البرق
يُعرف البرق (lightning) على أنه ظاهرة طبيعية تنشأ بفعل عمليات التفريغ الكهربائي على شكل شرارة عند وجود فائض من الشّحنات الكهربائيّة السّالبة أو الموجبة داخل منطقة معينة من الغيمة بما يكفي لكسر مقاومة الهواء لمرور التّيار الكهربائي فيه، ويرتبط البرق عادةً بالمزن الرّكاميّة أو السّحب الرّعديّة، ولكنه قد يحدث أيضاً في السّحب الطّبقيّة التي تتموضّع على شكل طبقات أفقيّة كبيرة، وفي العواصف الرّمليّة والثّلجية، وفي حالات قليلة قد يرتبط البرق بالغبار والغازات المنبعثة عند انفجار البراكين.
يحدث التّفريغ الكهربائي أثناء البرق على شكل صاعقة يمكنها الانتقال بسرعة 45 كيلومتر في الثّانية (100000 ميل في السّاعة) ويؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة لتصل إلى 28,000 درجة مئويّة تقريباً، وهي حرارة عالية بما يكفي لتحويل الرّمل إلى زجاج، ويمكن أن تحمل صاعقة من البرق المشحون بشحنة سالبة تياراً كهربائيًا يبلغ 40 كيلو أمبير في المتوسط، ومع ذلك فمن المعروف أنّ بعض الصواعق يمكن أن تحمل تياراً كهربائياً يصل إلى 120 كيلو أمبير، وتنقل شحنة كهربائية تبلغ 5كولوم و 500 ميجا جول، أو تنتج طاقة كافية لتشغيل مصباح كهربائي 100واط لفترة تقل عن الشّهرين بقليل، ويعتمد الجهد الكهربائي على طول الصّاعقة، حيث يكون الانهيار الكهربائي للهواء (ظاهرة تحول مادة عازلة إلى موصلة للكهرباء) بمقدار 3 ملايين فولت للمتر الواحد، مما يعني إنتاج نحو مليار فولت لصاعقة برق يبلغ طولها 300 متر (1000 قدم).
كيفية حدوث البرق :
يتشكّل البرق عادةً داخل المزن الركامي، والتي تسمّى أيضاً سحابة العاصفة الرعدية، وذلك من حدوث عملية تفريغ كهربائي، والتي تتمثّل بوميض البرق. لكي تحدث عملية التفريغ لا بدَّ من حدوث فصل للشحنات الكهربائية عن بعضها؛ إلّا أنّ عملية التفريغ الكهربائي الفعلية هي المرحلة الأخيرة من عملية معقّدة جدّاً. ما يجعل الأمرَ معقّداً هو التباين الواضح بين عملية تشكّل البرق طبيعياً وبين التجارب المخبرية لتشكيل البرق في وسط غازي، إذ أنّ الحركية الكبيرة للجزيئات تُصعّب من مهمّة فصل الشحنات الكهربائية عن بعضها والإبقاء عليها كذلك لفترة طويلة، خاصّةً من غير استخدام تجهيزات تقنية من أجل محاكاة تشكّل البرق طبيعياً. ما تزال الآلية الكاملة لتشكّل البرق والصواعق محطَّ دراسةٍ وتحقيقٍ علمي.
إن أكثر أنواع البرق دراسةً هو البرق المتشكّل بين السحاب والأرض (CG)؛ على الرغم من الشيوع الأكبر لومضات البرق داخل السحاب (IC) وبين السحب (CC) إلّا أنّه يصعب دراستها بسبب عدم وجود نقاط مادّية فيزيائية للمراقبة وللقياس على مستوى السحب، بالإضافة إلى صعوبة التنبّؤ بزمان ومكان حدوث ومضات البرق أو الصواعق في الأنواع الأخيرة. ولكن من حيث المبدأ، يمكن تعميم الملاحظات والنتائج المستحصَل عليها من البرق المتشكّل بين السحاب والأرض على باقي أنواع البروق.
