静哲が来ました、雷と稲妻の秘密をお見せしましょう〜

民間には次のような諺があります。

景勝節になると、雷の音が冬眠中の昆虫たちを目覚めさせます。

啓蟄節が過ぎると、全国の人々は徐々に春の耕作や植え付けに忙しくなり始めます。この時期は気温が徐々に上昇し、雲の中で春雷が鳴り始めます。

啓蟄は二十四節気の中で三番目の節気です。 「清明節」は毎年3月5日か6日に太陽が黄経345度に達したときに起こります。この時期になると、天気が暖かくなり始め、春雷が鳴り始め、地中で冬眠している昆虫が目覚めます。 「Zhe」は隠すという意味です。動物は冬になると地中に隠れて食べたり飲んだりしません。これを「冬眠」といいます。 「清明節」は、神様が冬眠中の動物たちを雷で起こす日です。

今回は主に夏の雷の発生方法と雷対策についてお話します～

雷はどのようにして発生するのでしょうか?

雷が発生する条件は、雷が発生し、雷雲に極性が形成されることです。科学者たちは雷雲の帯電メカニズムと電荷の規則的な分布について多数の観察と実験を行い、多くのデータを蓄積し、さまざまな説明を提示してきましたが、いくつかの議論はまだ議論の余地があります。

PART.01

対流雲の初期段階における「イオンの流れ」仮説

大気中には多数のプラスイオンとマイナスイオンが存在します。雲の中の雨滴では電荷の分布が不均一です。最も外側の分子は負に帯電し、内側の分子は正に帯電します。内層と外層の電位差は約0.25V高くなります。この電位差を均衡させるために、水滴は大気中のマイナスイオンを優先的に吸収する必要があり、その結果、水滴は徐々にマイナスに帯電するようになります。対流が発達し始めると、軽い陽イオンは上昇気流によって徐々に雲の上部に運ばれます。一方、負に帯電した雲粒は重いため下部に留まり、正電荷と負電荷の分離を引き起こします。

PART.02

冷たい雲の中の電荷の蓄積

対流がある程度発達し、雲体が0℃層より上の高さまで上昇すると、雲の中に過冷却水滴、霰、氷晶が出現します。さまざまな相の水蒸気の凝縮で構成され、温度が 0℃ 未満のこの種の雲は、冷雲と呼ばれます。冷たい雲の電荷形成と蓄積のプロセスは次のとおりです。

①過冷却水滴が雹の粒子と衝突して凍結し、発電します。

②氷晶と霰の衝突や摩擦による帯電

③水滴は希薄な塩分を含んでいるため帯電します。

上述の冷たい雲の帯電メカニズムに加えて、大気中の水滴に含まれる希薄な塩分によって帯電メカニズムが生じるという説も提唱されている。雲粒が凍ると、氷の結晶格子は負の塩化物イオンを収容できますが、正のナトリウムイオンは反発します。したがって、水滴の凍結した部分は負に帯電し、凍結していない部分は正に帯電します (水滴は内側から外側に凍結します)。あられは水滴が凍ってできるもので、落下する過程でまだ凍っていない表面の水を払い落とし、正電荷を帯びた小さな雲滴を多数形成する一方、凍った中心部分は負電荷を帯びます。重力と気流の選別効果により、正に帯電した水滴は雲の上部に運ばれ、負に帯電した雹の粒子は雲の中央部と下部に残ります。

PART.03

暖かい雲の電荷蓄積

多くの観測事実は、雲頂が繊維​​状の糸状構造を呈している場合にのみ雲が雷雲に発達することを示しています。航空機による観測により、雷雲には主に氷、雪の結晶、霰などの雲粒子が多数含まれていることが明らかになりました。さらに、大量の電荷の蓄積、つまり雷雲の帯電メカニズムは、霰の成長過程における衝突、凍結、摩擦によって発生するはずです。

雷の形状によって、枝状雷、リボン状雷、雲状雷などいくつかの種類に分類されます。雲雷とは、地面に落ちず、雲の間を伝わる雷のことを指します。たとえば、空が晴れているときに、突然遠くに稲妻が光るのを見ることがあります。人々はそれを「青天の霹靂」と呼ぶことが多い。これは、遠くで発生した雷が雲の間を何十キロも移動して、この壮大な現象を形成するためです。

世の中には普通の雷のほかに、もっと壮大な放電現象、つまりスーパー雷が存在します。スーパー雷とは、通常の雷の100倍以上の強さを持つ珍しい雷のことを指します。

通常の雷は約 10 億ワットの電力を生成しますが、スーパー雷は少なくとも 1,000 億ワット、数兆ワットから数十兆ワットに達することもあります。雷は人間にとって恐ろしい自然現象です。雷雨は電子機器に影響を及ぼす可能性があり、雷に直接遭遇するとさらに致命的になりますが、これは雷が役に立たないという意味ではありません。

雷は多くのマイナス酸素イオンを生成するので、雷雨の後は空気が特に新鮮になります。雷はまた、空気中の酸素と窒素の化学反応を引き起こし、二酸化窒素を生成します。二酸化窒素は雨水とともに地中に浸透して窒素肥料となり、土壌をより肥沃にします。イェール大学とリーズ大学の3人の科学者による最近の研究では、雷も生命の起源に関係している可能性があることが示された。