Piętnaście sekund to ledwie chwila: wystarczy na kilka oddechów albo przeczytanie krótkiego zdania. W tym samym czasie ziemska atmosfera wytwarza przeciętnie około 660 błyskawic. Po zaokrągleniu otrzymujemy przemawiający do wyobraźni obraz: około 600 błysków w czasie jednego krótkiego, piętnastosekundowego odcinka. W jednej części świata burza może właśnie cichnąć, podczas gdy w innej dopiero gwałtownie się rozwija. Nie oznacza to jednak, że wszystkie trafiają w powierzchnię planety. Większość wyładowań rozwija się i kończy wewnątrz chmur, gdzie z daleka widzimy jedynie krótkie rozświetlenie ich wnętrza. Satelitarne obserwacje pozwoliły zastąpić dawne, mocno zawyżone szacunki dokładniejszą średnią wynoszącą 44 błyskawice na sekundę. Ta liczba otwiera ciekawsze pytania: co właściwie jest liczone, dlaczego nad oceanami błyska znacznie rzadziej i w jaki sposób instrument znajdujący się setki kilometrów nad powierzchnią potrafi zauważyć zjawisko trwające ułamek sekundy?
🕑 Czas czytania: ok. 3 min
Ile błyskawic powstaje na Ziemi w ciągu sekundy?
Analiza danych z satelitarnego detektora OTD dała średnią 44 błyskawic na sekundę, z niepewnością wynoszącą około pięciu. Po prostym przeliczeniu daje to 660 błyskawic w piętnaście sekund, około 158 tysięcy w godzinę i prawie 3,8 miliona w ciągu doby. Roczny szacunek autorów badania sięga niemal 1,4 miliarda. Nie jest to licznik pracujący zawsze w identycznym tempie, lecz średnia z obserwacji całej planety. Rzeczywista aktywność zmienia się wraz z porą dnia, sezonem i położeniem burz. Wynik służy więc do opisywania skali zjawiska, nie do przewidywania konkretnej minuty.
Dawniej często powtarzano liczbę stu błyskawic na sekundę. Pochodziła ona z szacunków opartych na liczbie dni burzowych i nie rozróżniała tak precyzyjnie pojedynczych zjawisk. Obserwacje z orbity obniżyły ten wynik, ponieważ pozwoliły stosować jednolity sposób pomiaru nad rozległymi obszarami. Liczba około 600 w piętnaście sekund jest więc celowym zaokrągleniem, a nie informacją, że dokładnie tyle kanałów elektrycznych pojawia się w każdej kolejnej piętnastosekundowej części doby.
Błyskawica nie zawsze jest piorunem uderzającym w ziemię
Najważniejsze rozróżnienie kryje się między błyskawicą a jej doziemnym wariantem. W użyciu potocznym oba pojęcia często zlewają się w jedno, lecz pomiar globalny obejmuje wyładowania wewnątrz chmury oraz te łączące chmurę z powierzchnią. Według amerykańskiego laboratorium NSSL błysków pozostających w chmurach bywa od pięciu do dziesięciu razy więcej niż wyładowań docierających do ziemi. Chmura może więc rozjaśnić się od środka, choć nie zobaczymy charakterystycznego kanału schodzącego ku krajobrazowi. Nocna burza potrafi dlatego pulsować światłem bez ani jednego widocznego uderzenia w powierzchnię.
Jeden błysk również nie musi oznaczać pojedynczego impulsu. Wyładowanie doziemne może zawierać kilka szybko następujących po sobie udarów biegnących tym samym kanałem. Ludzkie oko odbiera je jako migotanie jednej błyskawicy, natomiast system pomiarowy musi odróżnić części tego samego zdarzenia od kolejnych błysków. Średnia 44 dotyczy błyskawic jako kompletnych zdarzeń, a nie wszystkich impulsów prądowych ani wyłącznie uderzeń w powierzchnię. Dzięki temu liczba opisuje aktywność elektryczną atmosfery, nie skalę szkód na ziemi.
Dlaczego znacznie więcej błyskawic pojawia się nad lądami?
Globalna mapa NASA ujawnia wyraźną nierównowagę: około 90 procent aktywności przypada na lądy, a tylko około 10 procent na oceany. Nie chodzi o samą obecność wody, lecz o sposób nagrzewania powierzchni. Ląd szybko przyjmuje energię słoneczną i oddaje ją powietrzu, wywołując silne prądy wznoszące. Ocean ma większą pojemność cieplną, dlatego jego temperatura zmienia się wolniej. Nad rozgrzanym lądem łatwiej powstaje gwałtowna konwekcja, która buduje wysokie chmury burzowe i sprzyja rozdzielaniu ładunków.
