Bugün öğrendim ki: Tek bir yıldırım çarpmasının çevresindeki havayı yaklaşık 30.000°C'ye kadar ısıtabileceği, bunun da güneşin yüzeyinden daha sıcak olduğu belirtiliyor.
Elektrostatik boşalma içeren hava olayı
Diğer kullanımlar için Yıldırım (anlam ayrımı) sayfasına bakın. Aydınlatma veya gök gürültüsü ile karıştırılmamalıdır. "Şimşek" buraya yönlendirir. Diğer kullanımlar için wikt:şimşek sayfasına bakın.
Yıldırım, atmosferdeki elektriksel olarak yüklü iki bölge arasında meydana gelen elektrostatik boşalmalardan oluşan doğal bir olaydır. Bölgelerden biri veya her ikisi atmosferin içindedir; ikinci bölge bazen yer yüzeyinde de oluşabilir. Yıldırımın ardından bölgeler kısmen veya tamamen elektriksel olarak nötralize olur.
Yıldırım, ortalama 200 megajoule ile 7 gigajoule arasında değişen ölçekte neredeyse anlık bir enerji açığa çıkarır.[1][2][3] Yıldırım çakması etrafındaki hava hızla yaklaşık 30.000 °C (54.000 °F) sıcaklığa kadar ısınır.[4] Geniş bir dalga boyu aralığında elektromanyetik radyasyon yayılır ve bazıları parlak bir flaş olarak görünür. Yıldırım ayrıca, boşalmanın yakınındaki ısınan gazların basıncındaki ani artış sonucu oluşan şok dalgasından kaynaklanan bir ses olan gök gürültüsüne de neden olur.
En yaygın yıldırım olayı fırtına olarak bilinir, ancak volkanik patlamalar gibi diğer enerji dolu hava sistemlerinde de sıklıkla meydana gelebilirler. Yıldırım, küresel atmosferik elektrik devresini ve atmosfer kimyasını etkiler ve orman yangınları için doğal bir tutuşturma kaynağıdır. Yıldırım, Dünya Meteoroloji Örgütü tarafından Temel İklim Değişkeni olarak kabul edilir[5] ve bilimsel çalışmasına fulminoloji denir.
Biçimler
Üç ana yıldırım biçimi, meydana geldikleri yere göre ayırt edilir:[6][7]
Bulut içi (IC) – Tek bir fırtına bulutunun içinde
Bulutlar arası (CC) – İki bulut arasında
Bulut-yer (CG) – Bir bulut ile yer arasında; bu durumda yıldırım çarpması olarak adlandırılır.
Volkanik patlamalar sırasında meydana gelebilen volkanik şimşek; çok uzaktan görülebilen ancak duyulmayan "ısı şimşeği"; orman yangınlarına neden olabilen kuru şimşek ve bilimsel olarak nadiren gözlemlenen top şimşek dahil olmak üzere birçok başka gözlemsel varyant tanınmaktadır.
Yıldırımın insanlar üzerindeki en doğrudan etkileri, bulut içi ve bulutlar arası şimşekler daha yaygın olmasına rağmen, bulut-yer yıldırımının bir sonucu olarak ortaya çıkar. Bulut içi ve bulutlar arası şimşekler, atmosfer kimyası üzerindeki etkileri yoluyla insanları dolaylı olarak etkiler.
"Pozitif" ve "negatif" CG çakmaları gibi, her türün ölçülebilen ve kendine özgü farklı fiziksel özellikleri olan varyasyonları vardır.
Bulut-yer (CG)
Bulut-yer (CG) yıldırım, bir fırtına bulutu ile yer arasındaki yıldırım boşalmasıdır. Buluttan aşağı doğru hareket eden ve yerden yukarı doğru hareket eden bir akışla karşılaşan basamaklı bir lider (stepped leader) ile başlar.
CG, tüm yıldırım türleri arasında en az yaygın olan ancak en iyi anlaşılanıdır. Fiziksel bir nesnede, yani yerde sonlandığı ve yerdeki araçlarla ölçülmeye uygun olduğu için bilimsel olarak incelenmesi daha kolaydır. Üç ana yıldırım türü içinde, yer yüzeyinde sonlandığı veya "çarptığı" için yaşam ve mülkiyet için en büyük tehdidi oluşturur.
Çakma olarak adlandırılan genel boşalma; ön döküm, basamaklı liderler, bağlantı liderleri, geri dönüş vuruşları, dart liderleri ve sonraki geri dönüş vuruşları gibi bir dizi süreçten oluşur.[8] Toprak, tatlı su veya tuzlu su olsun, elektriksel yerin iletkenliği yıldırım boşalma oranını ve dolayısıyla görünür özellikleri etkileyebilir.[9]
Pozitif ve negatif yıldırım
Bulut-yer (CG) yıldırım, bulut ile yer arasındaki konvansiyonel elektrik akımının yönüne göre pozitif veya negatiftir. Çoğu CG yıldırım negatiftir; bu, negatif bir yükün (elektron akışı) yıldırım kanalı boyunca aşağıya, yere aktarıldığı anlamına gelir (konvansiyonel akım yerden buluta doğru akar). Pozitif bir CG çakmasında ise bunun tersi gerçekleşir; elektronlar yıldırım kanalı boyunca yukarı doğru hareket ederken, aynı zamanda pozitif bir yük yere doğru aktarılır (konvansiyonel akım buluttan yere doğru akar).
Pozitif yıldırım, negatif yıldırımdan daha az yaygındır ve ortalama olarak tüm yıldırım çarpmalarının %5'inden azını oluşturur.[10]
Pozitif yıldırımın oluşumuyla sonuçlandığı teorize edilen bir dizi mekanizma vardır.[11] Bunlar esas olarak buluttaki yük merkezlerinin hareketine veya yoğunlaşmasına dayanır. Bulut yüklenmesindeki bu tür değişiklikler, dikey rüzgar kesmesi veya yağışın değişimi ya da fırtınanın dağılması sonucu ortaya çıkabilir. Pozitif çakmalar, bulut içi boşalmaların belirli davranışlarından, örneğin mevcut çakmalardan kopma veya dallanma gibi nedenlerden de kaynaklanabilir.
Pozitif yıldırım çarpmaları, negatif benzerlerine göre çok daha yoğun olma eğilimindedir. Ortalama bir negatif yıldırım cıvatası 30.000 amperlik (30 kA) bir elektrik akımı oluşturarak toplam 15 C (coulomb) elektrik yükü ve 1 gigajoule enerji aktarır. Büyük pozitif yıldırım cıvataları 120 kA'ya kadar çıkabilir ve 350 C aktarabilir.[12] Ortalama bir pozitif yer çakması, tipik bir negatif çakmanın yaklaşık iki katı tepe akımına sahiptir ve 400 kA'ya kadar tepe akımları ve birkaç yüz coulomb yük üretebilir.[13][14] Ayrıca, yüksek tepe akımlarına sahip pozitif yer çakmalarını genellikle uzun devam eden akımlar takip eder; bu korelasyon negatif yer çakmalarında görülmez.[15]
Daha büyük güçleri nedeniyle, pozitif yıldırım çarpmaları negatif çarpmalardan önemli ölçüde daha tehlikelidir.[11] Pozitif yıldırım, hem daha yüksek tepe akımları hem de daha uzun devam eden akımlar üretir, bu da yüzeyleri çok daha yüksek seviyelere kadar ısıtmalarını sağlayarak yangın çıkma olasılığını artırır. Pozitif yıldırımın açık havada katedebildiği uzun mesafeler, neden "açık gökyüzünden gelen cıvata" (bolts from the blue) olarak bilindiklerini açıklar ve gözlemcilere hiçbir uyarı vermez.
Pozitif yıldırımın, uzun yapıların tepelerinden yukarı doğru yıldırım çakmalarını tetiklediği de gösterilmiştir ve yer seviyesinin birkaç on kilometre üzerindeki sprite'ların (üst atmosfer şimşekleri) başlamasından büyük ölçüde sorumludur. Pozitif yıldırım, karlı fırtınalarda olduğu gibi kış fırtınalarında, şiddetli hortumlar sırasında[16] ve bir fırtınanın dağılma aşamasında daha sık meydana gelme eğilimindedir.[17] Ayrıca çok düşük frekanslı (ELF) ve çok çok düşük frekanslı (VLF) radyo dalgaları da üretilir.[18]
Yaygın inanışın aksine, pozitif yıldırım çakmaları mutlaka örsten veya üst pozitif yük bölgesinden kaynaklanmaz ve fırtınanın dışındaki yağışsız bir alana çarpmaz. Bu inanç, yıldırım liderlerinin tek kutuplu olduğu ve ilgili yük bölgelerinden kaynaklandığı şeklindeki eski bir fikre dayanmaktadır.[kaynak belirtilmeli] Örsten kaynaklanan çakmaların pozitif yük bölgesinden kaynaklandıkları için pozitif olduklarına dair yaygın yanlış kanıya rağmen, gözlemler bunların aslında negatif çakmalar olduğunu göstermiştir. Bunlar bulut içinde IC çakmaları olarak başlar, negatif lider daha sonra pozitif yük bölgesinden bulutu terk eder ve açık havada ilerleyerek bir mesafedeki yere çarpar.[19][20]
Bulutlar arası (CC) ve bulut içi (IC)
Yıldırım boşalmaları, yere temas etmeden bulut alanları arasında meydana gelebilir. İki ayrı bulut arasında meydana geldiğinde bulutlar arası (CC) yıldırım olarak bilinir; tek bir bulut içindeki farklı elektriksel potansiyele sahip alanlar arasında meydana geldiğinde ise bulut içi (IC) yıldırım olarak bilinir. IC yıldırım, en sık meydana gelen türdür.[17]
IC yıldırım en yaygın olarak, belirli bir fırtınanın üst örs kısmı ile alt kısımları arasında meydana gelir. Bu yıldırım bazen geceleri çok uzak mesafelerden "çarşaf şimşeği" olarak gözlemlenebilir. Bu tür durumlarda gözlemci, gök gürültüsü duymadan sadece bir ışık parlaması görebilir.
