By: bioneer.ee

31. mai 2014

Mida kujutavad endast välk ja äike?

äike

Pilt:Internet

Kõuekõmin ja välgunooled on aastatuhandeid inimestele meenutanud ümbritseva maailma vägevust.

Kreeklased uskusid, et äike sobib kokku vaid peajumal Zeusiga. Vadjalaste uskumustes figureerib pikne kui taevase üliolendi tööriist või tema tegevuse ilming. Eestimaises rahvausundis on tuntud Äike, Pikker või Pikne. Tegemist on põneva loodusnähtusega, mis sisendab aukartust veel tänapäevalgi.

Mis on äike?

 

Äike ehk pikne on elektriline atmosfäärinähtus, mis ilmneb välkude ja müristamisena. Äike võib tekkida rünksajupilvede korral. Kaasnevad hoovihm, rahe ja tugevad tuuleiilid.

Kohalikku ehk õhumassisisest äikest põhjustavad tõusvad õhuvoolud, mis tekivad maapinna ebaühtlase soojenemise tagajärjel harilikult pärast keskpäeva, mere kohal ka öösel ja hommikul.

Frondiäike puhkeb enamasti külmafrondil tekkivais pilvedes. Sel juhul muutub ilm pärast äikest jahedamaks. Frondiäike hõlmab suuremat piirkonda ja on kestvam kui kohalik äike.

Mis on välk?

Välk on võimas nähtav elektrilahendus, mis esineb äikesepilves, pilvede vahel või pilve ja maapinna vahel. Tavaliselt on välgu eluiga 0,2 sekundit. Selle ajaga jõuab säde pilve ja maa vahel üles-alla käia isegi mitukümmend korda. Kõige rohkem on joonvälku, mis kujutab endast harilikult 2...3 km pikkust mitmeharulist välgukanalit.

Miks lööb välku?

Õhus on alati elektrit. Ka täiesti puhtas õhus leidub alati laetud osakesi. Päikeselt liigub Maa poole peale valgust kandvate neutraalsete footonite ka laetud osakesi. Neid on aga tunduvalt vähem kui maailmaruumi avarustest tulevas kosmilises kiirguses sisalduvaid vesiniku-, heeliumi-, süsiniku-, hapniku-, raua- jt ioone arvust. Nende energia on miljoneid kordi suurem kui energia, mida on osakestele suudetud anda inimese poolt loodud kiirendites. Kui sellised energiapommid õhu molekulidega kokku põrkavad, tekib ioone veelgi juurde.

Seetõttu on õhk umbes 50 kilomeetri kõrgusel kosmiliste kiirte mõjul tugevasti ioniseeritud. Ka Maal on küllaltki suur elektrilaeng. Mõlema laengu suurus on umbes 100 000 kulonit: ionosfääril positiivne, maapinnal negatiivne laeng.

Elektriväli paneb enda mõju all olevad laetud osakesed liikuma. Tekib elektrivool, mis on suunatud maapinna poole. Voolutugevus pole küll suur: igas mõttelises üheruutmeetrise ristlõikepindalaga õhutorus kulgeb vool tugevusega 10–12 amprit. Selle tulemusena jõuab iga sekundiga maapinna igale ruutmeetrile elektrilaeng, mille suuruseks on vaid üks miljondik miljondikust kulonist.

Et meie planeedi pindala on küllalt suur, läbib Maa atmosfääri kokkuvõttes umbes 1800-amprine vool, mis toob maapinnale igas sekundis keskmiselt 1800 kuloni suuruse positiivse laengu.

Maapinnani jõudnud positiivne laeng peaks kiiresti maapinna negatiivse laengu kompenseerima. Ometi säilib maakeral pidevalt negatiivne laeng suurusjärgus 100 000 kulonit. Põhjus on selles, et lisaks maapinna poole suunduvale voolule kulgeb samas piirkonnas eespoolnimetatule vastassuunas kulgev vool, mis tugevneb just pilvise ja sajuse ilma korral. Nimelt on kihtpilvedes ja kihtsajupilvedes laetud osakesi umbes sada korda rohkem kui pilvedeta atmosfääris. Mida paksem ja ulatuslikum on pilv ning mida suuremad on selles sisalduvad veepiisad, seda suurem on pilve laeng. Pilve sisse võib koguneda märkimisväärselt suur elektrilaeng. Sõltuvalt pilve suurusest tekib välk, kui temasse on kogunenud 10...100 kuloni suurune elektrilaeng.