سبب رؤية البرق قبل سماع صوت الرعد :
يعود السبب وراء رؤية البرق قبل سماع صوت الرعد إلى أنّ سرعة الضوء أسرع بكثير من سرعة الصوت، لهذا يصل الضوء الذي ينشأ عن تفريغ الشحنات الكهربائية بشكل أسرع من الصوت الناتج عن تفريغها، فالضوء يصل إلى الأرض بسرعة آنية، بينما يحتاج الصوت لثوانٍ معدودة ليصل، وتقدر سرعة الصوت بما يقارب 343 متراً في الثانية في الهواء، كما أنّ بعض العلماء الذين يفسرون رؤية البرق قبل سماع صوت الرعد أيضاً بفكرة أنّ الإنسان يرى الأشياء قبل أن يسمع الأصوات.
أشكال البرق :
هناك ثلاثة أنماط رئيسية للبروق، والتي تختلف فيما بينها بمكان نهاية قناة وميض البرق:
- داخل السحاب: وهو برق يتشكّل داخل سحابة العاصفة الرعدية.
- بين السحب: وهو برق يبدأ من سحابة عاصفة رعدية وينتهي بسحابة عاصفة رعدية أخرى
- من السحاب إلى الأرض: وهو برق يتشكّل داخل سحابة العاصفة الرعدية وينتهي على سطح الأرض.
هناك تحويرات لكلّ نمط، مثل وجود ومضات برق موجبة وسالبة، والتي تختلف بخواصّها وميّزاتها الفيزيائية عن بعضها.
- برق من السحاب إلى الأرض :
يتشكّل البرق من السحاب إلى الأرض من سحابة العاصفة الرعدية وينتهي على سطح الأرض. يبدأ تشكّل هذا النمط من قائد متدرّج هابط إلى الأسفل من السحابة، والذي يمكن أن يلتقي مع لسان نور صاعد من سطح الأرض.
يعدّ هذا النمط أقلّ أنواع البروق شيوعاً من حيث تكرارية التشكّل، ولكنّه بالمقابل أكثرها دراسةً بحكم سهولة إجراء الأبحاث عنه، لأنّه ينتهي على جسم فيزيائي صلب، ممّا يمكّن من تتبُّعِه وقياسه بالأجهزة على الأرض. من جهة أخرى، فإنّه أكثر أنماط البروق خطورةً على الأشخاص والممتلكات عندما يحدث التفريغ على شكل صاعقة.
تُرَى عمليّة التفريغ الكلّية على هيئة وميض، وتتألّف من عدّة مراحل تتضمّن الانهيار الأولي والقائد المتدرّج ومرحلة اتصال أكثر من قائد مع بعض والضربات المرتدّة والقائد الراشق والضربات المرتدّة المتعاقبة.
- البرق داخل السحاب والبرق بين السحب :
يمكن لوميض البرق أن يتشكّل وأن يبقى ضمن الحيّز المكاني في محيط سحابة العاصفة الرعدية من غير أن يصل إلى الأرض؛ ويمكن التمييز بين نمطين هنا: الأوّل عندما يحدث التفريغ الكهربائي بين منطقتين مختلفتين بالكمون الكهربائي داخل السحابة نفسها، ويعرف باسم برق داخل السحاب؛ والثاني عندما يحدث التفريغ بين سحابتين منفصلتين ومتجاورتين، ويعرف باسم برق بين السحب.
يعدّ نمط البرق داخل السحاب أكثر أنماط البروق شيوعاً؛ وهو يحدث غالباً بين القسم العلوي للسحابة السندانية المشكِّلَة لسحابة العاصفة الرعدية والقسم السفلي لها.