Bulutlar arası veya bulut-bulut-yer şimşeği için kullanılan bir diğer terim, tipik olarak örsün altından veya içinden kaynaklanan ve bir fırtınanın üst bulut katmanları boyunca sürünerek ilerleme alışkanlığı nedeniyle "Örs Sürüngenleri" (Anvil Crawler) terimidir; genellikle dramatik çoklu dal vuruşları oluşturur. Bunlar genellikle bir fırtına gözlemcinin üzerinden geçerken veya etkisini yitirmeye başladığında görülür. En canlı sürüngen davranışı, geniş arka örs kesmesine sahip gelişmiş fırtınalarda meydana gelir.
Oluşum
Yıldırım oluşumunda yer alan süreçler aşağıdaki kategorilere ayrılır:
Yük ayrımının meydana gelebileceği büyük ölçekli atmosferik olaylar (örneğin fırtına)
Yük ayrımı ile sonuçlanan mikroskobik ve makroskobik süreçler
Bir elektrik alanının kurulması
Bir yıldırım kanalı boyunca boşalma
Yıldırımın meydana geldiği atmosferik olaylar
Yıldırım öncelikle ılık havanın daha soğuk hava kütleleriyle karıştığı zamanlarda meydana gelir[21] ve bu durum atmosferi polarize etmek için gerekli atmosferik bozulmalarla sonuçlanır.[22] Bozulmalar fırtınalara yol açar ve bu fırtınalar yıldırım ve gök gürültüsü ile sonuçlandığında bunlara "gök gürültülü fırtına" denir.
Yıldırım ayrıca toz fırtınaları, orman yangınları, hortumlar, volkanik patlamalar ve hatta yıldırımın "kar fırtınası şimşeği" (thundersnow) olarak bilindiği kış soğuklarında da meydana gelebilir.[23][24] Kasırgalar genellikle, merkezden 160 km (99 mil) uzaklıktaki yağış bantlarında olmak üzere, bir miktar yıldırım üretir.[25][26][27]
2019-20 Avustralya orman yangını sezonunda görülenler gibi şiddetli orman yangınları, kendi yıldırım (yangın şimşeği olarak da adlandırılır) ve diğer hava olaylarını üretebilen kendi hava sistemlerini yaratabilir.[28] Bir yangından gelen yoğun ısı, havanın duman sütunu içinde hızla yükselmesine neden olarak pirokümülonimbus bulutlarının oluşumuna yol açar. Bu türbülanslı, yükselen hava tarafından soğuk hava içeri çekilir ve sütunun soğumasına yardımcı olur. Yükselen sütun, yüksek irtifadaki daha düşük atmosferik basınç ile daha da soğur ve içindeki nemin buluta yoğunlaşmasına izin verir. Pirokümülonimbus bulutları kararsız bir atmosferde oluşur. Bu hava sistemleri kuru şimşek, ateş hortumları, şiddetli rüzgarlar ve kirli dolu üretebilir.[28]
Atmosferin termodinamik ve dinamik koşullarının yanı sıra, aerosol (örneğin toz veya duman) bileşiminin de bir fırtınadaki yıldırım çakmalarının sıklığını etkilediği düşünülmektedir.[29] Bunun somut bir örneği, gemi yolları boyunca nispeten yüksek yıldırım sıklığının görülmesidir.[30]
Uçak izlerinin (contrails) de yıldırımı küçük bir ölçüde etkilediği gözlemlenmiştir. Uçakların su buharı yoğun izleri, atmosferde daha düşük dirençli bir yol sağlayarak bir yıldırım çakmasının takip edeceği iyonik bir yolun kurulmasında bir miktar etkiye sahip olabilir.[31] Roket egzoz dumanları, kalkıştan kısa bir süre sonra Apollo 12 roketine çarptığına tanık olunduğunda yıldırım için bir yol sağlamıştır.
Termonükleer patlamalar, elektriksel iletim için ekstra malzeme sağlayarak ve çok türbülanslı yerel bir atmosfer yaratarak, mantar bulutu içinde yıldırım çakmalarını tetikleyebilir. Ek olarak, büyük nükleer patlamalardan gelen yoğun gama radyasyonu, Compton saçılması yoluyla çevredeki havada yoğun şekilde yüklü bölgeler oluşturabilir. Yoğun şekilde yüklü uzay yükü bölgeleri, cihaz patladıktan kısa bir süre sonra birden fazla açık hava yıldırım boşalması yaratır.[32]
Süpernovalar tarafından üretilen bazı yüksek enerjili kozmik ışınların yanı sıra güneş rüzgarından gelen güneş parçacıkları atmosfere girer ve havayı elektriklendirir, bu da yıldırım kanalları için yollar oluşturabilir.[33]
Yük ayrımı
Fırtınalarda yük ayrımı
Şarj sürecinin detayları bilim insanları tarafından hala incelenmektedir, ancak elektriklenme olarak da bilinen fırtına yük ayrımının bazı temel kavramları üzerinde genel bir uzlaşı vardır. Elektriklenme, çarpışan cisimler arasında elektron veya iyon transferine yol açan triboelektrik etki ile olabilir.
Bir fırtınadaki ana şarj alanı, havanın hızla yukarı doğru hareket ettiği (yükselim) ve sıcaklıkların -15 ila -25 °C (5 ila -13 °F) arasında değiştiği fırtınanın orta kısmında meydana gelir; Şekil 1'e bakın. Bu alanda, sıcaklık ve hızlı yukarı doğru hava hareketinin birleşimi, aşırı soğumuş bulut damlacıkları (donma noktasının altındaki küçük su damlacıkları), küçük buz kristalleri ve graupel'den (yumuşak dolu) oluşan bir karışım üretir. Yükselim, aşırı soğumuş bulut damlacıklarını ve çok küçük buz kristallerini yukarı taşır. Aynı zamanda, oldukça daha büyük ve daha yoğun olan graupel, düşme veya yükselen havada asılı kalma eğilimindedir.[34]
Bulut parçacıklarının hareketindeki farklılıklar çarpışmaların meydana gelmesine neden olur. Yükselen buz kristalleri graupel ile çarpıştığında, buz kristalleri pozitif, graupel ise negatif yüklü hale gelir; Şekil 2'ye bakın. Yükselim, pozitif yüklü buz kristallerini fırtına bulutunun tepesine doğru yukarı taşır. Daha büyük ve daha yoğun olan graupel, ya fırtına bulutunun ortasında asılı kalır ya da fırtınanın alt kısmına doğru düşer.[34] Tipik olarak, fırtına bulutunun üst kısmı pozitif, orta ve alt kısmı ise negatif yüklü hale gelir.[34][35] Bulut parçacığı çarpışmaları sonucu oluşan yukarıdaki yük ayrımı süreci normalde endüktif olmayan şarj mekanizması olarak adlandırılır.[36]
Fırtına içindeki yukarı doğru hareketler ve atmosferin üst seviyelerindeki rüzgarlar, fırtına bulutunun üst kısmındaki küçük buz kristallerinin (ve pozitif yükün) yatay olarak fırtına bulutu tabanından bir miktar uzağa yayılmasına neden olma eğilimindedir. Fırtına bulutunun bu kısmına örs denir. Bu, fırtına bulutu için ana şarj süreci olsa da, bu yüklerin bir kısmı fırtına içindeki hava hareketleri (yükselimler ve alçalımlar) tarafından yeniden dağıtılabilir. Ek olarak, yağış ve daha sıcak sıcaklıklar nedeniyle fırtına bulutunun dibine yakın küçük ama önemli bir pozitif yük birikimi vardır.[34] Pozitif-negatif-pozitif yük bölgeleri genellikle olgun fırtınalarda meydana gelir ve tripolar yük yapısı olarak adlandırılır.[36]
Fırtınalarda rol oynayabilecek başka şarj süreçleri de vardır, ancak bunların genellikle daha az önemli olduğu düşünülmektedir. İndüktif bir şarj mekanizması incelenmiştir ve bu, açık hava elektrik alanının varlığında bulut damlacıklarının polarizasyonundan kaynaklanacaktır.[36] Ayrıca, şarj edilmemiş, çarpışan su damlacıklarının, bir fırtınada var olabileceği gibi bir elektrik alanındaki yük transferi (sulu iyonlar olarak) nedeniyle şarj olabileceği belirtilmiştir.[37]
