رعد و برق ، صاعقه یا آذرخش پدیده ایست که امروز به بررسی آن می پردازیم . درک دانشمندان از فرآیند کامل صاعقه هنوز کامل نشده است ، اما در مورد این پدیده یک دید کلی نسبتا خوب وجود دارد. درون یک ابر صاعقه دار ، دما های پایین و جریان هوا شرایط ایده آلی را برای تشکیل رعد و برق ایجاد می کند. قطرات کوچک و بسیار سرد آب به همراه کریستال های ریز یخ درون ابر به وسیله جریان هوا شروع به حرکت به سمت بالا می کنند. قطرات متراکم تر و چگال تر سافت هیل یا گلوله برفی ( graupel نامیده می شوند ) نسبتا بدون حرکت باقی مانند یا به سمت پایین حرکت می کنند.
نحوه وعلت وقوع رعد و برق
حرکت کریستال های یخ و سافت هیل ها در خلاف جهت یکدیگر درون ابر منجر به برخورد هایی می شود. در این برخورد ها ، الکترون ها بین این دو جا به جا می شوند . در نتیجه کریستال های یخ و قطرات آب بسیار سرد بار مثبت می گیرند و سافت هیل ها بار منفی. با حرکت کریستال های یخ به سمت بالا و سافت هیل به سمت پایین خیلی زود اختلاف بار بین بالا و پایین ابر ایجاد می شود. قسمت بالای ابر بار مثبت می گیرد در حالی که قسمت میانی و پایین ابر بار منفی دارند.
این تنها تاثیر این فرایند روی ابر نیست . تجمع بار منفی در مزکز ابر باعث دافعه الکترون های پایین آن روی زمین می شود . در نتیجه ، جاذبه بین بار منفی ابر و بار مثبت زمین قدرت کافی برای یک جریان الکترونی از ابر ها به سمت زمین با سرعت تقریبی ۲۷۰۰۰۰ مایل در ساعت را دارد – تخلیه الکتریکی یا یک ضربه رعد و برق.
آذرخش از ابر به زمین ، تنها یکی از نتایج عدم توازن بار در ابر های ایجاد کننده صاعقه است . رعد و برق همچنین می تواند بین دو قسمت ابر با بار های مخالف رخ دهد بدون اینکه به زمین برسد یا اینکه حتی بین دو ابر مختلف رخ دهد.
صدای صاعقه ( رعد )
همانقدر که سرعت صاعقه بالاست ، می تواند هوای اطراف را گرم کند و به دما باور نکردنی برساند. تخمین زده شده است که دمای کانال هوایی که رعد و برق از آن عبور به ۳۰۰۰۰ درجه سانتی گراد می رسد !!! – بسیار گرم تر از سطح خورشید . این دمای بسیار بالا سبب ایجاد صدای آذرخش است. گرم شدن هوای اطراف باعث منبسط شدن سریع هوای اطراف شده سپس سرد و منقبض می شود . این پدیده یک شوک امواج صوتی می سازد که با رعد یا آسمان غرنبه (بعضی اوقات به اشتباه قرنبه نوشته می شود) شناخته می شود.
سرعت انتقال صدای صاعقه به مراتب کمتر از نور آن می باشد ، شما می توانید از آن برای تخمین فاصله ای که رعد و برق در آن رخ داده استفاده کنید. سرعت حرکت صوت در هوا تقریبا ۳۴۳ متر در ثانیه است بنابرین صدای آذرخش ۱ کیلومتر در ۳ ثانیه می رود . اگر شما رعد و برق را دیدید می توانید فاصله وقوع آن از خود را حساب کنید.
واکنش های شیمیایی
توضیحات ما تا اینجا بیشتر روی فیزیک این پدید تمرکز کرده بود، اما برخی اتفاقات جالب شیمیایی نیز در آذرخش اتفاق می افتد. اگر تا کنون شما اعتقاد داشتید که می توانید بوی یک آذرخش که اتقاق می افتند را می فهمید اشتباه نکرده اید . بوی شیرین ، تند که گاهی اوقات پیش از صاعقه به مشام می رشد بوی اوزون است . رعد و برق اکسیژن دو اتمی مولکولی را درون اتمسفر به اتم های منفرد می شکافد . این اتم های شکافته شده می توانند دوباره ترکیب شده و اوزون بسازند.
رنگ آبی – بنفشی که گاهی اوقات صاعقه به خود می گیرد ناشی از یونیزه شدن مولکول ها در هواست. طی نشر نور اتم های نیتروژن و هیدروژن (ناشی از بخار آب موجود در هوا) برانگیخته ، این رنگها ایجاد می شوند.
نیتروژن در پدیده دیگر شیمیایی نیز شرکت دارد . در دما های بالایی که رعد و برق تشکیل می شود ، انرژی لازم برای اکسیژن و نیتروژن در هوا وجود دارد تا ترکیب شوند و اکسید های نیتروژن را بسازند، که برای رشد گیاه ضروری اند.فرایندی که طی آن معمولا نیتروژن های واکنش نداده تبدیل به نیترات و یا ترکیبات وابسته شده و گیاهان می توانند از آن استفاده کنند را ” تثبیت نیتروژن ” می نامند . رعد و برق سالانه تا ۳-۱۰ تراگرم نیتروژن تثبیت شده تولید می کنند (باکتری ها ۱۰۰-۳۰۰ تراگرم تولید می کنند)
مطالعات اخیر نشان داده است که امواج گاما که به وسیله ی رعد و برق آزاد می شوند می توانند حتی آغاز کننده واکنش های هسته در اتمسفر و در مقیاس کوچک باشد. این فرآیند طبیعی می تواند ایزوتوپ های مختلفی از نیتروژن ، اکسیژن و کربن ایجاد کند.
مترجم : علیرضا آرونی
این مطلب و اینفوگرافی توسط وبسایت compoundchem.com تولید و توسط وبسایت cheminfinity.com ترجمه شده است . کپی برداری تنها با ذکر منبع ترجمه مجاز می باشد.