- أنماط شكلية :
- برق سنداني زاحف والذي يسمّى أيضاً «برق العنكبوت»؛ وهو يتشكّل عندما ينتشر قائد البرق أفقياً بشكل مفرط عبر مناطق مشحونة داخل عاصفة رعدية معتّقَة، وهي عادةً المناطق المتراصفة لأنظمة الحمل الحراري متوسّطة الشمول. تبدأ ومضات البرق السنداني الزاحف بعمليّة تفريغ داخل السحاب داخل منطقة الحمل الحراري، ثُمَّ ما تلبَث نهاية قائد البرق السالب بأن تنتشرَ بشكلٍ جيّدٍ في المناطق المتراصفة المذكورة. إذا أصبحَ القائد طويلاً، يتفرّع حينها إلى قنواتٍ متعددّةٍ ثنائيةِ الاتّجاه، تمثّل كلّ منها قائداً جديداً. عند حدوث ذلك، فإنّ النهاية الموجبة لقائد البرق المتفرّع يمكن أن تضرب الأرض بوميض برقٍ موجبٍ من السحاب إلى الأرض، أو أن تزحفَ على الطرف السفلي لسحابة العاصفة الرعدية. يمكن لومضات البرق السنداني الزاحف الأرضية أن تنقل كمّيّاتٍ كبيرةٍ من الشحنة الكهربائية، كما يمكن لها أن تسبّب ومضات برق متّجهة للأعلى، وومضات برقٍ في طبقات الجوّ العليا.
- البرق الكروي، وهو ظاهرة يمكن أن تشاهد في الغلاف الجوّي، وذلك وفقاً لشهود عيان، إلّا أنّ طبيعتها الفيزيائية ما تزال محطَّ خلاف؛ إذ أنّها لم تلاحظ إلّا بشكلٍ نادرٍ جدّاً من متخصّصي الأرصاد الجوّية. يشير المصطلح إلى تقارير عن أجسام كروّية مضيئة تتفاوت أقطارها من عدّة سنتيمترات مثل قطر حبّة البازلاء إلى عدّة أمتار. يمكن للبرق الكروي أن يترافق مع العواصف الرعدية، ولكنّه على العكس من وميض البرق، والذي يدوم فقط لبضع أجزاءٍ من الثانية، فإنّ البرق الكروي يمكن له أن يدوم لعدّة ثوانٍ. بالنهاية، ما تزال الأدلّة والبيانات العلمية عن البرق الكروي شحيحةً، نظراً لعدم شيوعه ولصعوبة التنبّؤ بتشكّله؛ ويعتمد افتراض وجوده على مشاهدات للعوام.
- برق خرزي (أو برق عقد اللؤلؤ) وهو مرحلة اضمحلال قناة البرق بحيث يتجزّأ ضياء القناة إلى قطاعاتٍ متفرّقة؛ وهي ظاهرة تحدث تقريباً في كلّ تفريغ عندما تتبرّد القناة فجأةً بعد ضربة مرتدّة. بالتالي يمكن اعتبارُ ظاهرةِ البرق الخرزي مرحلةً من مراحل تفريغ البرق العادي، أكثرَ من كونها نمطاً خاصّاً بحدّ ذاته، وهي من الميّزات التي تحدث على نطاقٍ صغير، بالتالي فإنّها لا تبدو بشكل واضح إلّا عندما تكون كاميرا المصوّر المراقب قريبةً من مكان تشكّل البرق.
- برق من السحاب إلى الهواء، وهو وميض يخرج فيه قائد برق ثنائي الاتجاه خارج السحابة من غير أن يُحدِثَ وميضاً إلى الأرض. وتُلاحظ تلك الومضات في برق الغلاف الجوّي العلوي على هيئة تياراتٍ نفّاثةٍ زرقاء وعملاقة في طبقة الغلاف الأيوني، حيث يصعد وميض تلك البروق من أعلى سحابة العاصفة الرعدية بسرعة تصل إلى 100 كيلومتر في الثانية إلى ارتفاعات تصل إلى 50 كم.
- البرق الجافّ، وهو تعبير يستخدم لوصف وميض البرق عندما يحدث من غير هطول. يعدّ هذا النمط من المسبّبات الطبيعية الرئيسية لحرائق الغابات.
- برق عديم الرعد، وهو وميض برقٍ يبدو من غير أن يرافقه رعد بالعادة، وذلك لملاحَظَته من مكانٍ بعيدٍ عن مكان العاصفة الرعدية، بحيث أنّ الموجات الصوتية تتشتّت قبل أن تصل أسماع المراقب. يدعى هذا النمط في اللغة الإنجليزية بشكل مغلوط باسم Heat lightning.