Saf sıvı sudaki indüklenmiş yük ayrımı, 1840'lardan beri bilinmektedir; tıpkı saf sıvı suyun triboelektrik etki ile elektriklenmesi gibi.[38] William Thomson (Lord Kelvin), su içindeki yük ayrımının Dünya yüzeyindeki olağan elektrik alanlarında meydana geldiğini göstermiş ve bu bilgiyi kullanarak sürekli bir elektrik alanı ölçüm cihazı geliştirmiştir.[39] Sıvı su kullanılarak yükün farklı bölgelere fiziksel ayrımı Kelvin tarafından Kelvin su damlatıcı ile gösterilmiştir. Yük taşıyan en olası türlerin sulu hidrojen iyonu ve sulu hidroksit iyonu olduğu düşünülmüştür.[40] Bir elektron, fırtınalarda yer alan zaman ölçekleri için hidroksit iyonu artı çözünmüş hidrojen ile ilgili olarak sıvı suda kararlı değildir.[41] Katı su buzunun elektriksel şarjı da düşünülmüştür. Yüklü türlerin yine hidrojen iyonu ve hidroksit iyonu olduğu düşünülmüştür.[42][43]
Bir elektrik alanı kurmak
Ana madde: Fırtına
Elektrostatik bir boşalmanın meydana gelebilmesi için iki ön koşul gereklidir: birincisi, uzayın iki bölgesi arasında yeterince yüksek bir potansiyel farkı mevcut olmalı ve ikincisi, yüksek dirençli bir ortam karşıt yüklerin serbest, engelsiz dengelenmesini engellemelidir. Atmosfer, zıt kutuplu yüklü bölgeler arasındaki serbest dengelenmeyi önleyen elektriksel yalıtımı veya bariyeri sağlar. Bu arada, bir fırtına, bulutun belirli bölgelerinde yük ayrımı ve toplanmasını sağlayabilir.[44]
Yerel elektrik alanı nemli havanın dielektrik dayanımını (yaklaşık 3 MV/m) aştığında, elektriksel boşalma bir vuruşla sonuçlanır ve genellikle aynı yoldan dallanan orantılı boşalmalar onu takip eder. Yüklerin yıldırıma dönüşmesine neden olan mekanizmalar hala bilimsel araştırmaların konusudur.[45][46] 2016 yılında yapılan bir çalışma, dielektrik bozulmanın söz konusu olduğunu doğrulamıştır.[47] Yıldırım, sıcak nem dolu havanın elektrik alanları içindeki sirkülasyonundan kaynaklanabilir.[48] Buz veya su parçacıkları, bir Van de Graaff jeneratöründeki gibi yük biriktirir.[49]
Bir fırtına bulutu Dünya yüzeyi üzerinde hareket ederken, bulutun altındaki Dünya yüzeyinde eşit miktarda ancak zıt kutuplu bir elektrik yükü indüklenir. Sabit bir noktaya karşı ölçüldüğünde indüklenen pozitif yüzey yükü, fırtına bulutu yaklaştıkça küçük olacak, fırtınanın merkezi ulaştıkça artacak ve fırtına bulutu geçtikçe düşecektir. İndüklenen yüzey yükünün referans değeri kabaca bir çan eğrisi olarak temsil edilebilir.
Zıt yüklü bölgeler, aralarındaki hava içinde bir elektrik alanı yaratır. Bu elektrik alanı, fırtına bulutunun tabanındaki yüzey yükünün gücüne göre değişir; biriken yük ne kadar büyükse, elektrik alanı o kadar yüksek olur.
Flaşlar ve vuruşlar olarak elektriksel boşalma
Yıldırımdaki yük taşıyıcı esas olarak bir plazmadaki elektronlardır.[50] Sıvı su veya katı su ile ilişkili iyonlar (pozitif hidrojen iyonu ve negatif hidroksit iyonu) olarak yükten, yıldırım ile ilişkili elektronlar olarak yüke geçme süreci, bir tür elektro-kimyayı, yani kimyasal türlerin oksidasyonunu ve/veya redüksiyonunu içermelidir.[51]
Yıldırımın en iyi incelenen ve anlaşılan biçimi bulut-yer (CG) yıldırımdır. Daha yaygın olmasına rağmen, bulut içi (IC) ve bulutlar arası (CC) flaşların incelenmesi zordur çünkü bulutların içinde izlenecek sabit noktalar yoktur. Ayrıca, yıldırımın aynı noktaya tekrar tekrar ve tutarlı bir şekilde çarpma olasılığının çok düşük olması nedeniyle, yüksek CG sıklığına sahip bölgelerde bile bilimsel sorgulama zordur.
Yıldırım liderleri
Tam olarak anlaşılamayan bir süreçte, fırtına bulutundaki zıt yüklü bölgeler arasında "lider" adı verilen çift yönlü bir iyonize hava kanalı başlatılır. Liderler, iyonize gazın elektriksel olarak iletken kanallarıdır ve lider ucunun zıt yüküne sahip bölgelere doğru ilerlerler veya bu bölgelere çekilirler. Çift yönlü liderin negatif ucu, bulutun içindeki kuyu olarak da adlandırılan pozitif bir yük bölgesini doldururken, pozitif ucu negatif bir yük kuyusunu doldurur. Liderler genellikle bölünerek ağaç benzeri bir desen oluştururlar.[52] Ayrıca, negatif ve bazı pozitif liderler "basamaklanma" adı verilen bir süreçle kesintili bir şekilde hareket ederler. Liderlerin ortaya çıkan sarsıntılı hareketi, yıldırım flaşlarının ağır çekim videolarında kolayca gözlemlenebilir.
Liderin bir ucunun, diğer uç hala aktifken zıt yüklü kuyuyu tamamen doldurması mümkündür. Bu gerçekleştiğinde, kuyuyu dolduran lider ucu fırtına bulutunun dışına yayılabilir ve ya bulut-hava flaşı ya da bulut-yer flaşı ile sonuçlanabilir. Tipik bir bulut-yer flaşında, bir fırtına bulutundaki ana negatif ve alt pozitif yük bölgeleri arasında çift yönlü bir lider başlar. Daha zayıf pozitif yük bölgesi, negatif lider tarafından hızla doldurulur ve bu lider daha sonra indüktif olarak şarj edilmiş yere doğru ilerler.
Pozitif ve negatif yüklü liderler zıt yönlerde, pozitif bulut içinde yukarıya ve negatif yere doğru ilerler. Her iki iyonik kanal da ilgili yönlerinde bir dizi ardışık patlama ile ilerler. Her lider, lider uçlarında iyonları "havuzlar", bir veya daha fazla yeni lider fırlatır, yüklü iyonları yoğunlaştırmak için kısa süreliğine tekrar havuzlanır, ardından başka bir lider fırlatır. Negatif lider aşağı doğru ilerledikçe yayılmaya ve bölünmeye devam eder, genellikle Dünya yüzeyine yaklaştıkça hızlanır.
"Havuzlar" arasındaki iyonik kanal uzunluklarının yaklaşık %90'ı yaklaşık 45 m (148 ft) uzunluğundadır.[53] İyonik kanalın kurulması, birkaç düzine mikrosaniye içinde meydana gelen sonuçta ortaya çıkan boşalmaya kıyasla nispeten uzun bir zaman (yüzlerce milisaniye) alır. Kanalı kurmak için gereken ve onlarca veya yüzlerce amper ile ölçülen elektrik akımı, boşalma sırasındaki sonraki akımların yanında sönük kalır.
Yıldırım liderinin başlatılması tam olarak anlaşılamamıştır. Fırtına bulutu içindeki elektrik alanı gücü, bu süreci tek başına başlatmak için genellikle yeterince büyük değildir.[54] Birçok hipotez önerilmiştir. Bir hipotez, kozmik ışınlar tarafından göreli elektron duşlarının yaratıldığını ve daha sonra kaçak bozulma adı verilen bir süreçle daha yüksek hızlara hızlandırıldığını öne sürmektedir. Bu göreli elektronlar çarpışıp nötr hava moleküllerini iyonize ettikçe, lider oluşumunu başlatırlar. Başka bir hipotez, uzatılmış su damlacıkları veya buz kristallerinin yakınında oluşan yerel olarak artırılmış elektrik alanlarını içerir.[55] Sızma teorisi, özellikle yanlı sızma durumu için,[56] [açıklama gerekli] yıldırım çarpmalarına benzer bağlantılı yapıların evrimini üreten rastgele bağlantı olgularını tanımlar. Bir flama çığı modeli,[57] yakın zamanda fırtınalar sırasında LOFAR tarafından alınan gözlemsel verilerle desteklenmiştir.[58][59]
Yukarı doğru flamalar
Basamaklı bir lider yere yaklaştığında, yerdeki zıt yüklerin varlığı elektrik alanının gücünü artırır. Elektrik alanı, tepeleri fırtına bulutunun tabanına en yakın olan ağaçlar ve uzun binalar gibi topraklanmış nesnelerde en güçlüdür. Elektrik alanı yeterince güçlüyse, bu noktalardan pozitif veya yukarı doğru flama adı verilen pozitif yüklü bir iyonik kanal gelişebilir. Bu ilk kez Heinz Kasemir tarafından teorize edilmiştir.[60][61][62]
Negatif yüklü liderler yaklaştıkça ve yerel elektrik alanı gücünü artırdıkça, zaten korona deşarjı yaşayan topraklanmış nesneler bir eşiği aşacak ve yukarı doğru flamalar oluşturacaktır.
Bağlanma
Aşağı doğru bir lider mevcut yukarı doğru bir liderle bağlandığında, bağlanma olarak adlandırılan bir süreçle, düşük dirençli bir yol oluşturulur ve boşalma meydana gelebilir. Bağlanmamış flamaların açıkça görülebildiği fotoğraflar çekilmiştir. Bağlanmamış aşağı doğru liderler, dallanmış yıldırımda da görülebilir; bunların hiçbiri Dünya'ya bağlı değildir, ancak öyle görünebilirler. Yüksek hızlı videolar, devam eden bağlanma sürecini gösterebilir.[63]
Boşalma – Geri dönüş vuruşu
"Geri dönüş vuruşu" buraya yönlendirir. Diğer kullanımlar için Geri dönüş vuruşu (anlam ayrımı) sayfasına bakın.
İletken bir kanal, buluttaki negatif yük fazlası ile aşağıdaki pozitif yüzey yükü fazlası arasındaki hava boşluğunu köprülediğinde, yıldırım kanalı boyunca dirençte büyük bir düşüş olur. Elektronlar, bağlanma noktasında başlayan ve tüm lider ağı boyunca ışık hızının üçte birine kadar genişleyen bir bölgede hızla hızlanır.[64] Bu "geri dönüş vuruşu"dur ve yıldırım boşalmasının en parlak ve fark edilebilir kısmıdır.
Elektronlar vuruş noktasından çevreye doğru akarken pozitif yer yükünü nötralize ederek buluttan yere doğru plazma kanalı boyunca büyük bir elektrik yükü akar. Bu devasa akım dalgalanması, yer yüzeyi boyunca büyük radyal voltaj farkları yaratır. Adım potansiyelleri olarak adlandırılan bu farklar,[kaynak belirtilmeli] bir grup insanda veya diğer hayvanlarda vuruşun kendisinden daha fazla yaralanmaya ve ölüme neden olur.[65] Elektrik, kendisine sunulan her yolu kullanır.[66] Bu tür adım potansiyelleri genellikle akımın bir bacaktan girip diğerinden çıkmasına neden olarak, yıldırımın çarptığı noktanın yakınında duran şanssız bir insanı veya hayvanı elektrik çarpmasına neden olur.
Geri dönüş vuruşunun elektrik akımı, genellikle "negatif CG" yıldırım olarak adlandırılan tipik bir negatif CG flaşı için ortalama 30 kiloamperdir. Bazı durumlarda, bir bulut-yer (GC) yıldırım flaşı, bir fırtınanın altındaki yerdeki pozitif yüklü bir bölgeden kaynaklanabilir. Bu boşalmalar genellikle iletişim antenleri gibi çok uzun yapıların tepelerinden kaynaklanır. Geri dönüş vuruşu akımının ilerleme hızının yaklaşık 100.000 km/s (ışık hızının üçte biri) olduğu bulunmuştur.[67] Tipik bir bulut-yer yıldırım flaşı, bulutun içinden yerin yüzeyine kadar havada 5 km'den (3,1 mil) uzun, elektriksel olarak iletken bir plazma kanalının oluşumuyla sonuçlanır.[68]
Geri dönüş vuruşu sırasında meydana gelen devasa elektrik akımı akışı, gerçekleşme oranıyla (mikrosaniyelerle ölçülür) birleştiğinde, tamamlanan lider kanalını hızla aşırı ısıtarak yüksek derecede elektriksel olarak iletken bir plazma kanalı oluşturur. Geri dönüş vuruşu sırasında plazmanın çekirdek sıcaklığı 27.800 °C'yi (50.000 °F) aşabilir,[69] bu da onun parlak, mavi-beyaz bir renkle parlamasına neden olur. Elektrik akımı akmayı bıraktığında kanal soğur ve onlarca veya yüzlerce milisaniye içinde dağılır, genellikle parlayan gazın parçalanmış yamaları olarak kaybolur. Geri dönüş vuruşu sırasındaki neredeyse anlık ısınma, havanın patlayıcı bir şekilde genişlemesine neden olarak gök gürültüsü olarak duyulan güçlü bir şok dalgası üretir.
Boşalma – Tekrar vuruş
Yüksek hızlı videolar (kare kare incelenmiştir), çoğu negatif CG yıldırım flaşının 3 veya 4 ayrı vuruştan oluştuğunu, ancak 30'a kadar çıkabileceğini göstermektedir.[70]
Her tekrar vuruş, buluttaki diğer yüklü bölgeler sonraki vuruşlarda boşaltıldığı için, tipik olarak 40 ila 50 milisaniye gibi nispeten büyük bir zaman aralığı ile ayrılır. Tekrar vuruşlar genellikle fark edilebilir bir "strobe ışığı" etkisi yaratır.[71]
Birden fazla geri dönüş vuruşunun neden aynı yıldırım kanalını kullandığını anlamak için, negatif liderin yere bağlantısını takiben tipik bir yer flaşının etkili bir şekilde dönüştüğü pozitif liderlerin davranışını anlamak gerekir. Pozitif liderler, negatif liderlerden daha hızlı bozunur. Tam olarak anlaşılamayan nedenlerden dolayı, çift yönlü liderler, negatif ucun lider ağını yeniden iyonize etmeye çalıştığı bozunmuş pozitif liderlerin uçlarında başlama eğilimindedir. Geri tepme liderleri olarak da adlandırılan bu liderler, genellikle oluştuktan kısa bir süre sonra bozunurlar. Ana lider ağının iletken bir kısmı ile temas kurmayı başardıklarında, geri dönüş vuruşu benzeri bir süreç meydana gelir ve bir dart lideri orijinal liderin tümü veya bir kısmı boyunca seyahat eder. Yere bağlantı kuran dart liderleri, sonraki geri dönüş vuruşlarının çoğuna neden olan şeydir.[72]
Her ardışık vuruştan önce, ilk geri dönüş vuruşundan daha hızlı yükselme süresine ancak daha düşük genliğe sahip ara dart lider vuruşları gelir. Her sonraki vuruş genellikle bir öncekinin kullandığı boşalma kanalını yeniden kullanır, ancak rüzgar sıcak kanalı yerinden kaydırdığı için kanal önceki konumundan sapmış olabilir.[73]
Geri tepme ve dart lider süreçleri negatif liderlerde meydana gelmediğinden, sonraki geri dönüş vuruşları makalenin ilerleyen kısımlarında açıklanan pozitif yer flaşlarında aynı kanalı çok nadiren kullanır.[72]
Boşalma – Flaş sırasında geçici akımlar
Tipik bir negatif CG yıldırım boşalmasındaki elektrik akımı, 1-10 mikrosaniyede tepe değerine çok hızlı yükselir, ardından 50-200 mikrosaniye boyunca daha yavaş düşer. Bir yıldırım flaşındaki akımın geçici doğası, yer tabanlı yapıların etkin korunmasında ele alınması gereken birkaç fenomene yol açar. Hızla değişen (alternatif) akımlar, bir hortumdan akan su gibi tüm iletken boyunca "içinden akan" doğru akımların aksine, deri etkisi denilen olayla bir iletkenin yüzeyinde seyahat etme eğilimindedir. Bu nedenle, tesislerin korunmasında kullanılan iletkenler, birbirine örülmüş küçük tellerle çok telli olma eğilimindedir. Bu, sabit bir toplam kesit alanı için, toplam demet yüzey alanını bireysel tel yarıçapıyla ters orantılı olarak artırır.
Hızla değişen akımlar ayrıca iyonik kanaldan dışarı doğru yayılan elektromanyetik darbeler (EMP'ler) oluşturur. Bu, tüm elektriksel boşalmaların bir özelliğidir. Yayılan darbeler, kökenlerinden uzaklıkları arttıkça hızla zayıflar. Ancak, güç hatları, iletişim hatları veya metalik borular gibi iletken elementlerin üzerinden geçerlerse, bitiş noktasına doğru dışarıya doğru hareket eden bir akım indükleyebilirler. Dalgalanma akımı, dalgalanma empedansı ile ters orantılıdır: empedans ne kadar yüksekse, akım o kadar düşüktür.[74] Hassas elektroniklerin, elektrikli cihazların veya elektrik motorlarının yok olmasına neden olan genellikle bu dalgalanmadır. Bu hatlara paralel olarak bağlanan aşırı gerilim koruyucular (SPD) veya geçici voltaj dalgalanma bastırıcılar (TVSS) olarak bilinen cihazlar, yıldırım flaşının geçici düzensiz akımını tespit edebilir ve fiziksel özelliklerinin değişimi yoluyla ani yükselmeyi bağlı bir topraklama hattına yönlendirerek ekipmanı hasardan koruyabilir.
