Munja

Munja je vidljivo pražnjenje atmosferskog elektriciteta do kojeg dolazi kad određeno područje atmosfere postane električki nabijeno ili se pojavi razlika potencijala dovoljna da svlada otpor zraka. Najčešće udara iz olujnih oblaka kumulonimbusa. Tokom oluje munja se može pojaviti u oblaku, između oblaka, između oblaka i vazduha te između oblaka i tla.

Munja iznad Atlante

Vrste munja

Munja između oblaka

Kugličasta ili loptasta munja, koja se još zove i lančasta, je oblik munje dugoga trajanja. Pojavljuje se kao traka svjetlećih odsječaka umjesto kontinuiranog kanala. Pojavljuje se rijetko. Uzroci nastanka su nepoznati, a predložene su druge teorije: dijelovi kanala munje idu ukoso prema posmatraču ili od njega i zato se čine sjajnijim; dijelovi kanala su nejasni zbog kiše ili oblaka; neki dijelovi kanala su većeg prečnika, a drugi manjeg, što utiče na oblik munje.

Taj se atmosferski fenomen pojavljuje u obliku pokretne svjetleće kugle od nekoliko desetaka centimetara u prečniku. Kuglasta munja se obično pojavljuje tokom oluja, i to blizu tla, a može biti crvena, narandžasta ili žuta. Često je praćena pištećim zvukom i neobičnim mirisom. Traje samo nekoliko sekundi te iznenada nestaje, tiho ili uz eksploziju. Kuglaste munje ponekad mogu naneti štetu paljenjem ili kaljenjem. Njihova veza s običnim munjama nije poznata, kao ni njeni uzroci. Među objašnjenjima se spominje da je reč o vazduhu ili gasu koji se ponašaju neuobičajeno; o plazmi visoke gustoće; o vazdušnom vrtlogu koji sadrži svjetleće gasove; o mikrotalasnoj radijaciji u oklopu od plazme.

Nove vrste munja

U novije vrijeme otkrivena su tri nova tipa munja. One udaraju od vrha oblaka prema gore, u stratosferu i puno su rjeđe od onih prema tlu ili između oblaka. Prvi tip zovu Crvenim vilenjakom (en. Red sprite). Ta je munja tamna i crvenkasta, traje nekoliko hiljaditih dijelova sekunde, a može biti široka kilometrima. Proteže se 50 do 90 km iznad oblaka. Drugi tip naziva se Plavi mlaz (Blue jet). Riječ je o plavoj, konusnoj provali energije puno sjajnijoj od Crvenog vilenjaka. Plavi mlaz udara iz centra oluje brzinom od 6.000 km/h i dopire 20 do 50 km iznad oblaka. Ove dvije vrste munja prvi put je snimio američki fizičar John R. Wincklyer 1989. u Minnesoti. Treći tip su munje koje se prostiru od oblaka do stratosfere. Zovu se Patuljci (Elves), a otkrivene su 1995. godine. Imaju oblik tanjira ili krofne prečnika 400 km, a pojavljuju se oko 100 km iznad oblaka. Smatra se da su zelenkaste, ali toliko kratko traju (manje od 1/1000 sekunde) da im boja još nije precizno određena.

Nastajanje

Šema nastajanja munje

U olujnom nevremenu olujni oblaci su napunjeni elektricitetom poput velikih električnih kondenzatora, Gornji dio oblaka nabijen je pozitivno, a donji negativno. Naučnici se još nisu usuglasili kako zapravo nastaje ovo električno punjenje oblaka, ali pretpostavlja se da je to jedan od rezultata globalnog kruženja vode na Zemlji. U osnovnim crtama, kruženje vode uključuje evaporaciju i kondenzaciju. U procesu evaporacije voda isparava s površine Zemlje i u obliku pare podiže se u više slojeve atmosfere. Kako temperatura opada s visinom, i kako se u višim slojevima atmosfere nalaze tzv. kondenzacijske čestice (recimo zrnca prašine), vodena para kondenzira, ponovno se pretvara u kapljice vode i pada na Zemlju kao kiša ili snijeg – ovisno o temperaturi vazduha. Dakako, cijeli proces kruženja vode je daleko složeniji.