- برق شريطي وهو يحدث في العواصف الرعدية ذات رياح متعامدة قوية وضربات مرتدّة متعدّدة، بحيث أنّ هبوب الرياح يؤدّي إلى انزياح الضربة المرتدّة قليلاً إلى جانب الضربة السابقة، مسبّباً هذه الظاهرة البصرية.
برق صاروخي وهو نمط من أنماط تفريغ داخل السحاب، بحيث يحدث عادةً بشكلٍ أفقي وعلى قاعدة سحابة العاصفة الرعدية، وتبدو فيه القناة المضيئة كأنّها تتقدّم في الهواء بشكلٍ متقطّع وبسرعةٍ ملحوظة.
- برق صفحي وهو برق بين السحاب له سطوع منتشر على سطح السحابة، ويبدو كذلك لأن مسار التفريغ الفعلي إمّا أن يكون مخبّأً أو بعيداً جدّاً. لا يظهر وميض البرق للمراقب، ولكن يبدو على شكل صفيحة أو طبقة من الضوء.
- البرق المتقطّع، وهو نوع من أنواع البروق من السحاب إلى الأرض يتميّز بأنّ ضربته قصيرة جداً، حيث يبدو غالباً على شكل وميضٍ منفردٍ شديد السطوع ذي تفرّعات كثيرة نسبياً. يلاحظ هذا النمط الشكلي للبرق في المناطق القريبة من الأعاصير متوسّطة الشمول ذات العواصف الرعدية الدوّامية مع وجود تيّارات هوائية صاعدة. يلاحظ نمطٌ مشابهٌ في ضربات البرق بين السحب، والتي تتألّف من وميضٍ قصيرٍ فوق منطقة صغيرة، والتي غالباً ما تكون أيضاً متأثّرةً بتيّارٍ هوائيٍ دوّار وصاعد.
- صاعقة فائقة وهي صواعق لا تتميّز من حيث الشكل إنّما من حيث استطاعة التفريغ الكهربائي، إذ تصل فيها إلى حوالي 100 غيغاوات، إذ أنّ أغلب الصواعق وضربات البرق تصل فيها الاستطاعة إلى حوالي 1 غيغاوات. تبلغ نسبة احتمالية حدوث وميض البرق الفائق واحدة من 240 ضربة. يمكن لضربة الصاعقة الفائقة أن تكون موجبة أو سالبة الشحنة، ويمكن مقارنتها من حيث نسبة نوع الشحنة إلى ما هو الحال في البرق العادي.
- البرق الصاعد (أو البرق من الأرض إلى السحاب) وهو وميض برق ينشأ من أعالي المنشآت والأجسام المرتفعة المؤرَّضة وينتشر إلى الأعلى من تلك النقطة. يتشكّل هذا النمط من البرق نتيجةً لحدوث وميض برق سابق، وخاصّةً من نمط برق العنكبوت (السنداني الزاحف)، ويمكن أن ينشأ بشكلٍ متزامنٍ من نقاط مؤرَّضة متعدّدة ومتجاورة. تلاحظ الظاهرة الأخيرة خاصّةً في موسم الشتاء البارد في العواصف الرعدية الثلجية.
- برق الجو الصافي ويبدو فيه وميض البرق متّصلاً من سحابة العاصفة الرعدية (المزن الركامي) عبر طبقة من الهواء خالية من الغيوم واصلاً إلى سطح الأرض. كان يُعتقَد في البداية أنّها بروق موجبة، إلّا أنّ الرصد بيّن أن تلك الومضات هي ومضات سالبة الشحنة، حيث تبدأ من ومضات برق داخل السحاب، ثم يخرج القائد السالب من السحابة من منطقة الشحنة الموجبة، قبل أن يخرق طبقة الهواء الصافية الخالية من السحاب ويضرب الأرض بعيداً. يسمّى هذا النمط أيضاً برق من السماء الزرقاء، ويلاحظ النمط الموجب منه في البيئات ذات هبوب رياحٍ قويّة، بحيث تنزاح المنطقة موجبة الشحنة لسحابة العاصفة الرعدية عن منطقة الهطول.