Dağılım, sıklık ve özellikler
Ana madde: Yıldırım dağılımı
Küresel izleme, Dünya'daki yıldırımın saniyede ortalama yaklaşık 44 (± 5) kez meydana geldiğini ve bunun yılda yaklaşık 1,4 milyar flaşa tekabül ettiğini göstermektedir.[76] Medyan süre, yaklaşık 60 ila 70 mikrosaniyelik birkaç çok daha kısa flaştan (vuruş) oluşan 0,52 saniyedir.[78] Olaylar gezegen genelinde eşit olmayan bir şekilde dağılmıştır; yaklaşık %70'i atmosferik konveksiyonun en fazla olduğu tropik bölgelerdeki karalar üzerindedir.[79]
Dünyanın belirli bir bölgesindeki tipik bir yıldırım flaşının sıklığını, dağılımını, gücünü ve fiziksel özelliklerini birçok faktör etkiler. Bu faktörler arasında yer yüksekliği, enlem, hakim rüzgar akımları, bağıl nem ve sıcak ve soğuk su kütlelerine yakınlık bulunur.[kaynak belirtilmeli]
Yıldırım genellikle, tabanları tipik olarak yerden 1-2 km (0,62-1,24 mil) yukarıda ve tepeleri 15 km (9,3 mil) yüksekliğe kadar çıkan kümülonimbus bulutları tarafından üretilir.
Genel olarak, CG yıldırım flaşları dünya çapındaki tüm yıldırım flaşlarının sadece %25'ini oluşturur. Bulut içi, bulutlar arası ve bulut-yer yıldırımının oranları da enleme göre mevsime göre değişebilir.[80][81] Donma seviyesinin atmosferde genellikle daha yüksek olduğu tropik bölgelerde, yıldırım flaşlarının sadece %10'u CG'dir. Donma yüksekliğinin daha düşük olduğu Norveç enleminde (yaklaşık 60° Kuzey enlemi), yıldırımın %50'si CG'dir.[82][83]
Dünya'da yıldırımın en sık meydana geldiği yer, Catatumbo yıldırım fenomeninin günde 250 yıldırım cıvatası ürettiği Maracaibo Gölü üzerindedir.[84] Bu aktivite yılda ortalama 297 gün meydana gelir.[85] İkinci en yüksek yıldırım yoğunluğu, yüksekliğin yaklaşık 975 m (3.200 ft) olduğu Demokratik Kongo Cumhuriyeti'nin doğusundaki dağlarda bulunan Kifuka köyü yakınlarındadır.[86] Bu bölge yılda ortalama kilometrekare başına 158 yıldırım çarpmalıdır (yılda 410/mil kare).[87] Diğer yıldırım sıcak noktaları arasında Singapur[88] ve Orta Florida'daki Yıldırım Sokağı (Lightning Alley) bulunur.[89][90]
Florida Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, gözlemlenen 10 flaşın nihai tek boyutlu hızlarının 1,0×10 5 ile 1,4×10 6 m/s arasında olduğunu, ortalamasının ise 4,4×10 5 m/s olduğunu bulmuşlardır.[91]
Megaflaşlar
Alışılmadık derecede uzun bir yıldırım cıvatasına bazen megaflaş denir. Amerikan Meteoroloji Derneği, megaflaşı "yaklaşık 100 km veya daha fazla yatay yol uzunluğuna sahip sürekli bir mezös ölçekli yıldırım flaşı" olarak tanımlar. Uzun mesafeleri nedeniyle, bir megaflaşın süresi de uzundur, tipik olarak 5 saniyeden fazladır.[92] Megaflaşlar, yavaşça boşalan geniş elektrifikasyonlu bulutlardan kaynaklanır; bunlar sıradan fırtınalarda değil, sadece mezös ölçekli konvektif sistemlerde meydana gelir. 2022 itibariyle, megaflaşlar sadece Kuzey Amerika'nın Büyük Ovaları'nda ve Güney Amerika'nın Río de la Plata Havzası'nda gözlemlenmiştir.[75] Bunun nedeni, kısmen, dünyanın sadece bir kısmının megaflaşları tespit etmek için gereken uydu enstrümanıyla gözlemlenmesidir. 2022'de Meteosat Üçüncü Nesil uydusunun fırlatılması, bu kapsamı Afrika ve Avrupa'yı içerecek şekilde artırmıştır.
Dünya Meteoroloji Örgütü'ne göre, 29 Nisan 2020'de ABD'nin güneyinde 768 km (477,2 mil) uzunluğunda bir cıvata gözlemlenmiştir — bu, önceki mesafe rekorundan (güney Brezilya, 31 Ekim 2018) altmış km (37 mil) daha uzundur. Uruguay ve kuzey Arjantin'deki tek bir flaş, 18 Haziran 2020'de 17,1 saniye sürmüştür — bu, önceki rekorun (4 Mart 2019, yine kuzey Arjantin'de) 0,37 saniye üzerindedir.[93] 2025'te bilim insanları, gözlemlenen en uzun flaşın Ekim 2017'de Teksas ve Kansas genelinde meydana geldiğini ve 829 km (515 mil) ölçüldüğünü keşfettiler.[94][95] NOAA'nın Jeostasyonel Yıldırım Eşleyicisi (Geostationary Lightning Mapper) tarafından tespit edilen flaş, beş eyalette yere temas etmiştir.[96]
Dünya dışı
Yıldırım, Jüpiter, Satürn[97] gibi Dünya dışındaki gezegenlerin atmosferlerinde ve muhtemelen Uranüs ve Neptün'de[97] gözlemlenmiştir. Jüpiter'deki yıldırım, aynı mekanizma ile üretiliyor gibi görünmesine rağmen, Dünya'dakinden çok daha enerjiktir. Yakın zamanda, Jüpiter'de amonyak içeren "mushballs"tan kaynaklandığı düşünülen yeni bir yıldırım türü tespit edildi.[98] Satürn'de, başlangıçta "Satürn Elektrostatik Boşalması" olarak adlandırılan yıldırım, Voyager 1 görevi tarafından keşfedilmiştir.[97]
Venüs'teki yıldırım, onlarca yıllık çalışmadan sonra tartışmalı bir konu olmuştur. 1970'ler ve 1980'lerdeki Sovyet Venera ve ABD Pioneer görevleri sırasında, üst atmosferde yıldırımın mevcut olabileceğini düşündüren sinyaller tespit edilmiştir.[99] Kısa süreli Cassini-Huygens Venüs uçuşu (1999) hiçbir yıldırım belirtisi tespit etmemiştir, ancak Venüs Express uzay aracının (Nisan 2006'da Venüs'ün yörüngesine girmeye başlayan) kaydettiği radyo darbeleri Venüs'teki yıldırımdan kaynaklanıyor olabilir.[100]
2025'te araştırmacılar, Mars 2020 keşif aracı Perseverance'daki bir mikrofon tarafından Mars'ta olası yıldırım tespitini rapor ettiler.[101][102] 2009'da önceki araştırmacılar Mars'ta büyük ölçekli elektrik boşalma olaylarının tespit edildiğini rapor etmişlerdi, ancak sonraki araştırmacılar bulgularını yeniden üretemediler.[103]
Etkiler
Bir yıldırım çarpması, çok kısa ışık, ses ve elektromanyetik radyasyon yayılımı dahil olmak üzere geçici; ölüm, hasar ve atmosferik ve çevresel değişiklikler gibi uzun ömürlü bir dizi etkiyi serbest bırakabilir.
Yaralanma, hasar ve yıkım
Ana madde: Yıldırım çarpması
Bir yıldırım çarpmasında aktarılan muazzam miktarda enerji, çok sayıda alanda potansiyel olarak yıkıcı etkiye sahip olabilir.
Doğaya
Yıldırımın çarptığı nesneler büyük ölçekte ısı ve manyetik kuvvetler yaşar. Sonuç olarak:
Yıldırım akımlarının bir ağaçtan geçmesiyle oluşan ısı, özsuyunu buharlaştırarak kabuğu koparan ve hatta gövdeyi patlatan bir buhar patlamasına neden olabilir.
Benzer şekilde, kırılmış bir kayadaki su hızla ısıtılarak daha fazla ayrılmasına neden olabilir.[104][105]
Çarpılan bir ağaç alev alabilir veya bir orman yangını başlayabilir. Aşağıdaki yangın şimşeğine de bakın.
Yıldırım kumlu toprakta ilerlerken, plazma kanalını çevreleyen toprak eriyerek fulgurit adı verilen tüp benzeri yapılar oluşturabilir.
İnsan yapımı yapılara ve içeriklerine
Yıldırım yere engelsiz yollar aradığından, yıldırımın çarptığı binalar veya uzun yapılar hasar görebilir. Bir yıldırım çarpmasını güvenli bir şekilde yere ileterek, genellikle en az bir paratoner içeren bir yıldırım koruma sistemi, ciddi mülk hasarı olasılığını büyük ölçüde azaltabilir. Elektrikli ekipmanlara zarar verme veya onları yok etme ya da yangın çıkarma riski taşıyan yıldırım kaynaklı elektriksel dalgalanmalardan elektrik tesisatlarını korumaya yardımcı olmak için ek veya alternatif olarak aşırı gerilim koruma cihazları (SPD) kullanılabilir. Elektriksel yangınlar elbette sadece yapıları değil, içindeki tüm varlıkları, kişisel eşyaları ve canlıları (insanlar, evcil hayvanlar ve çiftlik hayvanları) tehdit eder. Bir binanın veya yapının ne tür bir koruma sistemine ihtiyaç duyduğu, bir risk değerlendirmesi ile belirlenir. Yapılara yönelik tehditler sadece yapının kendisine doğrudan çarpmalardan değil, aynı zamanda bağlı elektriksel olarak iletken hizmetlere (elektrik güç hatları; iletişim hatları; su/gaz boruları) veya hatta yere yayıldıkça bir hizmet bağlantısına ulaşabilecek bir dalgalanmanın olduğu çevreye yapılan doğrudan veya dolaylı çarpmalardan da kaynaklanır.
