, τότε ψύχεται. Το υψόμετρο στο οποίο θα φτάσει στο σημείο δρόσου και επομένως θα αρχίσει να συμπυκνώνεται, εξαρτάται από τη σχετική υγρασία. Έτσι δημιουργούνται τα σύννεφα κατακόρυφης ανάπτυξης που λέγονται σωρείτες και για τον λόγο αυτό, η φάση ανάπτυξης ονομάζεται και φάση σωρείτη. Αν το ανοδικό ρεύμα συνεχίσει να υφίσταται, τα σύννεφα μεγαλώνουν περισσότερο και διογκώνονται κατακόρυφα και όταν το ανώτερο μέρος του νέφους έχει φτάσει σε τέτοιο υψόμετρο ώστε αρχίζει να παγώνει, τότε μιλάμε για σωρειτομελανίτες. Συνήθως το επίπεδο που παγοποιούνται αυτά τα νέφη είναι γύρω στα 10-12 χιλιόμετρα από την επιφάνεια του εδάφους. Στις τροπικές περιοχές φτάνουν σε ύψος ακόμα και τα 20 χιλιόμετρα. Φάση ωριμότητας: Κατά κανόνα, η ανύψωση σταματάει στη λεγόμενη τροπόπαυση², καθώς στο ύψος αυτό η θερμοκρασία της ατμόσφαιρας αρχίζει πάλι να ανεβαίνει, με αποτέλεσμα η αέρια μάζα να συναντάει θερμότερα στρώματα και να μην μπορεί να ανυψωθεί άλλο. Οι σφοδροί άνεμοι που επικρατούν στα μεγάλα υψόμετρα, δίνουν στην κορυφή του σωρειτομελανία ένα ιδιαίτερα αναγνωρίσιμο σχήμα σαν αμόνι [δες εικόνα]. Οι σταγόνες στο εσωτερικό των νεφών αναρπάζονται στροβιλιζόμενες προς τα πάνω από ισχυρά ανοδικά ρεύματα που επικρατούν σε αυτά τα νέφη. Οι σταγόνες αυξάνουν κατά μέγεθος και, όταν αυτές αποκτήσουν ένα ορισμένο μέγεθος (διάμετρο 5-6 χιλιοστά), λόγω της αντίστασης του αέρα διασπώνται σε μικρότερες. Κατά την διάσπασή τους, απελευθερώνονται ηλεκτρικά φορτία, θετικά και αρνητικά, που όμως κατανέμονται χωριστά στα διάφορα μέρη του νέφους μεταξύ βάσης και κορυφής του. Όταν η τάση [διαφορά δυναμικού] μεταξύ των θετικών και αρνητικών φορτίων αυξηθεί αρκετά, επέρχεται εκκένωση υπό μορφή ηλεκτρικού σπινθήρα. Η εκκένωση αυτή μπορεί να γίνει μεταξύ του νέφους και της Γης [κεραυνός ή αστροπελέκι] ή μεταξύ δύο νεφών ή ακόμα και μεταξύ επιμέρους τμημάτων του ίδιου του νέφους [αστραπές]. Ο ήχος των αστραπών και των κεραυνών ονομάζεται βροντή. Λόγω της ταυτόχρονης ύπαρξης των οριζόντιων ρευμάτων [ανέμων], με τα ισχυρά ανοδικά και καθοδικά ρεύματα, μπορεί να προκληθούν μεγάλες αναταράξεις του αέρα μέσα στο σύστημα της καταιγίδας, ικανές να προκαλέσουν σφοδρούς ανέμους, κάποτε σίφωνες και συχνά χαλαζόπτωση. Φάση διάλυσης: Κατά την τελική φάση, τα ανοδικά ρεύματα σταματούν και ολόκληρη η καταιγίδα κυριαρχείται από τα καθοδικά ρεύματα. Ως αποτέλεσμα, η συνολική μάζα της καταιγίδας κυριολεκτικά «ξεσπάει» προς τα κάτω, συνήθως με έντονη βροχόπτωση. Αν οι ατμοσφαιρικές συνθήκες δεν ευνοήσουν τη δημιουργία ενός είδους σοβαρών καταιγίδων που ονομάζονται υπερκύτταρα [supercells], για τα οποία θα μιλήσουμε σε άλλη ενότητα, τότε το στάδιο αυτό έρχεται σε 30 λεπτά και τελειώνει γρήγορα, συνήθως σε 20 - 30 λεπτά.

ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΚΑΤΑΙΓΙΔΩΝ: Οι καταιγίδες που συνοδεύονται από αστραπόβροντα και κεραυνούς, σχετίζονται με την παρουσία σωρειτομελανιών που χαρακτηρίζονται από τις κρυσταλλικές κορυφές τους και τα ισχυρά ανοδικά ρεύματα που συμβαίνουν σ΄ αυτά. Τα νέφη αυτά στα ανώτερα μέρη τους φέρουν θετικά ηλεκτρικά φορτία ενώ στα κατώτερα αρνητικά φορτία με εξαίρεση μια λεπτή στοιβάδα κοντά στη βάση τους που είναι φορτισμένη θετικά. Η κατανομή αυτή του ηλεκτρικού φορτίου στα κατώτερα τμήματα του νέφους, φορτίζει επαγωγικά θετικά το έδαφος που βρίσκεται ακριβώς κάτω από το νέφος, παρόλο που σε μικρή κάτω του νέφους περιοχή, η επιφάνεια της Γης φέρει αρνητικό φορτίο. Έτσι η πρώτη ηλεκτρική εκκένωση συμβαίνει στα πρώτα 10 μέχρι 20 λεπτά της ώρας από την στιγμή που θα εντοπιστούν οι πρώτες βροχοσταγόνες. Η προέλευση αλλά και η κατανομή του ηλεκτρικού φορτίου μέσα στα καταιγιδοφόρα νέφη προκάλεσαν συζητήσεις, από την εποχή που ο Αμερικανός Βενιαμίν Φραγκλίνος, εκθέτοντας εαυτόν σε κινδύνους, πρώτος απέδειξε γύρω στο 1730 πως ο κεραυνός στην πραγματικότητα είναι ηλεκτρική εκκένωση και όχι κάποια καιόμενη βολίδα(!), όπως πολλοί πίστευαν τότε.

 Έτσι ερμηνεύτηκε πως οι υδροσταγόνες που έχουν διασπαστεί φέρουν θετικό φορτίο που μεταφέρουν προς τα κάτω. Από την άλλη, επίσης, λεπτά σταγονίδια, που προέχονται αποσπώμενα από τις επιφάνειες των υδροσταγόνων μεταφέρουν το αρνητικό τους φορτίο προς τα άνω. Πάντως, αξίζει να σημειωθεί πως τα ηλεκτρικά φαινόμενα, όπως και άλλα που συμβαίνουν μέσα στα καταιγιδοφόρα νέφη, δεν είναι μέχρι σήμερα πλήρως γνωστά.

ΑΕΡΟΠΟΡΙΑ: Στα αεροπορικά ταξίδια, οι καταιγίδες λαμβάνονται πολύ σοβαρά υπόψη, διότι θεωρητικά μπορεί να αποβούν μοιραίες. Σήμερα τα σύγχρονα αεροσκάφη αν και πετάνε σε μεγάλα υψόμετρα, πάνω από τα καταιγιδοφόα νέφη, δεν παύουν να υπάρχουν οι σχετικοί κίνδυνοι.

ΟΙ ΚΑΤΑΙΓΙΔΕΣ ΩΣ ΗΛΕΚΤΟΠΑΡΑΓΩΓΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ: Λόγω της δημιουργίας των καταιγίδων στους σωρειτομελανίες, εξαιτίας του μεγάλου ύψους τους και της δημιουργίας μεγαλύτερου δυναμικού των φορτίων τους, τα νέφη αυτά χαρακτηρίζονται και καταιγιδοφόρα νέφη, που παραλληλίζονται ως προς την Φυσική με πολύ ισχυρές ηλεκτροπαραγωγές μηχανές. Στις καταιγίδες μάλιστα οφείλονται τα περισσότερα παράσιτα στις ραδιοτηλεπικοινωνίες.

Σωρειτομελανίας σε καταιγίδα στη Μύκονο

Konstantinosa.oikonomou@gmail.com 

1. Σημείο δρόσου ονομάζεται η θερμοκρασία στην οποία ο αέρας δεν μπορεί να διατηρήσει άλλους υδρατμούς, γίνεται δηλαδή κεκορεσμένος από υδρατμούς,

2. Τροπόπαυση ονομάζεται το ανώτατο διαχωριστικό σύνορο όπου λήγει η τροπόσφαιρα.

ΤΟ ΒΙΝΤΕΟ ΕΔΩ: