Понимание самых мощных ударов молнии «Суперболт» на Земле

Когда зона заряда шторма находится близко к поверхности Земли, образующиеся «суперболты» могут быть в 1000 раз мощнее обычной молнии.

Новое исследование показывает, что суперболтеры с большей вероятностью поразят, чем ближе электрически заряженная область грозового облака находится к земле или поверхности океана. Эти условия ответственны за «горячие точки» суперударов над некоторыми океанами и высокими горами.

Суперболиты составляют менее 1% всех молний, ​​но когда они бьют, это мощный удар. В то время как средний удар молнии содержит около 300 миллионов вольтИсследователи говорят, что суперболтеры в 1000 раз мощнее и могут нанести серьезный ущерб инфраструктуре и кораблям.

«Хотя суперболтеры составляют лишь очень небольшой процент всех молний, ​​они представляют собой захватывающий феномен», — сказал Авихай Эфраим, физик из Еврейского университета в Иерусалиме и ведущий автор исследования.

Предыдущие исследования и новые открытия

а отчет за 2019 год Она обнаружила, что суперболиты имеют тенденцию группироваться над северо-восточной частью Атлантического океана, Средиземным морем и регионом Альтиплано в Перу и Боливии, который является одним из самых высоких плато на Земле. «Мы хотели знать, почему эти мощные молнии с большей вероятностью образуются в одних местах, чем в других», — сказал Ефрем.

Новое исследование дает первое объяснение образованию и распространению суперболтов на суше и на море по всему миру. Исследование было опубликовано в Журнал геофизических исследований: Атмосферажурнал Университета Персидского залива, посвященный улучшению понимания атмосферы Земли и ее взаимодействия с другими компонентами земной системы.

Глобальное распределение всех ударов молний с 2010 по 2018 год, красные точки обозначают самые сильные удары молний. В трех областях полигонов наблюдается самая высокая концентрация сверхмощных молний, ​​что делает их сверхбыстрыми горячими точками. Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Geophysical Research: Atmocultural, удары суперболт имеют тенденцию концентрироваться в областях, где электрически заряженные области штормов находятся ближе всего к поверхности Земли. Фото: Эфраим и др. (2023), адаптировано из книги Хольцворта и др. (2019)

Грозовые тучи Часто до 12-18 километров. (от 7,5 до 11 миль) по высоте, охватывая широкий диапазон температур. Но чтобы молния образовалась, облако должно простираться за линию, где температура воздуха достигает 0 градусов. Цельсия (32 градуса Ф). Выше линии замерзания, в верховьях облака, происходит электризация и образуется «зона заряда» молнии. Ефрем задавался вопросом, могут ли изменения высоты линии замерзания и, следовательно, высоты зоны атаки повлиять на способность шторма создавать суперболтеры.

Ключевой факторный анализ

Предыдущие исследования изучали, могут ли на прочность суперболтов влиять морские брызги, выбросы судоходных путей, соленость океана или даже пыль пустыни, но эти исследования были ограничены региональными водоемами и могут объяснить лишь часть регионального распределения. суперболтов. . Глобальное объяснение горячих точек супершоков остается неясным.

Чтобы определить, почему суперболтеры группируются в определенных областях, Ефрему и его коллегам нужно было знать время, место и энергию выбранных ударов молний, ​​которые они получили от Набор детекторов радиоволн. Они использовали эти данные о молниях для извлечения ключевых свойств штормовой среды, включая высоту поверхности земли и воды, высоту зоны заряда, температуру верхней и нижней границы облаков, а также концентрации аэрозолей. Затем они искали корреляцию между каждым из этих факторов и силой удара молнии и пришли к выводу, что вызывает мощную молнию, а что нет.

Исследователи обнаружили, что, в отличие от предыдущих исследований, аэрозоли не оказали существенного влияния на сверхсилу молнии. Вместо этого меньшее расстояние между зоной зарядки и поверхностью земли или воды привело к значительному увеличению грозовой активности. Штормы вблизи поверхности позволяют формировать более высокие энергетические всплески, поскольку более короткое расстояние обычно означает меньшее электрическое сопротивление и, следовательно, более высокий ток. Более высокий ток означает более сильные удары молнии.

У трех регионов с наибольшим количеством сверхмолний — Северо-Восточной Атлантики, Средиземноморья и Альтиплано — есть одна общая черта: короткие промежутки между зонами заряда молнии и поверхностями.

«Корреляция, которую мы увидели, была очень четкой и значительной, и было очень интересно видеть, как это происходит во всех трех регионах», — сказал Эфраим. «Для нас это огромное достижение».

Последствия и будущие исследования

Знание того, что небольшое расстояние между поверхностью и зоной заряда облаков приводит к увеличению количества сверхмолний, ​​поможет ученым определить, как изменения климата повлияют на возникновение сверхмолний в будущем. По словам Эфраима, более высокие температуры могут привести к увеличению количества более слабых молний, ​​но повышенная влажность в атмосфере может противодействовать этому. Однозначного ответа пока нет.

В дальнейшем команда планирует изучить другие факторы, которые могут способствовать образованию суперболта, такие как магнитное поле или изменения солнечного цикла.

«Многое еще неизвестно, но то, что мы здесь обнаружили, — это большая часть головоломки», — сказал Эфраим. «И мы еще не закончили. Еще многое предстоит сделать».

Ссылка: «Возможная причина предпочтения суперболитов над Средиземным морем и Альтиплано» Авихая Эфраима, Дэниела Розенфельда, Роберта Хольцворта и Джоэла А. Торнтон, 19 сентября 2023 г., Журнал геофизических исследований атмосферы.
дои: 10.1029/2022JD038254