Uçaklara
Uçaklar, metalik gövdeleri nedeniyle çarpılmaya karşı son derece hassastır, ancak yıldırım çarpmaları genellikle onlar için tehlikeli değildir.[106] Alüminyum alaşımının iletken özellikleri nedeniyle, gövde bir Faraday kafesi görevi görür. Günümüz uçakları yıldırım çarpmasına karşı güvenli olacak şekilde inşa edilmiştir ve yolcular genellikle bunun gerçekleştiğini bile fark etmeyecektir. Bununla birlikte, yıldırım çarpmalarının yakıt buharını tutuşturabileceğine ve patlamaya neden olabileceğine dair şüpheler olmuştur [kaynak belirtilmeli] ve yakındaki yıldırım pilotu anlık olarak kör edebilir ve manyetik pusulalarda kalıcı hatalara neden olabilir.[107]
Canlılara
Yıldırım çarpan insanların yüzde 90'ı hayatta kalsa da,[108] yıldırım çarpan insanlar ve diğer hayvanlar iç organ ve sinir sistemi hasarı nedeniyle ciddi yaralanmalar yaşayabilir.
Gürültü (gök gürültüsü)
Ana madde: Gök gürültüsü
Karasal yıldırımın elektrostatik boşalması, boşalma kanalı boyunca havayı kısa sürede plazma sıcaklıklarına kadar aşırı ısıttığından, kinetik teori gaz moleküllerinin hızlı bir basınç artışına uğradığını ve dolayısıyla yıldırımdan dışarı doğru genişleyerek gök gürültüsü olarak duyulabilir bir şok dalgası yarattığını öngörür. Ses dalgaları tek bir nokta kaynağından değil, yıldırımın yolu boyunca yayıldığından, ses kaynağının gözlemciden değişen uzaklıkları yuvarlanma veya uğultu etkisi yaratabilir. Sonik özelliklerin algılanması, yıldırım kanalının düzensiz ve muhtemelen dallanan geometrisi, araziden gelen akustik yankılanma ve yıldırım çarpmasının genellikle çoklu vuruş karakteri gibi faktörlerle daha da karmaşıklaşır.[109] Gök gürültüsü, uzun bir vuruşun farklı bölümlerinden gelen ses farklı zamanlarda ulaştığı için yuvarlanan, yavaşça dağılan bir uğultu olarak duyulur.[110]
Yeterli mesafedeki yıldırım görülebilir ancak duyulmayabilir; bir yıldırım fırtınasının 160 km'nin (100 mil) üzerinde bir mesafeden görülebildiğine dair veriler vardır, oysa gök gürültüsü yaklaşık 32 km (20 mil) seyahat eder. Anekdot olarak, "doğrudan tepede" veya "her yerde" olan ancak "gök gürültüsü olmayan" bir fırtınayı tanımlayan insanların birçok örneği vardır. Fırtına bulutları 20 km (12 mil) yüksekliğe kadar çıkabildiğinden,[111] bulutun yüksek kısımlarında meydana gelen yıldırım yakın görünebilir ancak aslında fark edilebilir bir gök gürültüsü üretmek için çok uzaktır.
Mesafe yaklaştırma hilesi
Işık yaklaşık 300.000.000 m/s (980.000.000 ft/s) hızla hareket ederken, ses hava içinden sadece yaklaşık 343 m/s (1.130 ft/s) hızla hareket eder. Bir gözlemci, görünür yıldırım ile onun yarattığı duyulabilir gök gürültüsü arasındaki süreyi ölçerek çarpmaya olan mesafeyi yaklaştırabilir. Gök gürültüsünden bir saniye önce gelen bir yıldırım flaşı yaklaşık 343 m (0,213 mil) uzakta olur; dolayısıyla üç saniyelik bir gecikme yaklaşık 1 km'lik (0,62 mil) bir mesafeyi gösterir; beş saniye önce gelen bir flaş ise yaklaşık 1 mil (1,6 km) mesafeyi gösterir. Sonuç olarak, çok yakın mesafede gözlemlenen bir yıldırım çarpmasına, neredeyse hiç fark edilebilir bir zaman kaybı olmadan ani bir gök gürültüsü ve muhtemelen ozon (O3) kokusu eşlik edecektir.
Elektromanyetik radyasyon ve parazit
Elektromanyetik dalgalar çeşitli dalga boylarında yayılır, en belirgin olanı görünür ışıktır – büyük parlak flaş. Bu yayılan radyasyon, kısmen havanın elektriksel direncinden kaynaklanan sıcaklık artışı nedeniyle kara cisim radyasyonundan,[112] kısmen de hala aktif olarak araştırılan diğer nedenlerden kaynaklanır.[113]
Radyo frekansı radyasyonu
Yıldırım boşalmaları, kaynaklarından binlerce kilometre uzakta alınabilen radyo frekansı elektromanyetik dalgaları üretir. Boşalma kendi başına, yaklaşık 1 ms süreli ve geniş bir spektral yoğunluğa sahip tek bir elektromanyetik darbe yaratan nispeten basit, kısa ömürlü bir dipol kaynağıdır. Yakın çevrede manyetik veya elektriksel etkileşim özelliklerine sahip malzemelerin yokluğunda, uzak bir alan bölgesinde büyük mesafelerde, elektromanyetik dalga boşalma akımının ikinci türevine orantılı olacaktır.[114] Bu, yüksek irtifa boşalmaları veya kuru bir arazi üzerindeki boşalmalarla gerçekleşir. Diğer durumlarda, çevre ortamı, spektrumunun bir kısmını emerek ve ısıya dönüştürerek veya değiştirilmiş elektromanyetik dalgalar olarak geri ileterek kaynak sinyalinin şeklini değiştirecektir.[116]
Yüksek enerjili radyasyon
Daha fazla bilgi: Karasal gama ışını flaşı
Bir yıldırım cıvatası tarafından X-ışını üretimi, 1925 gibi erken bir tarihte C.T.R. Wilson tarafından tahmin edilmiştir.[117] 2001-2002 yıllarına kadar hiçbir kanıt bulunamamıştır,[118][119][120] bu tarihte New Mexico Madencilik ve Teknoloji Enstitüsü'ndeki araştırmacılar, bir fırtına bulutuna atılan bir roketin arkasında sürünen topraklanmış bir tel boyunca indüklenmiş bir yıldırım çarpmasından X-ışını emisyonlarını tespit etmişlerdir. Aynı yıl, Florida Üniversitesi ve Florida Tech araştırmacıları, Kuzey Florida'daki bir yıldırım araştırma tesisinde, doğal yıldırımın basamaklı liderlerin yayılması sırasında büyük miktarlarda X-ışını ürettiğini doğrulamak için bir elektrik alanı ve X-ışını dedektörleri dizisi kullandılar. X-ışını emisyonlarının nedeni, yıldırımın sıcaklığının gözlemlenen X-ışınlarını açıklamak için çok düşük olması nedeniyle daha fazla araştırma konusu olarak bırakıldı.[121][122] Göreli kaçak elektron çığı mekanizması, hem X-ışını emisyonunu hem de yıldırım flaşlarının başlamasını açıklar.[123][124][125][126]
Uzay tabanlı teleskoplar tarafından yapılan bir dizi gözlem, karasal gama ışını flaşları (TGF'ler) olarak adlandırılan daha da yüksek enerjili gama ışını emisyonlarını ortaya çıkarmıştır. Bu gözlemler, özellikle 2000'lerde yıldırımda üretilen antimaddenin net imzalarının keşfi ile o zamanki yıldırım teorilerine bir meydan okuma oluşturmuştur.[127] 2010'lardaki araştırmalar, bu TGF'ler tarafından üretilen elektronlar, pozitronlar, nötronlar veya protonlar gibi ikincil türlerin birkaç on MeV'ye kadar enerjiler kazanabileceğini göstermiştir.[128][129]
Çevresel değişiklikler
Daha kalıcı veya daha uzun süreli çevresel değişiklikler aşağıdakileri içerir.