Positiivne laeng paikneb 7...10 kilomeetri kõrgusel maapinnast, kus valitseb 20...60-kraadine pakane. Negatiivne laeng on koondunud pilve alumisse ossa, kõrgusele 3...4 kilomeetrit maapinnast, kus temperatuur on 0...–10 °C. Pilve alumist osa ja selle all paiknevat maapinda võib vaadelda hiigelsuure kondensaatori katetena. Selle kondensaatori elektriväli on aga suunatud üles. Seega oleks ka selle välja poolt tekitatav vool vastassuunaline – maapinnast pilve suunas.

Miks pärast sähvatust müristab?

Iga välguga käib kaasas müristamine. Sähvatusele järgnev lööklaine, mis tekib välgu kuumusest plahvatuslikult paisuvast õhust ja magnetväljast, põhjustab müristamise. Müristavat häält tekitab ka välgukanalis tekkiv paukgaas.

Vaid siis, kui välk lööb väga lähedal, järgneb mürin otsekohe. Enamasti on välgusähvatuse ja mürina vahel mõned sekundid, kuna heli levib aeglasemalt kui valgus.

Välgulöögi kauguse määramiseks peab välgu ja müristamise ajavahe sekundites kolmega jagama, siis saab kauguse kilomeetrites, sest heli läbib kolme sekundiga ühe kilomeetri. Arvutus tuleneb sellest, et hääl levib atmosfääris normaaltingimustel ligikaudu kiirusega 330 m/s. Valguse levikuaja võib antud juhul jätta arvestamata.

Välgu löömisel maasse kaasneb heli, mis meenutab kahuripauku ja millega kaasneb alati tume löök – survelaine pole veel jõudnud nõrgeneda. Mida kaugemal on välk, seda kestvamaks muutub müristamine. Müristamine on kuulda üsna väikeses piirkonnas, 15 – 20km. raadiuses. Müristamise puhul on helienergia jaotunud kogu välgukanali ulatuses.

Vahel arvatakse naiivselt, et müristamise muudab pikaajaliseks pilvedevaheline kaja. See ei pea paika. Pilved on hõredad ja kuigi kaja nendelt on tundliku aparatuuri abil registreeritav, jääb see inimese kõrvale märkamatuks. Kontrolliks võib teha paugu pilvise taeva all ja oodata, kas kajab. Müristamine venib pikale hoopis lihtsal põhjusel. Välk on haruline ja mitu kilomeetrit pikk ning pauk jõuab tema ühest otsast vaatlejani mitu sekundit hiljem, kui teisest otsast.

Kui sageli esineb äikest?

Maakeral on äikest korraga keskeltläbi umbes 1800 kohas. Äikese sagedus kahaneb üldiselt ekvaatorilt pooluste suunas, näiteks Jaava saarel on aastas üle 300 äikesepäeva, Eestis keskmiselt 10...20. Selle põhjuseks on pooluselähedasemate alade madalam temperatuur ja väiksemad temperatuuri kontrastid.

Välgutaolised nähtused

Välgutaolised nähtused on keravälk (tulekera mõõtmed, värvus ja kestus on väga erisugused) ja helmesvälk (mitu järjestikust keravälku üksteise järel reas). Mõlemad nähtused on üsna haruldased.

Keravälgu läbimõõt on enamasti 10-30cm. Kujult on keravälgud kas ümarad, pirni või lindikujulised. Mõnikord on keravälkudel ka saba. Mõned inimesed on näinud keravälgu sees niiditaolist mustrit ja kirjeldavad keravälgu sisemust, kui "lõdvalt kokkukeritud niidikera, mis on seest üleni täis helendavaid jooni".

Keravälku võib heleduse poolest võrrelda täiskuu või 100-200W elektripirniga. Enamasti on keravälgud punased, oranžid või kollakad, harvem ka valged või sinakad. Keravälgu liikumiskiirus on umbes sama suur kui jalakäijal.

Mõnikord lagunevad keravälgud mitmeks osaks või muudavad kuju ja värvust. Keravälgud ei ole kuigi püsivad, kuigi võivad tegutseda ka pikema aja vältel. Keravälgu eksisteerimine lõpeb tavaliselt plahvatusega.

Keravälgul on oma kindlad kombed, kuid millegagi üllatab ta alati. On tähele pandud, et keravälgu lähenemisel hakkavad sisselülitamata elektrilambid helendama, televiisoriekraanid virvendama ning raadiosaadetes on kuulda praginaid. Kui keravälk liigub toas ringi, võib ta panna plahvatama elektriseadmeid ja tekitada põletushaavu inimestel. Keravälk võib liikuda läbi seinte ja aknaklaaside, jättes järele väga väikseid auke. Kui keravälk lennukiga kokku põrkab, siis keravälk plahvatab ja tekib kõrvulukustav mürin ning pimestav valgussähvatus.

Arvatavasti on tema temperatuur kõrge, mis tekitab sisisevat heli ja teravat lõhna enda läheduses. Need omadused on tekitanud mitmeid teooriaid selle kohta, miks ja kuidas keravälk tekib, kuid 100% kindlat teooriat pole siiani leitud.

Kettvälk ehk helmesvälk on veelgi haruldasem välk, mis koosneb 20-30-st kuni 10cm diameetriga kehast, mis liiguvad joonvälgu kanalis ja meenutavad sätendavat helmekeed. Üksikute kerade vahel on vaid mõni sentimeeter. Nähe kestab umbes pool sekundit. Enamasti on sellist välku kohatud mägedes.

Kuidas välk mõjub?

Maapinda lüües võib välk põhjustada purustusi ja tulekahjusid ning ohustab elusolendeid. Pikselöögist tabatud puudes aurustub vesi momentaanselt, purustades sageli need suurteks tükkideks. Veelgi vägevamad kärgatused kostavad äikese ajal kõrbetes, kui välgud tabavad sammaskaktusi, mis on kui hiiglaslikud looduslikud veereservuaarid.

Lennunduse algpäevil maksis äikesepilve sattumine lendurile elu. Äikesepilved ei ole ohutud ka tänapäeva lennukitele. Üldiselt tabab välgulöök lennukeid harva. Arvatakse, et kui pilves sähvatab välk sada korda, siis üks neist võib lüüa lennukisse. 

Milline on pikselöögi mõju inimese organismile?

Äikesenoolest tabatul on tüüpilistel juhtudel rohked verevalumid ja põletushaavad. Pikselöögi tagajärjel seiskub tihti süda.

Uuemate tähelepanekute järgi ei põhjusta inimese või looma surma mitte ainult äikese ajal tekkiv elektrilaeng. Meditsiiniajakirjas Lancet avaldatud artiklis teatatakse, et surma põhjuseks võib olla ka pikselöögi ajal tekkiv magnetväli. Piisab sellest, et rohkem kui 100 000-amprine vool tungib inimesest või loomast mõne meetri kaugusel maasse. Säärase elektrilöögiga kaasneva magnetvälja toimel võibki süda seisma jääda. Erinevalt otsesest äikesetabamusest ei põhjusta magnetväli inimese kehal põletushaavu ja verevalumeid. Arvatavasti võib just piksega kaasneva magnetvälja arvele kirjutada jalgratturite salapärase hukkumise mitmes paigas.

Ettevaatusabinõud

Et ennast äikese eest kaitsta, tuleb hooned kaitsta korralike piksevarrastega. Tasub eemale hoiduda kõrgetest puudest lagedal väljal, eriti ohtlikud on lehtpuud (tammed) just nende suure veesisalduse tõttu (vt välgu toime).

Majades tuleks hoiduda telefoniga kõnelemast, televiisori vaatamisest (maailmas on küllaga näiteid tulekahjude kohta, mis põhjustatud välgulöögist TV-antenni!), ahju kütmisest (suitsusammas toimib laetud osakeste suure kontsentratsiooni tõttu piksevardana), hoida eemale isegi seinakontaktidest.

Põnevaid fakte

Praegusel ajal on imelik mõelda, et alles paarsada aastat tagasi tuli katsetega tõestada, et välk on ikka elektriline nähtus. Ameerika füüsik ja riigitegelane Benjamin Franklin tegi 1752. aastal riskantse katse, saates tuulelohega äikesepilve siidnööri, mille otsas oli raske uksevõti. Kui nöör niiskus ja uurija lähendas käe võtmele, hüppas sellele säde.

Paljud teised katsetajad ei olnud nii õnnelikud, nagu näiteks Pärnust pärit Georg Wilhelm Richmann, keda välgulöök tabas laboratooriumis.

Kuidas äikest uuritakse?

Välkude tõsisema uurimise algusaastail olid atmosfäärifüüsikute meeliskohad Eiffeli torn Pariisis ja Empire State Building New Yorgis.

Tänapäeval eelistatakse aparatuur madalal asuvasse vaatlusjaama valmis seada ja välk teadlastele sobival hetkel kohale meelitada. Selleks oodatakse soodsat momenti ja lastakse vertikaalselt üles vaike rakett, mis kerib poolilt ja veab enda järel peenikest traati. Nii saadakse pikk ja efektiivne piksevarras ning välgulöök on peaaegu kindel. Valgu parameetrid registreeritakse ostsillograafe ja kaameraid sisaldava keerulise aparatuuri abil.