Električno punjenje

Kad se vlaga nakuplja u atmosferi, nastaju oblaci, koji mogu nositi milione vodenih kapljica i leda. Kako se procesi evaporacije i kondenzacije međusobno isprepliću, kondenzirane kapljice u oblacima neprestano se sudaraju s vodenom parom koja stiže s tla. Kapljice se s parom sudaraju i tokom padavina, jer dok se jedan dio vlage vraća na Zemlju, drugi isparava. Upravo tokom ovih sudara iz vodene pare izbijaju elektroni, koji tako stvaraju električni napon. Kako do sudara dolazi u donjem dijelu oblaka, izbijeni elektroni ovdje stvaraju negativan naboj (višak negativno nabijenih čestica). Vlaga, koja nakon sudara nastavlja put prema gornjim slojevima atmosfere odnosno oblaka, na vrh oblaka stiže s pozitivnim naponom – nedostaje joj elektron koji je izbijen u sudaru. Tako se na vrhu oblaka stvara višak pozitivnog naboja. Osim sudara, u procesu električnog nabijanja oblaka značajnu ulogu igra i zamrzavanje. Kako se vodena para podiže u hladnije slojeve i počinje se zamrzavati, dio koji se zamrzne postaje negativno nabijen, dok nezamrznuti dio ostaje pozitivno nabijen. Vazdušne struje mogu dalje odnijeti pozitivne čestice do vrha oblaka i time dodatno ubrzati stvaranje viška pozitivnog napona. Izbijanjem elektrona i odvajanjem pozitivno nabijenih čestica vodene pare u oblaku nastaju razlike potencijala odnosno stvara se električno polje – prvi preduslov za nastajanje električnog pražnjenja.

Električno pražnjenje

Munje

Što se oblaci više pune naponom, električno polje je sve jače. U nekom trenu postaće toliko jako da će se elektroni na površini Zemlje pokušati „odmaći“ – utisnuti dublje u Zemlju. To je rezultat odbijanja jednako nabijenih čestica. Kako se elektroni „povlače“ u unutrašnjost, tlo postaje sve jače pozitivno nabijeno. Oluja tako dovodi do naglog stvaranja električnog polja u oblaku i između oblaka i tla. Kad se stvori dovoljan višak naboja, to jest kad električno polje postane dovoljno jako ono će natjerati okolni zrak da „pukne“. Ovo „pucanje“ zapravo je razdvajanje pozitivnih i negativnih čestica u zraku. Taj proces nazivamo ionizacija. Ionizacija ne označava višak nekog napona, već stanje i kojem su naponi razdvojeni. Drugim riječima, vazduh ne postaje nabijen, već se naponi u njegovim česticama međusobno razmiču. Ionizirani vazduh ima znatno veću električnu provodljivost. Kako se vazduh ne ionizira jednako na svim mjestima, na dijelovima gdje je ionizacija intenzivnija stvaraju se „staze“ – putevi kojima munje mogu lako „preskakati“. Da bi nastala munja potrebno je da električna staza stigne do tla i pronađe „uzemljenje“ – tačku ili predmet na kojem će se zaustaviti. Kad se to dogodi, sjevnuće munja. Svjetlost koju vidimo zapravo je rezultat električnog pražnjenja između oblaka i zemlje koja slijedi put stvorene električne staze. Bljesak munje koja se prostire od oblaka do tla čine dva osnovna udara (može ih biti i više zaredom): odvodni udar i povratni udar.

Od oblaka do tla

U odvodnom udaru prvo negativni napon putuje do tla. Kreće se „koracima“ od 50 metara i pritom stvara nabijeno „korito“. Odvodni udar nije tako sjajan, često je stepenast te ima puno grana koje se šire iz glavnog kanala. Kad se približi tlu, pobuđuje suprotni napon koji se koncentriše u jednoj tački. Tako nastaje povratni udar koji istim koritom nosi pozitivni naboj od tla prema oblaku. Dva udara se sreću na visini od oko 50 m iznad tla. Na tački dodira dolazi do kratkog spoja između oblaka i tla. To rezultuje izuzetno blještavim udarom visoke struje, koja istim kanalom putuje nazad do oblaka.