Atmosferik kimya
Yıldırımın yarattığı çok yüksek sıcaklıklar, ozon ve nitrojen oksitlerinde önemli yerel artışlara yol açar. Ilıman ve alt tropikal bölgelerdeki her yıldırım flaşı ortalama 7 kg NOx üretir.[130] Troposferde yıldırımın etkisi NOx'i %90, ozonu %30 artırabilir.[131]
Yer gübreleme
Yıldırım, havadaki iki atomlu nitrojeni yağmurla biriken ve bitkilerin ve diğer organizmaların büyümesini gübreleyebilen nitratlara oksitleyerek nitrojen döngüsünde önemli bir rol oynar.[132][133]
İndüklenmiş kalıcı manyetizma
Elektriksel yüklerin hareketi bir manyetik alan üretir (elektromanyetizmaya bakınız). Bir yıldırım boşalmasının yoğun akımları, kısa süreli ancak çok güçlü bir manyetik alan yaratır. Yıldırım akım yolu kaya, toprak veya metalden geçtiğinde, bu malzemeler kalıcı olarak mıknatıslanabilir. Bu etkiye yıldırım kaynaklı kalıcı manyetizma veya LIRM denir. Bu akımlar en az dirençli yolu izler, genellikle yüzeyin yakınında yatay olarak[134][135] ancak bazen fayların, cevher kütlelerinin veya yeraltı suyunun daha az dirençli bir yol sunduğu durumlarda dikey olarak ilerler.[136] Bir teori, antik çağlarda karşılaşılan doğal mıknatıslar olan mıknatıs taşlarının bu şekilde yaratıldığını öne sürmektedir.[137]
Yıldırım kaynaklı manyetik anomaliler yerde haritalanabilir[138][139] ve mıknatıslanmış malzemelerin analizi, yıldırımın mıknatıslanmanın kaynağı olduğunu doğrulayabilir[140] ve yıldırım boşalmasının tepe akımının bir tahminini sağlayabilir.[141]
Manyetik halüsinasyonlar
Innsbruck Üniversitesi'ndeki araştırmalar, plazma tarafından üretilen manyetik alanların, şiddetli bir yıldırım fırtınasının 200 m (660 ft) yakınında bulunan deneklerde, transkraniyal manyetik uyarım (TMS) etkilerine benzer halüsinasyonları tetikleyebileceğini hesaplamıştır.[142]
Algılama ve izleme
Ana madde: Yıldırım algılama
Bir fırtınanın yaklaşması konusunda uyarmak için icat edilen ilk dedektör yıldırım ziliydi. Benjamin Franklin evine böyle bir cihaz kurmuştu.[143][144] Dedektör, 1742'de Andrew Gordon tarafından icat edilen 'elektrik çanları' adlı elektrostatik bir cihaza dayanıyordu.
Yıldırım boşalmaları, radyo frekansı darbeleri dahil olmak üzere çok çeşitli elektromanyetik radyasyonlar üretir. Dünya-iyonosfer dalga kılavuzu elektromanyetik VLF ve ELF dalgalarını hapseder. Yıldırım çarpmaları tarafından iletilen elektromanyetik darbeler bu dalga kılavuzu içinde yayılır. Dalga kılavuzu dağıtıcıdır, bu da grup hızlarının frekansa bağlı olduğu anlamına gelir. Bir yıldırım darbesinin bitişik frekanslardaki grup zaman gecikmesi farkı, verici ile alıcı arasındaki mesafeyle orantılıdır. Yön bulma yöntemleriyle birlikte bu, yıldırım çarpmalarının kökenlerinden 10.000 km'ye kadar olan mesafelerde konumlandırılmasını sağlar. Ayrıca, Dünya-iyonosferik dalga kılavuzunun öz frekansları, yaklaşık 7,5 Hz'deki Schumann rezonansları, küresel fırtına aktivitesini belirlemek için kullanılır.[145]
Birçok ülke ülke çapında yıldırım dedektörü ağları kurmuştur. Amerika Birleşik Devletleri federal hükümeti, kıta ABD'sinde yıldırım boşalmalarının gerçek zamanlı olarak izlenmesine olanak tanıyan bu tür yıldırım dedektörlerinden oluşan ülke çapında bir şebeke inşa etmiştir.[146][147] EUCLID algılama ağı, Avrupa genelindeki birkaç ulusal ağın birleşimidir. Yıldırım algılama ağlarına sahip diğer ülke örnekleri Hindistan ve Brezilya'dır.[149][150]
Ticari ve akademik ilkelerine göre değişen bir dizi küresel algılama ağı vardır. Blitzortung (hobiler/gönüllüler tarafından sahip olunan ve işletilen 500'den fazla algılama istasyonundan oluşan özel bir küresel algılama sistemi), gerçek zamanlıya yakın yıldırım haritaları sağlar.[151] Dünya Çapında Yıldırım Konumlandırma Ağı (WWLLN), akademik liderliğindeki bir algılama sistemidir.[152] Vaisala GLD360 ağı özel bir kuruluştur.[153]
Yere dayalı yıldırım algılamaya ek olarak, uydulardaki birkaç cihaz yıldırım dağılımını gözlemlemek için inşa edilmiştir. İlk uydu tabanlı gözlemlerden bazıları 1970'lerin sonlarında yapılmıştır.[154] Yıldırımın küresel ve tropikal uzun vadeli klimatolojisi, 3 Nisan 1995'te fırlatılan OrbView-1 uydusundaki Optik Geçici Dedektör (OTD) ve 28 Kasım 1997'de fırlatılan TRMM'deki sonraki Yıldırım Görüntüleme Sensörü (LIS) tarafından gözlemlenmiştir.[155][156][157] Ayrıca, ISS, Mart 2017'den itibaren üç yıl boyunca bir LIS cihazı taşımıştır.[158]
2016'dan başlayarak, Ulusal Okyanus ve Atmosfer İdaresi (NOAA), yıldırımın varlığını gösteren optik bir sahnedeki anlık değişiklikleri tespit edebilen yakın kızılötesi optik geçici dedektörler olan Jeostasyonel Yıldırım Eşleyicisi (GLM) cihazlarıyla donatılmış Jeostasyonel Operasyonel Çevresel Uydu-R Serisi (GOES-R) hava uydularını fırlatmıştır.[159][160] Yıldırım algılama verileri, Batı Yarımküre genelinde gerçek zamanlı bir yıldırım aktivitesi haritasına dönüştürülebilir; bu haritalama tekniği Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Hava Durumu Servisi tarafından uygulanmıştır.[161] 2022'nin sonunda, EUMETSAT, Meteosat Üçüncü Nesil'de Yıldırım Görüntüleyicisini (MTG-LI) fırlatmıştır.[162] Bu, MTG-LI Avrupa ve Afrika'yı gözlemleyeceği için NOAA'nın GLM'sini tamamlar.[163]
Yapay tetikleme
Roketle tetiklenen
Yıldırım, fırtınalara tel makaraları sürükleyen özel olarak tasarlanmış roketler fırlatılarak "tetiklenebilir". Tel, roket yükseldikçe açılır ve alçalan liderleri çekebilecek yükseltilmiş bir zemin oluşturur. Bir lider bağlanırsa, tel bir yıldırım flaşının meydana gelmesi için düşük dirençli bir yol sağlar. Tel, geri dönüş akımı akışıyla buharlaşarak yerinde düz bir yıldırım plazma kanalı oluşturur. Bu yöntem, yıldırımın bilimsel araştırmasının daha kontrollü ve öngörülebilir bir şekilde gerçekleşmesine olanak tanır.[164] Camp Blanding, Florida'daki Uluslararası Yıldırım Araştırma ve Test Merkezi (ICLRT), araştırma çalışmalarında genellikle roketle tetiklenen yıldırım kullanır.