- البرق البركاني :
يسبّب النشاط البركاني حدوثَ البرق، والذي يدعى حينها ويخصّص باسم البرق البركاني؛ إذ أنّ الكمّيّات الضخمة من الرماد البركاني والانفجارات الغازية المطروحة إلى الغلاف الجوّي تؤدّي إلى تشكيل نفثة أو غمامة بركانية من الجسيمات المعلّقة في الهواء. ونظراً لكثافة الرماد المرتفعة وللحركة المستمرّة داخل الغمامة البركانية تتولّد شحنة كهربائية نظراً للاحتكاك؛ ممّا يؤدّي إلى تشكّل ومضاتِ برقٍ متكرّرة عندما تحاول الغمامة أن تعدّل شحنتها الكهربائية.
لوحظت ظاهرة البرق البركاني منذ القدم، فقد دوّنها بلينيوس الأصغر أثناء ثوران جبل فيزوف سنة 79 للميلاد. وحديثاً لوحظ تشكّل شرارات كهربائية قرب الصهارة البركانية المنبثقة حديثاً، ممّا يدلّ على الشحنة الكهربائية المرتفعة لها حتى قبل أن تدخل الجسيمات إلى الغلاف الجوّي.
- ظواهر متعلّقة بأنشطة بشرية :
وُجدَ أنّ انفجار القنبلة الهيدروجينية يقوم بتحفيز تشكّل ومضات البرق داخل سحابة الانفجار الضخمة وذلك بسبب تزويد مواد إضافية تؤمّن الموصلية الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك، فإنّ إشعاعات غاما الشديدة الصادرة عن الانفجارات النوويّة يمكن لها أن تشكّل مناطق مشحونة للغاية في حيّز الفراغ المحيط لمكان الانفجار عبر ظاهرة كومبتون. تقوم تلك المناطق المشحونة بتوليد ومضات البرق الناتجة عن التفريغ بعد فترةٍ قصيرةٍ من الانفجار.
وُجدَ أيضاً أنّ مسار التكاثف خلف الطائرات النفاثة قد يؤدّي في حالات نادرةٍ إلى التسبّب في تشكّل البرق، إذ يمكن لها أن تؤمّن مساراً من جزيئات بخار الماء ذي مقاومة أدنى في الهواء، ممّا يمهّد لتشكيل مسار أيوني ليَمُرَّ وميض البرق عبره. من الظواهر الأخرى القريبة من ذلك أيضاً ظاهرة شرر القديس إلمو، حيث تحدث عمليّات تفريغ جزئي قد تتطوّر إلى حدوث تفريغ كامل على هيئة وميض برق.
مخاطر ظاهرة البرق :
يتسبب البرق بحدوث وفيات أو على الأقل يمكن أن يؤدي إلى إصابة الإنسان بجروح خطيرة إذا تعرّض لضربة برق، أو إذا صدف وجوده بالقرب من جسم تعرضّ لضربة برق، بغض النّظر عن مكان وجوده، خارج المنزل أو داخله لأنّ البرق يمكنه الانتقال عبر الأسلاك والأنابيب، ويعتمد تأثير البرق على الإنسان على نوع ضربة البرق التي يتعرّض لها، وهذه الأنواع هي:
- الضّربة المباشرة : تحدث الضربة المباشرة (Direct Strike)عندما يتعرّض الإنسان لضربة البرقبشكل مباشر، وفي هذه الحالة فإنّ إمكانية النّجاة تكون قليلة جداً، وذلك لأنّ صاعقة البرق تحمل تيار كهربائي تبلغ شدته 30,000 أمبير و100 مليون فولت، وتُنتج حرارة تصل إلى 27,760 درجة مئويّة ( 50000 درجة فهرنهايت).
