[kingstars18]

البروق :



ما أن تصير السحابة الرعدية مشحونة إلى الحد الذي يجعل الحقل الكهربائي يتعدى متانة العازل (Dielectrie strength) الموضعية في الجو, وهي مقدرة الجو على تحمل انفصال الشحنات الكهربائية. حتى يومض البرق. ويكون الحقل الكهربائي في تلك اللحظة قريباً من مرتبة مليون فولت لكل متر, وينتقل الانفراغ الكهربائي البرقي (أي المصاحب للبرق) في أقل من ثانية ما يساوي شحنة 2010 الكترون, وينتج قدرة كهربائية مقدارها ما يعادل 100 مليون مصباح كهربائي عادي, وتتحول خلال ذلك الجزء من الثانية الطاقة الالكتروستاتيكية للشحنة المتراكمة إلى طاقة كهرومغناطيسية (الوميض المرئي والأمواج الراديوية على حد سواء) وإلى طاقة صوتية (الرعد) وحرارة في النهاية.



إن كل الانفراغات البرقية الطبيعية تقريباً تنطلق من أحشاء السحابة وتتطور إلى شجرة ذات فرعين: فرع يجتاح مناطق الشحنات السالبة وآخر يجتاح مناطق الشحنات الموجبة, وفي حالة الانفراغ بين السحابة والأرض يصبح فرع الشجرة السالب (دليلاً رئيسياً مدرجاً) (Stepped leader) ينقل إلى الأسفل تياراً سالباً شدته بضع مئات من الامبيرات, وعندما يشير هذا الدليل إلى حدود 100 متر تقريباً من الأرض تحدث ضربة راجعة (عائدة) تنقل إلى الأعلى تياراً شدته 10 كيلو امبيرات (10000 كولوم) من الشحنة الموجبة في الثانية . وما يراه المرء بعينه حقاً هو الضربة الراجعة المضيئة. ومن ثم على المرء حينما يتحدث عن الانفراغ بين السحابة والأرض أن لا ينسى أن الانفراغ يتحرك في الاتجاهين بضع عشرات المرات أحياناً.

وقد ركزت دراسات البرق الأولى على الومضات بين السحابة والأرض لأنها متاحة جداً للرصد البصري والتصويري (الفوتوغرافي) ولكن تبين أن البرق أكثر تكراراً وأوسع امتداداً بكثير ضمن السحابة نفسها, حيث يكون محجوباً عن النظر بسبب لا انفاذية السحابة. وحاولت دراسات أكثر حداثة تحرّى الانفراغ البرقي بمساعدة الرادار وأجهزة تعيين اتجاه الأمواج الراديوية ولواقط الأصوات (المايكروفونات) ويتركز الاهتمام على المسارات التي تأخذها ومضات البرق وعلاقاتها ببنية السحابة. يصادف الانفراغ البرقي في مناطق الهطل وفي مناطق خالية منه ضمن نطاق السحب وخارج حدودها, وغالباً ما تبدو مسارات هذا الانفراغ مشوشة جداً, وهناك ادعاءات كثيرة بأن هذه المسارات هي في الواقع عشوائية, وكثيراً ما ركزت النماذج النظرية لمسارات الانفراغ البرقي على دور الحقل الكهربائي, وبعبارة أخرى كان يعتقد أن شدة الحقل الكهربائي الموضعي واتجاهه يعيّنان مسار الانفراغ البرقي. وحتى وقت قريب أولي دور الشحنة الكهربائية نفسها قليلاً من العناية, مع أن الشحنة هي التي تولد الحقل بحيث يمكن الاعتقاد أن معرفة أحدهما هي في حكم معرفة الآخر فإن على المرء أن يتذكر أيضاً إمكان التوليد الموضعي لحقل كهربائي معين بعدد غير محدد من توزّعات مختلفة للشحنات. فموقع الشحنة الكهربائية هو إذن معلومة مختلفة عن معرفة صورة الحقل الموضعي, وهناك تعقيد إضافي هو أن توزُّع الشحنة والحقل ليسا ثابتين على حالهما بل متغيران باستمرار, وعندما ينشأ الانفراغ البرقي ويقوى فإنه يغير الحقل على نحو مثير جاعلاً عملية النمذجة أصعب بكثير.



شكل ثلاثي الأبعاد للبرق

[kingstars18]

الطاقة والدائرة الكهربائية للكرة الأرضية:

[BIMG]http://fire.cfs.nrcan.gc.ca/images/lightning/cap.gif[/BIMG]

يعتقد أن معظم الطاقة الكهربائية لعاصفة رعدية تتحرر على شكل بروق. وقد ذكرت آنفاً أن عاصفة رعدية متوسطة الشدة تولِّد بضع ومضات في الدقيقة, ولها قدرة طاقة تساوي تقريباً قدرة محطة نووية. إن قدرة الطاقة الحاصلة تتزايد مثل القوة الخامسة تقريباً لحجم السحابة. فزيادة أبعاد السحابة إلى ضعفيها تزيد القدرة الحاصلة بزهاء 30 مرة. وقد تولد العواصف الرعدية الضخمة انفراغات برقية بتواترات تزيد على 100 ومضة في الدقيقة.