Lazerle tetiklenen
1970'lerden beri[165] araştırmacılar, yıldırımın yere iletileceği bir iyonize gaz kanalı yaratan kızılötesi veya ultraviyole lazerler aracılığıyla yıldırım çarpmalarını tetiklemeye çalışmışlardır. Yıldırımın bu şekilde tetiklenmesi, roket fırlatma rampalarını, elektrik güç tesislerini ve diğer hassas hedefleri korumayı amaçlamaktadır.[166][167][168][169][170]
ABD'nin New Mexico eyaletinde bilim insanları, yıldırıma neden olan yeni bir terawatt lazeri test ettiler. Bilim insanları, bölgedeki fırtına bulutlarında elektrik boşalmalarını çağırmak için son derece güçlü bir lazerden ultra hızlı darbeler ateşleyerek bulutlara birkaç terawatt gönderdiler. Lazerden gönderilen lazer ışınları, filamentler olarak bilinen iyonize molekül kanalları oluşturur. Yıldırım yere çarpmadan önce, filamentler elektriği bulutların içinden geçirerek paratoner rolünü oynar. Araştırmacılar, gerçek bir yıldırım çarpmasını tetiklemek için çok kısa bir süre yaşayan filamentler ürettiler. Yine de, bulutlar içinde elektriksel aktivitede bir artış kaydedildi. Deneyi yürüten Fransız ve Alman bilim insanlarına göre, lazerden gönderilen hızlı darbeler talep üzerine yıldırım çarpmalarını provoke edebilecek.[171] İstatistiksel analiz, lazer darbelerinin hedeflendiği fırtına bulutundaki elektriksel aktiviteyi gerçekten artırdığını gösterdi; aslında plazma kanallarının konumunda küçük yerel boşalmalar ürettiler.[172]
İklim değişikliği ve hava kirliliğinin etkisi
İklim değişikliği nedeniyle yıldırım değişikliklerini doğru bir şekilde tahmin etmek zordur çünkü iklim modellerinde yıldırımı tahmin eden bulut fiziği değişkenlerini (konveksiyon ve bulut buzu gibi) simüle etmek zordur.[173]
Dünyadaki yıldırımın büyük bir kısmı Afrika üzerinde meydana gelir.[174] İklim değişikliğinin kıta genelinde yıldırımı nasıl etkilediği konusunda bölgesel farklılıklar olsa da, bir çalışma ısınma ile kıta genelindeki toplam yıldırım miktarında küçük bir artış öngörmektedir. Daha spesifik olarak, yıldırımın meydana geldiği günlerde daha fazla bulut buzu ve daha güçlü konveksiyon daha fazla yıldırım çarpmasına yol açarken, yıldırımın meydana geldiği yıllık toplam gün sayısının azalacağı öngörülmektedir.[175]
Yıldırım, Kuzey ve Güney Kutupları yakınında diğer bölgelere göre çok daha az yaygındır.[176][177] Ancak gözlemler, Arktik'teki yıldırımın arttığını göstermeye başlamıştır.[178][179] ve modeller, iklim değişikliğinin gelecekte Arktik'teki yıldırım sıklığını artırmaya devam edeceğini göstermektedir.[180][181] Arktik yaz yıldırım çarpmalarının oranı, 2010'dan 2020'ye kadar dünyadaki toplam yıldırım çarpmalarına kıyasla artmıştır, bu da bölgenin yıldırımdan giderek daha fazla etkilendiğini göstermektedir.[179]
Yıldırım aktivitesi partikül emisyonları (bir hava kirliliği biçimi) tarafından artırılır.[182][183][184][185] Ancak bu, sadece bir noktaya kadar (aerosol optik derinliği = 0,3) meydana gelir. Bu eşik aşıldığında, yıldırım partiküllerdeki daha fazla artışla baskılanır.[186][187]
Yıldırım meydana geldiğinde, atmosferdeki nitrojen ve oksijen moleküllerinin parçalanmasına neden olan hızlı ısınma üretir. Bu süreç, troposferde meydana geldiğinde bir sera gazı olan ozonun üretimiyle sonuçlanabilen nitrojen oksitlerinin (NOx) oluşumuna yol açar.[188][189] Ancak yıldırım NOx, hidroksil (OH) ve hidroperoksil (HO2) radikallerinin artan miktarlarına da yol açar. Bu reaktif moleküller, metan gibi sera gazlarını parçalayan, atmosferi etkili bir şekilde temizleyen kimyasal reaksiyonları başlatır.[190][191]
Yıldırım ve iklim değişikliği geri beslemeleri
Yıldırım iklim değişikliğinden etkilendiğinden, yıldırımın iklim üzerindeki etkisinde karşılık gelen bir değişiklik vardır. Bu değişiklikler daha fazla iklim değişikliğine yol açarak bir iklim değişikliği geri beslemesi yaratabilir.[192]
Yıldırım, troposferik ozonun üretimine ve her ikisi de sera gazı ve hava kirletici olan metanın yok edilmesine yol açar. Bu nedenle, yıldırımın iklim üzerindeki net etkisi, gazların atmosfer kimyası üzerindeki etkilerinin bu ısınma ve soğuma etkisi arasındaki dengeye bağlıdır. Bu geri beslemenin tahminleri, yıldırımı tahmin etmek için kullanılan yönteme bağlı olarak değişiklik göstererek, hiçbir değişiklik (net sıfır geri besleme) veya bir ısınma etkisi (pozitif geri besleme) ile sonuçlanabilir.[193]
Yıldırım, dünya çapındaki orman yangınlarının %10'una neden olduğu tahmin edilen, orman yangınının başlıca doğal nedenidir.[194][195] Orman yangınları iklim değişikliğine katkıda bulunabilir.[196] Orman yangınları sera gazları yaydığı ve ayrıca bitki örtüsünü (ne kadar güneş ışığının yansıdığını etkiler) etkilediği için bir yıldırım-orman yangını geri beslemesi mümkündür. Birden fazla çalışma, iklim değişikliğine yanıt olarak Boreal ve Arktik yıldırım kaynaklı yangınlarda bir artış olabileceğini öne sürmektedir.[180][197] Arktik yıldırım orman yangını geri beslemesinin bitki örtüsünü ve permafrost örtüsünü de etkileyebileceğine dair kanıtlar vardır.[180][181] Yıldırımın tropik bölgelerdeki yangınlar üzerindeki etkisi belirsizliğini korumaktadır.[197]
Kültürde
Yıldırımın bilinen ilk fotoğrafı 1847'de Thomas Martin Easterly tarafından çekilmiştir.[198] Hayatta kalan ilk fotoğraf 1882'de William Nicholson Jennings tarafından çekilmiştir.[199]
Din ve mitoloji
Daha fazla bilgi: Dinlerde yıldırım
Birçok kültürde yıldırım, bir tanrının işareti veya parçası ya da kendi başına bir tanrı olarak görülmüştür. Bunlar arasında Yunan tanrısı Zeus, Aztek tanrısı Tlaloc, Maya Tanrısı K, Slav mitolojisinin Perun'u, Baltık Pērkons/Perkūnas'ı, İskandinav mitolojisinde Thor, Fin mitolojisinde Ukko, Hindu tanrısı Indra, Yoruba tanrısı Sango, İnka mitolojisinde Illapa ve Şinto tanrısı Raijin bulunur.[200] Eski Etrüskler, gök gürültüsü veya yıldırım tarafından sergilendiği varsayılan alametlere dayanarak geleceği kehanet etmek için rehberler hazırlamışlardır.[201][202] Kehanette gök gürültüsü ve yıldırımın bu şekilde kullanımı, bir tür aeromansi olan ceraunoscopy[203] olarak da bilinir. Afrika Bantu kabilelerinin geleneksel dininde yıldırım, tanrıların gazabının bir işaretidir. Yahudilik, İslam ve Hristiyanlık'taki kutsal metinler de yıldırımı doğaüstü bir öneme atfeder.
Popüler kültürde
Bazen figüratif olarak kullanılsa da, yıldırımın aynı yere asla iki kez çarpmadığı fikri yaygın bir mittir. Aslında, yıldırım aynı yere birden fazla kez çarpabilir ve genellikle çarpar. Bir fırtınadaki yıldırımın daha belirgin veya iletken nesnelere ve noktalara çarpma olasılığı daha yüksektir. Örneğin, yıldırım New York'taki Empire State Binası'na yılda ortalama 23 kez çarpar.[204][205][206]
Fransızca ve İtalyanca'da "İlk görüşte aşk" ifadesi sırasıyla coup de foudre ve colpo di fulmine'dir, bu da kelimenin tam anlamıyla "yıldırım çarpması" anlamına gelir.
Siyasi ve askeri kültür
Heraldikteki yıldırım cıvatasına şimşek denir. Bu sembol genellikle gücü ve hızı temsil eder.
Bazı siyasi partiler, Singapur'daki Halkın Eylem Partisi, 1930'lardaki İngiliz Faşistler Birliği ve 1950'lerde Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Ulusal Haklar Partisi gibi güç sembolü olarak yıldırım flaşlarını kullanır.[207] Nazi Partisi'nin paramiliter kanadı olan Schutzstaffel, logolarında şimşeği sembolize eden Sig run'unu kullanmıştır. Almanca'da "yıldırım savaşı" anlamına gelen Blitzkrieg kelimesi, İkinci Dünya Savaşı sırasında Alman ordusunun ana saldırı stratejisiydi.
Yıldırım cıvatası, askeri iletişim birimleri için yaygın bir nişandır. Yıldırım cıvatası ayrıca NATO'nun bir sinyal varlığı sembolüdür.
Ayrıca bakınız
Çevre portalı
Hava durumu portalı
Referanslar
Alıntılar
Kaynaklar
Rakov, Vladimir A.; Uman, Martin A. (2003). Lightning: Physics and effects. Cambridge, England: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-58327-5.
Uman, Martin A. (1986). All About Lightning. Dover Publications, Inc. pp. 103–110. ISBN 978-0-486-25237-7.
Bu makale Understanding Lightning: Thunderstorm Electrification. National Oceanic and Atmospheric Administration. kaynağından kamu malı materyal içermektedir.
Daha fazla okuma
Anders, André (2003). "Tracking Down the Origin of Arc Plasma Science I. Early Pulsed and Oscillating Discharges". IEEE Transactions on Plasma Science. 31 (4): 1052–1059. Bibcode:2003ITPS...31.1052A. doi:10.1109/TPS.2003.815476. OSTI 823201. S2CID 46204216. Bu ayrıca Anders, A. (2003). "Energy Citations Database (ECD)" (PDF). IEEE Transactions on Plasma Science. 31 (5): 1052–1059. Bibcode:2003ITPS...31.1052A. doi:10.1109/TPS.2003.815476. OSTI 823201. S2CID 46204216 . adresinde de mevcuttur.
Cooray, Vernon (2014). An Introduction to Lightning. Springer Verlag. doi:10.1007/978-94-017-8938-7. ISBN 978-94-017-8937-0. S2CID 127691542.
Field, P. R.; W. H. Hand; G. Cappelluti; et al. (November 2010). "Hail Threat Standardisation" (PDF). European Aviation Safety Agency. Research Project EASA.2008/5. Archived from the original (PDF) on December 7, 2013.
Gosline, Anna (May 2005). "Thunderbolts from space". New Scientist. 186 (2498): 30–34. Kitabın 20. sayfasına kadar olan kısmı içeren .PDF formatında örnek.
"Effects of Lightning". The Mirror of Literature, Amusement, and Instruction. Vol. 12, no. 323. Columbia College, New York. July 19, 1828 – via Project Gutenberg. Erken dönem yıldırım araştırması.