- جهد التّماس : تنتج الإصابة عن جهد التّماس أو الاتصال بالجهد (Contact Voltage) بسبب الاتصال المباشر مع جسم ضربه البرق، مثل أسطح المباني، أو أسطح المركبات، والأبراج، والأعمدة، والأسلاك وأنابيب الماء.
- الوميض الجانبي : يعرف الوميض (Side Flash)، وهي الصّاعقة التي تضرب جسماً آخر إلا أنها ترتد عنه لتصيب الأشخاص القريبين منه.
- جهد الخطوة، يعرف جهد الخطوة على (Step Voltage) أو الصّاعقة الأرضية (Ground Streamers) على أنّه انتقال التّيار الكهربائي من الأرض التي تعرضّت لصاعقة البرق أو من أي مسار كهربائي مثل الرّصيف الرّطب، أو برك المياه، إلى الأشخاص الذين يتواجدون على بعد 100 قدم (30.5 متر تقريباً)، ومن الأمثلة عليها ما يحدث عندما يضرب البرق شجرة طويلة فينتقل التّيار الكهربائي إلى سطح الأرض وينتقل لمسافة بعيدة، وهذا النّوع هو الأكثر تسبباً بحدوث الإصابات للبشر، حيث يدخل التّيار الكهربائي الجسم عند النّقطة الأقرب إلى ضربة الصّاعقة مثل القدمين، ويخرج من الجسم من نقطة أخرى بعيدة، وكلما ازدادت المسافة بين هاتين النّقطتين كلما ازداد احتمال الإصابة أو الوفاة، لذلك غالباً ما يكون التّيار الأرضي قاتلاً للماشية بسبب حجمها الكبير.
كيفية تجنّب الآثار المدمّرة للصواعق :
- أولا : مانعات الصواعق :
كان أوّل من طوّرها لتؤدّي هذا الغرض هو العالم الأمريكيّ (بنجامين فرانكلين)، وهي عبارة عن قضبان معدنيّة مدبّبة يبلغ قطرها حواليّ بوصة واحدة (2 سنتيمتر) تثبّت على أسطح المباني، وتتّصّل بشبكة موصّلات مدفونة في الأرض (تشبه شبكات التأريض) بالقرب من المبنى عبر أسلاكٍ ضخمة قطرها بوصة واحدة أو نحو ذلك، ومصنوعة من النحاس أو الألومينيوم. وفكرة عملها بسيطة للغاية، فهي توفّر مسارًا منخفض المقاومة جدًا يسمح بسريان التيار الكهربائيّ الهائل الناتج عن ضربات الصواعق خلالها، ومنها إلى الأرض حيث يتمّ تفريغه بأمان دون إلحاق أضرار بالمبنى.
- ثانيًا : قواعد السلامة التي يجب مراعاتها حال حدوث البرق :
- ابتعد عن المساحات المفتوحة، ولكن لا تبقى تحت شجرة، أفضل مكان هو داخل المبنى.
- إذا كنت تسبح وحدثت عاصفة رعديّة ينبغي أن تخرج من الماء على الفور، وقد تبدو العاصفة بعيدة إلّا أنّ البرق يمكنه أن يقطع مسافة 20 ميل بعيدًا عنها.
- أثناء العواصف الرعديّة؛ أطفئ جميع الوحدات الكهربائيّة، ولا تستخدم الهاتف.
- أثناء العواصف الرعديّة؛ لا تسير في الشارع حاملًا أيّة أقطاب أو قطع معدنيّة، لا تحمل حتّى المظلّة.
كيفية معرفة ما إذا كانت هناك صاعقة تضرب الأرض في مكان بالقرب منك :
إن سافرت إلى مكان معروف بالأجواء العاصفة وضربات البرق المتكرّرة، ثم شعرت بوقوف شعر الرأس والجسم فحاول أن تبتعد عن المكان بسرعة، والتزم بقواعد الأمان السابقة، وإذا لم يكن هناك مكان آمن بالقرب منك فاقترب من الأرض قدر الإمكان.
المصدر : ويكيبيديا + مواقع إلكترونية.
الإبتساماتإخفاء