هناك قاعدة معروفة جيداً في الفيزياء تقول بأن لا شيء يأتي من العدم, فالطاقة الكهربائية التي يحررها الانفراغ البرقي يجب أن تأتي من مكان ما وهي تستمد في البداية من الحرارة التي تسبب تمدد بخار الماء فيصير أقل كثافة من الهواء المحيط به, ولذلك يصعد, وأثناء صعوده يتكاثف أو يتجمد فتنطلق الحرارة الكامنة (Latent Heat) ويبدأ حينئذ الماء السائل أو الجليد بالسقوط. ووفقاً لنموذج الهطل فإن الطاقة التثاقلية التي يحررها الهطل هي الطاقة المتاحة لتكهرب السحابة. وهي تساوي قوة الجاذبية الفاعلة في الكتلة الساقطة بمسافة الهبوط التي تقطعها الكتلة.

تبين القياسات الرادارية للمطر الهاطل ولجسيمات الثلج الرخو أن الطاقة التثاقلية في العواصف المتوسطة الشدة تكون في الواقع أكبر جداً من الطاقة الكهربائية التي يحررها الانفراغ البرقي. وفي حالة العواصف شديدة الفعالية حين يمكن للطاقة الكهربائية أن تكون أكبر بعدة مراتب عشرية, تقدر الطاقتان التثاقليتان والكهربائية بأنهما متساويتان تقريباً. ويتوقع المرء عندئذ, بمُوجب انخفاض الطاقة, أنه في لحظة الانفراغ البرقي, عندما تنقص القوى الكهربائية فجأة, يجب أن تزداد سرعة هبوط الهطل على نحو ملحوظ. وقد جرت محاولات لقياس هذه الظاهرة بواسطة رادار دوبلر (Doppler radar) الذي يقيس سرعة الأجسام المتحركة, بيد أن المحاولات لم تنجح حتى الآن.

وهناك بعد موازنة طاقة أخرى يجب أخذها بعين الاعتبار وهي موازنة الدارة الكهربائية للأرض بمجملها. أن جو الكرة الأرضية عازل جداً حيث أنه محصور بين ناقلين (موصلين) جيدين هما: سطح الأرض والجو الأعلى والايونوسفير (الغلاف الجوي المتأين). وهاتان الطاقتان هما العنصران غير الفاعلين في الدائرة الكهربائية للكرة الأرضية.

ويوجد بين سطح الأرض السالب الشحنة والجو الموجب الشحنة فرق كمون (جهد) قريب من 300000 فولت هو نتيجة الشحن الذي تقوم به العواصف الرعدية التي هي بطاريات الدائرة الكهربائية, فتجري إلى الأعلى تيارات كهربائية شدتها نحو أمبير واحد لكل عاصفة تنطلق من القمم الموجبة للسحب الرعدية وتعود إلى الأرض عبر مناطق الجو الصحوة, ولكي لا تتراكم الشحنة في السحب من غير حد يجب أن يجري تيار شدته أمبير واحد من سطح الأرض إلى أسفل السحابة, وتسهم التيارات المطرية والانفراغ الهالي والانفراغ البرقي في نقل الشحنة هذه, ولكنه في العروض الجغرافية الوسطى غير كافٍ لموازنة التيار العائد في الجو الصحو, فأين يعوض هذا العجز؟

[GLINT]توجد البطاريات المفقودة في المنطقة الاستوائية حيث يكون للعواصف الرعدية وهي أضخم بعدة مراتب عشرية من عواصف العروض الوسطى سرعات ومضية كبيرة بما يكفي لشحن الدائرة الأرضية.[/GLINT]



وبإمكان المرء أن يتساءل بحق أولاً عن السبب في أن شحنة الأرض سالبة, إن أفضل تخمين في هذه الأيام هو أن شحنة الأرض السالبة هي نتيجة قرب الأرض من الطرف السالب لبطارية العواصف الرعدية. وهكذا يؤول السؤال إلى سؤال آخر هو لماذا يكون الجزء السفلي من السحابة الرعدية سالباً في الغالب?, ومرة ثانية يبدو أن الجواب عن هذا السؤال يعتمد على فيزياء الجليد المايكروية المفهومة قليلاً.

وعلى الرغم من الأسئلة العديدة التي لم يعثر على أجوبة لها فإن صورة موحدة لتكهرب السحب بدأت الآن تظهر للعيان. وهي صورة تربط انفصال الشحنات الجاري على مستوى الذرات بومضات الانفراغ البرقي التي تنتقل عبر مسافات تقدر بالكيلومترات إلى دائرة كهربائية تمتد فوق الكرة الأرضية بأسرها.


المصادر

-The role of electric space charge in nuclear lightening. By/ Earle. R. Williams & associate.

Journal of Geophysical research, Vol: 93. No. D2, 1998.

- The lightening discharge. By/ Martine. A. Uman. Academic Press, 1987.

- Electrification of thunder storms.

By/ Darle. R. Williams ,q Scientific American. Vol.: 6. No. 5, 1989.

.etaicossa & smailliW .R .elraE /yB:gninethgil raelcun ni egrahc ecaps cirtcele fo elor eht

.8991 ,2D .oN .39 :loV ,hcraeser lacisyhpoeG fo lanruoJ

.7891 ,sserP cimedacA .namU .A .enitraM/yB .egrahcsid gninethgil ehT .smrots rednuht fo noitacifirtcelE ,smailliW .R .elraD /yB

.9891 ,5 .oN.6:.loV.naciremAcifitneicSn