Największe zagęszczenie błyskawic występuje w tropikach, szczególnie nad obszarami kontynentalnymi. Ciepło i wilgoć są tam dostępne przez znaczną część roku, a góry, wybrzeża i lokalne zbieżności wiatrów mogą dodatkowo wzmacniać ruch powietrza ku górze. Nad oceanami także rozwijają się liczne burze, ale przeciętna komórka morska wytwarza mniej wyładowań. Rozmieszczenie błysków nie jest więc równomierną poświatą otaczającą planetę. To skupiska aktywności przesuwające się wraz ze strefą dnia, pogodą i sezonami. Z orbity przypominają zmienną mozaikę, a nie stale świecący pas burz.
Jak satelity liczą błyskawice na całej planecie?
Globalną średnią wyprowadzono z obserwacji Optical Transient Detector, czyli instrumentu zaprojektowanego do wykrywania krótkich impulsów światła z orbity. Jego szerokie pole widzenia obejmowało jednorazowo obszar liczący około 1300 na 1300 kilometrów. Detektor wielokrotnie obserwował kolejne fragmenty planety zarówno w dzień, jak i w nocy. Późniejsze dane z Lightning Imaging Sensor rozszerzyły wiedzę o tropikach i subtropikach. Satelita nie fotografuje każdej błyskawicy jak zwykły aparat; rejestruje nagłe zmiany jasności chmur w charakterystycznym zakresie światła. Pozwala to wychwytywać również błyski zasłonięte przed obserwatorem stojącym na powierzchni.
Algorytmy łączą sąsiadujące sygnały w pojedyncze zdarzenia, a naukowcy poprawiają wynik o skuteczność wykrywania i czas obserwacji danego obszaru. Stąd przedział niepewności przy średniej 44 błyskawic na sekundę. Chmura może osłabiać światło, dzień utrudnia rozpoznanie krótkiego rozbłysku, a orbita nie pozwala patrzeć na jeden punkt bez przerwy. Końcowa liczba jest statystycznym obrazem całej planety, powstałym z ogromnej liczby krótkich obserwacji, a nie transmisją z jednego wszechwidzącego czujnika.
Jak wewnątrz chmury rodzi się błyskawica?
W wysokiej chmurze burzowej silne prądy wznoszące unoszą krople wody i kryształki lodu, podczas gdy cięższe cząstki opadają. Zderzenia lodu, przechłodzonych kropel i krupy śnieżnej pomagają rozdzielać ładunki elektryczne. Poszczególne części chmury zaczynają mieć odmienne znaki ładunku, a między nimi rośnie pole elektryczne. Gdy powietrze przestaje skutecznie działać jak izolator, powstaje przewodzący kanał. Błyskawica jest gwałtownym wyrównaniem nagromadzonej różnicy potencjałów, rozciągniętym w rozgałęzionej strukturze. Jej pełny kształt może pozostawać niewidoczny, ponieważ gęsta chmura rozprasza emitowane światło.
Jeżeli kanał pozostaje w chmurze, obserwator widzi często rozproszone światło przechodzące przez jej masę. Jeśli połączy chmurę z ziemią, jasny udar powrotny przebiega od powierzchni ku górze tak szybko, że sprawia wrażenie ruchu w przeciwną stronę. Rozgrzane powietrze gwałtownie się rozszerza i tworzy falę dźwiękową odbieraną jako grzmot. Każde globalne „44 na sekundę” składa się z wielu różnych przebiegów: ukrytych w chmurach, międzychmurowych i doziemnych. Wspólna pozostaje energia uwalniana w atmosferycznej iskrze o skali nieosiągalnej dla codziennego doświadczenia.
Zobacz też
Źródła
Najczęstsze pytania
Ile błyskawic powstaje na Ziemi w ciągu sekundy?
Satelitarne obserwacje dają średnią około 44 błyskawic na sekundę, z niepewnością wynoszącą około pięciu. W piętnaście sekund oznacza to przeciętnie około 660 błyskawic, dlatego liczbę 600 można traktować jako bezpieczne zaokrąglenie.
Czy wszystkie błyskawice uderzają w ziemię?
Nie. Większość wyładowań pozostaje wewnątrz chmur. Według NOAA/NSSL błysków chmurowych bywa od pięciu do dziesięciu razy więcej niż tych, które docierają do powierzchni.
Dlaczego więcej błyskawic pojawia się nad lądami niż nad oceanami?
Ląd nagrzewa się szybciej niż ocean i łatwiej tworzy silne prądy wznoszące potrzebne do rozwoju wysokich chmur burzowych. Dane NASA wskazują, że około 90 procent globalnej aktywności występuje nad lądami.
Jak satelity wykrywają błyskawice?
Instrumenty optyczne rejestrują krótkie zmiany jasności na szczytach chmur. Algorytmy łączą sąsiadujące impulsy w błyskawice, a następnie korygują wyniki o czas obserwacji i skuteczność detekcji.
Zobacz także na YouTube: Podczas tego filmu Ziemię rozświetli 600 błyskawic