Munje

Munja je električna iskra velikih dimenzija koja se stvara unutar grmljavinskog oblaka, kumulonimbusa, odnosno između dvaju oblaka ili između oblaka i tla, a nastaje naglim izbijanjem električnog naboja. Taj se izboj naboja očituje svjetlosno - munjom, te zvučno - gromom. Zrak nije vodič, te se negativni naboj iz oblaka može početi kretati zrakom prema tlu tek kad jakost električnog polja u blizini oblaka premaši probojnu čvrstoću zraka (probojna čvrstoća nekog medija je najveća vrijednost električnog polja kod koje još ne dolazi do proboja). Ako je zrak suh, njegova je probojna vrijednost 30.000 volta po centimetru, ali ako je vlažan ili u njemu ima čestica prašine, ona može pasti do 5000 volta po centimetru. Kad razlika između jakosti električnih polja između dijelova istog oblaka, dvaju različita oblaka ili između oblaka i tla prijeđe vrijednost probojne čvrstoće zraka, dolazi do pražnjenja električnog naboja, odnosno munje.

U munjama koje nastaju između oblaka i tla velik dio električnog naboja silazi prema tlu, prijeđe stotinjak metara, zatim uspori pa prijeđe još stotinjak metara. Naboj se prema tlu, dakle, probija u skokovima, a nakon svakog skoka mijenja se smjer, pa izbijanje izgleda stepenasto. Najistureniji početni dio naboja naziva se predvodnik (stepped leader), a napreduje relativno sporo, brzinom od oko 100 km/s i pritom stvara ionizirani kanal pun negativnog naboja. Što je predvodnik bliže zemlji, privlači više pozitivnih naboja koji se nakupljaju na tlu ili objektima blizu tla, što uzrokuje porast jakosti električnog polja u blizini zemlje kad ta električna jakost premaši probojnu čvrstoću zraka, dolazi do uzlaznog izbijanja pozitivnog polariteta od zemlje prema predvodniku (taj se udar na engleskom naziva return stroke). U trenutku kad se ta dva izbijanja spoje dolazi do jakog prodora pozitivnog naboja iz uzlaznog izbijanja u negativno ionizirani kanal predvodnika, te do neutraliziranja naboja. To neutraliziranje nazivamo glavnim pražnjenjem, ono traje 70-100 ms, popraćeno je jakim svjetlucanjem i bljeskovima, a može se odvijati u seriji udara prekratkim da bi ih golo oko registriralo kao odvojene.

‘Dijete’ tlačnog vala

U kanalu u kojem teče struja izbijanja vlada visoka temperatura i visoki tlak pod kojim se nalazi vodljiva plazma. Kad struja prestane teći, tlak plazme se oslobađa i širi kružno prema van, stvarajući tlačni val. Taj se tlačni val giba - najveći je tlak u samoj blizini kanala, a zatim se naglo smanjuje. Grmljavina je akustična manifestacija tog tlaka. Ako se nalazimo u blizini munje, zvuk koji čujemo je snažan i jasan prasak, a što smo od nje udaljeniji, on počinje više sličiti na muklu tutnjavu. Budući da je brzina svjetlosti vrlo velika, 300.000 km/s, munju vidimo gotovo u istom trenutku kad nastane, ali zvuk se širi znatno sporije - brzinom od oko 330 m/s. Stoga je udaljenost od mjesta nastanka munje jednostavno izračunati: pomnožimo li broj sekunda koje su prošle otkad smo je ugledali s brzinom zvuka u zraku, dobit ćemo udaljenost od munje u metrima. Ako smo od munje udaljeni više od desetak kilometara, predaleko smo da bismo čuli grom. Postoje mnoge teorije o tome kako nastaju ogromne količine električnog naboja dovoljne da dođe do udara munje. Dokazano je da su vrhovi olujnih oblaka pozitivno nabijeni, dok su im sredina i posebno donji dijelovi negativnog naboja (premda ponekad u kišnim oblacima mala područja donjeg dijela oblaka nose i pozitivni naboj).

Neke teorije kažu da do nastanka munje ne dolazi dok se ne formiraju vrlo veliki oblaci, u čijim vrhovima ima čestica leda i vode koje su izrazito snažno različito nabijene: led je negativno nabijen, a voda pozitivno. Budući da se led može održavati samo na nižim temperaturama - dakle u gornjim, hladnim dijelovima oblaka - čim one čestice leda koje su preteške za opstanak na potrebnoj visini padnu niže, tope se i mijenjaju naboj. Stoga su, kako smo već naveli, gornji dijelovi oblaka pod negativnim, a donji pod pozitivnim nabojem. Jedna od najstarijih teorija o nastanku elektri citeta u olujnim oblacima kaže da raspad kapi vode u snažnim zračnim strujanjima uzrokuje razdvajanje pozitivnog od negativnog naboja. Velike kapi vode pritom zadržavaju pozitivni naboj, dok okolni zrak ima negativni. Kao posljedicu tog razdvajanja različiti dijelovi oblaka imaju različite naboje, a u donjem dijelu svakog olujnog oblaka nalazi se manji dio uvijek pozitivnog naboja.Druga teorija glasi da čestice leda nisu nužne za stvaranje polja različitog polariteta u olujnim oblacima, već da ona nastaju kao posljedica nakupljanja iona u kapljicama vode u oblaku. U prilog ovoj teoriji ide činjenica da ima i oblaka manjih dimenzija, nedovoljno velikih da se u njima stvara led, u kojima ipak ima dovoljno elektriciteta za nastanak munja.

Kako se zaštititi

U olujnim oblacima električno je polje najjače između glavnih pozitivno i negativno nabijenih polja, a to je ujedno i mjesto nastanka većine munja koje udaraju u zrakoplove. Što se tiče udara munje u zemlju, odnosno u vodu ili plovni objekt, valja napomenuti da tlo nosi negativni naboj, ali donji dijelovi oblaka, također negativno nabijeni, mijenjaju polaritet tla i pretvaraju ga u pozitivni. Kad razlika između polariteta tla i oblaka dovoljno naraste, nastaje munja, oslobađajući tako nastali električni naboj i usmjeravajući ga prema tlu.Munja u pravilu slijedi put najmanjeg električnog otpora između oblaka i površine zemlje. Sve što se uzdiže s tla ili morske površine - drveće, visoke zgrade, vrhovi brda, brodovi ili ljudi - smeta im na tom putu, pa postoji opasnost da munja udari upravo u njih, a što je objekt viši, veće su i šanse da će se to i dogoditi.

Osim toga, munja se može usmjeriti i prema tijelima koje provode električnu struju poput metalnih cijevi, žica vodova, oluka ili vodenih površina. Udar munje može prouzročiti štetu na objektima u koje udari. Može rastaliti metalne predmete, zapaliti ili rastaliti zapaljive, uništiti električne i telefonske linije, omesti radiotransmisije ili spržiti drveće. Udari li grom u čovjeka, slijede srčani i respiratorni arest, a u najtežim slučajevima na mjestu udara ostaje i opaljena koža. Osobi udarenoj gromom treba dati masažu srca i po potrebi umjetno disanje.

Nađete li se u blizini oluje ili vidite da se ona sprema, pokušajte pronaći zaklon uđite u kuću ili automobil, imajući na umu da se držite podalje od metalnih objekata, ne palite električne uređaje i zatvorite vrata i prozore. Ako ste na otvorenom i nemate nikakvo sklonište, nastojte se udaljiti od stabala i antena, te se nemojte zadržavati na velikim praznim prostorima (livadama, poljima i sl.), već se pokušajte skloniti ispod nekog nevodiča. Ni u kojem slučaju nemojte se zadržavati kraj vode ili u vodi, jer je voda jedan od najboljih prirodnih vodiča.

Ako se za oluje nađete na moru, znajte da ste prilično sigurni ako vaš brod ima i metalni trup, jer će vas brod zaštititi od električnog udara na principu Faradayevog kaveza. Ako ste za kormilom, pazite da ne dodirujete metalne dijelove, te sjedite ili stojte na drvenoj podlozi koja ne provodi struju. Na brodu od drva ili stakloplastike (poliestera), a s metalnim jarbolom, električna energija nakon udara groma nema se kamo isprazniti, pa može nanijeti znatne štete jarbolu i ostaloj opremi. Preporuča se da sve metalne dijelove opreme okupite na jednom mjestu i također metalnim lancima ih povežete s morem, a oko broda razvijete sidreni lanac, te isključite sve električne uređaje i trošila na brodu.